<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" standalone="no"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<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.2023.1255672</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>Parameter-uniformly convergent numerical scheme for singularly perturbed delay parabolic differential equation via extended B-spline collocation</article-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name><surname>Hassen</surname> <given-names>Zerihun Ibrahim</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff1"><sup>1</sup></xref>
<xref ref-type="corresp" rid="c001"><sup>&#x0002A;</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/2371971/overview"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/conceptualization/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/formal-analysis/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/investigation/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/methodology/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/resources/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/software/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-original-draft/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-review-editing/"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Duressa</surname> <given-names>Gemechis File</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff2"><sup>2</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/2424562/overview"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/conceptualization/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/formal-analysis/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/investigation/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/methodology/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/resources/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/software/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-original-draft/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/writing-review-editing/"/>
<role content-type="https://credit.niso.org/contributor-roles/supervision/"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1"><sup>1</sup><institution>Department of Mathematics, Arba Minch University</institution>, <addr-line>Arba Minch</addr-line>, <country>Ethiopia</country></aff>
<aff id="aff2"><sup>2</sup><institution>Department of Mathematics, Jimma University</institution>, <addr-line>Jimma</addr-line>, <country>Ethiopia</country></aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by"><p>Edited by: Vikas Gupta, LNM Institute of Information Technology, India</p></fn>
<fn fn-type="edited-by"><p>Reviewed by: Vivek Sangwan, Thapar Institute of Engineering and Technology, India; Youssri Hassan Youssri, Cairo University, Egypt; Y. N. Reddy, National Institute of Technology Warangal, India</p></fn>
<corresp id="c001">&#x0002A;Correspondence: Zerihun Ibrahim Hassen <email>zerihunibrahim&#x00040;gmail.com</email></corresp>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>07</day>
<month>09</month>
<year>2023</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2023</year>
</pub-date>
<volume>9</volume>
<elocation-id>1255672</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>09</day>
<month>07</month>
<year>2023</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>15</day>
<month>08</month>
<year>2023</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#x000A9; 2023 Hassen and Duressa.</copyright-statement>
<copyright-year>2023</copyright-year>
<copyright-holder>Hassen and Duressa</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>This paper presents a parameter-uniform numerical method to solve the time dependent singularly perturbed delay parabolic convection-diffusion problems. The solution to these problems displays a parabolic boundary layer if the perturbation parameter approaches zero. The retarded argument of the delay term made to coincide with a mesh point and the resulting singularly perturbed delay parabolic convection-diffusion problem is approximated using the implicit Euler method in temporal direction and extended cubic B-spline collocation in spatial orientation by introducing artificial viscosity both on uniform mesh. The proposed method is shown to be parameter uniform convergent, unconditionally stable, and linear order of accuracy. Furthermore, the obtained numerical results agreed with the theoretical results.</p></abstract>
<kwd-group>
<kwd>singularly perturbed delay differential equations</kwd>
<kwd>extended cubic B-spline collocation scheme</kwd>
<kwd>implicit Euler method</kwd>
<kwd>artificial viscosity</kwd>
<kwd>parabolic convection-diffusion</kwd>
<kwd>blending function</kwd>
</kwd-group>
<counts>
<fig-count count="6"/>
<table-count count="4"/>
<equation-count count="88"/>
<ref-count count="41"/>
<page-count count="14"/>
<word-count count="6081"/>
</counts>
<custom-meta-wrap>
<custom-meta>
<meta-name>section-at-acceptance</meta-name>
<meta-value>Numerical Analysis and Scientific Computation</meta-value>
</custom-meta>
</custom-meta-wrap>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec sec-type="intro" id="s1">
<title>1. Introduction</title>
<p>Singularly perturbed delay differential equations (SPDDEs) are differential equations that involve diffusion parameter, known as the perturbation parameter &#x003B5;, and at least a delay term. SPDDEs arise in many practical phenomena, such as epidemiology [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>], population growth [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>], chemostat models [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>], circadian rhythms [<xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>], the respiratory system [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>], and tumor growth [<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>]. The following is a typical example of SPDDEs, which is a mathematical model of the overall control system [<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>] which models a furnace used to process metal sheets.</p>
<disp-formula id="E1"><mml:math id="M1"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003C5;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>g</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>defined on a one-dimensional spatial domain 0 &#x0003C; <italic>x</italic> &#x0003C; 1, where <italic>u</italic>(<italic>x, t</italic>) is the temperature distribution in metal sheet moving at a velocity &#x003C5; depending on a prescribed spatial average of the time-delayed temperature distribution <italic>u</italic>(<italic>x, t</italic>&#x02212;&#x003C4;) and <italic>f</italic> represents a distributed temperature source function depending on <italic>u</italic>(<italic>x, t</italic>&#x02212;&#x003C4;). The spatial temperature distribution in the incoming and out coming material within the furnace is given as <italic>u</italic>(0, <italic>t</italic>) and <italic>u</italic>(1, <italic>t</italic>), respectively. A controlling device monitoring the current temperature dynamically adapts both &#x003C5; and <italic>f</italic>. A fixed delay of length &#x003C4; is induced by the finite speed of the controller. Another typical example of SPDDEs is the following logistic equation [<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>]:</p>
<disp-formula id="E2"><mml:math id="M2"><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>which arise in mathematical ecology for the evolution of a population with density <italic>u</italic>(<italic>x, t</italic>). A population <italic>u</italic>(<italic>x, t</italic>) depends on the population at an earlier time, <italic>t</italic> &#x02212; &#x003C4; rather than <italic>t</italic>. The delay &#x003C4;can arise from a great variety of causes, such as duration of gestation, hatching period, and slow replacement of food supplies. Thus, <italic>u</italic>(<italic>x, t</italic>) depends on average past population <italic>u</italic>(<italic>x, t</italic>&#x02212;&#x003C4;). The initial and final spatial spread of the favored population are given by <italic>u</italic>(0, <italic>t</italic>) and <italic>u</italic>(1, <italic>t</italic>), respectively. A set of examples is available in Wu et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>] to illustrate the wide range of existing delay differential equation models.</p>
<p>When the highest order term coefficient &#x003B5; tends to zero, the solution of SPDDE possesses a boundary layer. This layer is a thin region at the right side of the domain where the solution has a steep gradient. As the solution gets steeper, the classic methods on the uniform mesh are unable to solve SPDDEs without using an inadequately small mesh size, which is not practicable. This motivated various researchers to develop &#x003B5;-uniform non-classical numerical methods. When the delay parameter &#x003C4; is smaller than &#x003B5;, the given delay differential equation is reduced by means of Taylor series expansion, but if the delay parameter is higher, this approach does not work [<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>]. In such case, during developing the scheme the point <italic>t</italic> &#x02212; &#x003C4; must coincide with a mesh point. In this study, we have a numerical scheme for the problem with the large delay.</p>
<p>In the last few years, several numerical approaches have been developed for the solution of time dependent singularly perturbed differential equations [<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>]. However, in the case of these equations with time delay, few numerical methods have been developed, and studies are still at an early stage [<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>]. Some of them, which treat time dependent singularly perturbed delay parabolic convection-diffusion initial boundary value problems are listed here. Das and Natesan [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>] had proposed to a numeric scheme consisting of an implicit-Euler scheme in the temporal direction, accompanied by a hybrid scheme in the space direction. Negero and Duressa [<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>] developed a second-order &#x003B5;-uniform convergent scheme on a uniform mesh. They discretize time and spatial derivatives by the implicte Euler rule and Micken&#x00027;s non-standard method with extrapolation, respectively. In the same year, Negero and Duressa [<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>] designed an efficient numerical approach which is uniformly convergent of second order of convergent. They discretize time and spatial derivatives, respectively, by Crank-Nicolson and the exponentially fitted spline method. Woldaregay et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B14">14</xref>] developed a novel numerical scheme using by an exponentially fitted operator which is &#x003B5;-uniform convergent of linear order of convergent. Kumar et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>] developed a graded mesh refinement approach. The approach shows parameter uniform convergent linear order. Abdelhakem and Youssri [<xref ref-type="bibr" rid="B16">16</xref>] proposed two spectral Legendre&#x00027;s derivative algorithms for Lane-Emden, Bratu equations, and singular perturbed problems. They have shown the numerical schemes are stable, convergent, and accurate. Abd-Elhameed et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>] suggested and analyzed a new operational matrix method based on shifted Legendre polynomials for obtaining numerical spectral solutions of linear and non-linear second-order boundary value problems. The authors showed that the method has the following advantages. The method can be applied for both linear and non-linear second-order boundary value problems including some important singular perturbed equations and also a Bratu-type equation. This method computes highly accurate approximate solutions. Authors [<xref ref-type="bibr" rid="B18">18</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B24">24</xref>] also developed &#x003B5;-uniform convergent numerical methods for singularly perturbed delay partial differential equation.</p>
<p>Nowadays, the use of the spline based approach has become very popular among different numerical methods to solve SPDDEs. Daba and Duressa [<xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>] proposed a uniform convergent numerical scheme for singularly perturbed parabolic convection- diffusion equation with a small delay and advance parameter in the spatial variable of reaction term using an extended cubic B-spline method. They also suggested uniformly convergent numerical scheme for this problem using cubic B-spline [<xref ref-type="bibr" rid="B26">26</xref>] on a uniform mesh. Kumar and Kadalbajoo [<xref ref-type="bibr" rid="B27">27</xref>] proposed the parameter-uniform numerical method for the problem using cubic B-spline on a Shishkin mesh. Kumar [<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>] and Negero and Duressa [<xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>] developed a parameter uniform convergent method to solve time dependent singularly perturbed delay parabolic convection-diffusion initial boundary value problems using the cubic B-spline collocation method on a piecewise uniform Shishkine mesh and uniform mesh, respectively. The extended cubic B-spline collocation method is a generalization of the cubic B-spline collocation method. It introduces a free parameter to allow the cubic B-spline&#x00027;s shape to alter while maintaining the continuity in the order of three. Kumar and Kumari [<xref ref-type="bibr" rid="B29">29</xref>] designed &#x003B5;-uniform convergent numerical methods using an extended cubic B-spline collocation method for singularly perturbed delay parabolic convection-diffusion initial boundary value problems on a piecewise uniform Shishkine mesh.</p>
<p>The main contribution of this study is to construct a parameter uniform numerical method for singularly perturbed delay parabolic convection-diffusion problems. The method consists of the implicit Euler rule for temporal discretization and the extended cubic B-spline collocation method for spatial discretization on a uniform mesh using artificial viscosity. In this method, we use artificial viscosity &#x003C3;(<italic>x</italic>, &#x003B5;) to substitute the perturbation parameter &#x003B5; that affects the highest derivative.</p>
<p>The rest of this article is organized as follows: in Section 2, we discuss the continuous problem and show the boundedness of the exact solution. The numerical scheme of the problem is discussed in Section 3. In this section, the implicit Euler method, the extended cubic B-spline collocation method, and the derivation of artificial viscosity are briefly discussed. Section 4 describes the convergence analysis of the proposed method. In Section 5, numerical illustrations are given to confirm the theoretical investigation. Lastly, Section 6 gives conclusion of the article.</p>
<sec>
<title>Notation</title>
<list list-type="simple">
<list-item><p><italic>C, C</italic><sub>1</sub>, <italic>C</italic><sub>2</sub>: A generic positive constants independent of &#x003B5; and the mesh parameters <italic>N</italic> and <italic>M</italic></p></list-item>
<list-item><p><italic>C</italic><sup><italic>k</italic></sup>(<italic>D</italic>): The set of <italic>k</italic> times continuously differentiable function on domain <italic>D</italic></p></list-item>
<list-item><p>&#x02225;<italic>f</italic>&#x02225;<sub><italic>D</italic></sub> <inline-formula><mml:math id="M3"><mml:msub><mml:mrow><mml:mo class="qopname">sup</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:math></inline-formula></p></list-item>
</list>
</sec>
</sec>
<sec id="s2">
<title>2. Problem statement</title>
<p>Let &#x003A9;<sub><italic>x</italic></sub> &#x0003D; (0, 1), &#x003A9;<sub><italic>t</italic>&#x0002A;</sub> &#x0003D; [&#x02212;&#x003C4;, 0] and &#x003A9;<sub><italic>t</italic></sub> &#x0003D; (0, <italic>T</italic>] for some fixed positive time <italic>T</italic>. We define <italic>D</italic> &#x0003D; &#x003A9;<sub><italic>x</italic></sub> &#x000D7; &#x003A9;<sub><italic>t</italic></sub> and &#x02202;<italic>D</italic> &#x0003D; <italic>D</italic><sub>0</sub> &#x0222A; <italic>D</italic><sub><italic>b</italic></sub> &#x0222A; <italic>D</italic><sub>1</sub>, where <inline-formula><mml:math id="M4"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M5"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</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:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M6"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></inline-formula> We consider the following singularly perturbed delay parabolic initial boundary value problem (IBVP):</p>
<disp-formula id="E3"><label>(1)</label><mml:math id="M7"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D50F;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>with</p>
<disp-formula id="E4"><label>(2)</label><mml:math id="M8"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>and</p>
<disp-formula id="E5"><label>(3)</label><mml:math id="M9"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where &#x003C4; and 0 &#x0003C; &#x003B5; &#x0226A; 1 are delay and singular perturbation parameter, respectively. The differential operator &#x1D50F;<sub>&#x003B5;</sub> in Eq. (1) is defined as</p>
<disp-formula id="E6"><mml:math id="M10"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D50F;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>The functions <italic>a</italic>(<italic>x</italic>), <italic>b</italic>(<italic>x, t</italic>), <italic>c</italic>(<italic>x, t</italic>), <italic>f</italic>(<italic>x, t</italic>), &#x003C8;<sub>0</sub>(<italic>t</italic>), &#x003C8;<sub>1</sub>(<italic>t</italic>), and &#x003C8;<sub><italic>b</italic></sub>(<italic>x, t</italic>) are assumed to be sufficiently smooth, bounded, and independent of &#x003B5;. It is also assumed that</p>
<disp-formula id="E7"><mml:math id="M11"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:mi>&#x003B3;</mml:mi><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>and terminal <italic>T</italic>, satisfy <italic>T</italic> &#x0003D; <italic>k&#x003C4;</italic> for some positive integer <italic>k</italic>. We also assume that the data satisfy the following compatibility conditions:</p>
<disp-formula id="E8"><mml:math id="M12"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</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:msub><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</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:msub><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Under the above assumptions and conditions, the solution of IBVP Eq. (1) is unique which has a parabolic boundary layer of width <inline-formula><mml:math id="M13"><mml:mrow><mml:mi mathvariant='script'>O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> along <italic>x</italic> &#x0003D; 1. Compatibility conditions [<xref ref-type="bibr" rid="B30">30</xref>] are relationships between the data of the problem and the differential operator that ensure that derivatives of <italic>u</italic>(<italic>x, t</italic>) up to a desired order are continuous on the closed domain <italic>D</italic>. They do not result from the problem&#x00027;s singularly perturbed nature because they only appear at corners.</p>
<p>Lemma 2.1 (Continuous Maximum Principle). Suppose the function <inline-formula><mml:math id="M14"><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> satisfies <inline-formula><mml:math id="M15"><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D50F;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02200;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mi>D</mml:mi></mml:math></inline-formula> and &#x003C6;(<italic>x, t</italic>) &#x02265; 0, &#x02200;(<italic>x, t</italic>) &#x02208; &#x02202;<italic>D</italic>, then <inline-formula><mml:math id="M16"><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02200;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></inline-formula></p>
<p><italic>Proof</italic>. Let <inline-formula><mml:math id="M17"><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula>, such that <inline-formula><mml:math id="M18"><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo class="qopname">min</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and suppose that <inline-formula><mml:math id="M19"><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></inline-formula> Clearly <inline-formula><mml:math id="M20"><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02209;</mml:mo><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>D</mml:mi></mml:math></inline-formula>. Then, it follows from calculus that <inline-formula><mml:math id="M21"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M22"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Therefore, from Eq (1), we have</p>
<disp-formula id="E9"><mml:math id="M23"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D50F;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>which is a contradiction to the assumption made. Thus, <inline-formula><mml:math id="M24"><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> which leads to <inline-formula><mml:math id="M25"><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02200;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula>.&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x025A1;</p>
<p>Lemma 2.2. [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>] The solution <italic>u</italic>(<italic>x, t</italic>) of the IBVP Eq. (1) satisfies the estimate</p>
<disp-formula id="E10"><label>(4)</label><mml:math id="M26"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02200;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Lemma 2.3. The solution <italic>u</italic>(<italic>x, t</italic>) of the IBVP Eq. (1) satisfies the estimate</p>
<disp-formula id="E11"><label>(5)</label><mml:math id="M27"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02200;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p><italic>Proof</italic>. Since <italic>t</italic> &#x02208; (0, <italic>T</italic>], by Lemma 2.2, we get |<italic>u</italic>(<italic>x, t</italic>)&#x02212;&#x003C8;<sub><italic>b</italic></sub>(<italic>x</italic>, 0)| &#x02264; <italic>Ct</italic> &#x02264; <italic>CT</italic>. It follows that</p>
<disp-formula id="E12"><mml:math id="M28"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Since <inline-formula><mml:math id="M29"><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <italic>CT</italic>&#x0002B;|&#x003C8;<sub><italic>b</italic></sub>(<italic>x</italic>, 0)| is bounded by some positive constant <italic>C</italic>, <inline-formula><mml:math id="M30"><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02200;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula>.&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x025A1;</p>
<p>Lemma 2.4 (Uniform stability estimate). Let <italic>u</italic>(<italic>x, t</italic>) be solution of the IBVP Eq. (1). Then, we obtain the bound:</p>
<disp-formula id="E13"><label>(6)</label><mml:math id="M31"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D50F;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo class="qopname">max</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p><italic>Proof</italic>. Let define barrier functions</p>
<p><inline-formula><mml:math id="M33"><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>&#x003A8;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B2;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D50F;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo class="qopname">max</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. By applying the continuous maximum principle Lemma 2.1, we obtain the required result.&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x025A1;</p>
<p>Theorem 2.1. The solution <italic>u</italic>(<italic>x, t</italic>) of Eq (1) and its derivatives satisfy the following bounds :</p>
<disp-formula id="E15"><label>(7)</label><mml:math id="M34"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>|</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo class="qopname">exp</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">for all</mml:mtext><mml:mo>,</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:mi>D</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>i</italic> and <italic>j</italic> are non-negative integers such that 0 &#x02264; <italic>i</italic> &#x0002B; <italic>j</italic> &#x02264; 5.</p>
<p><italic>Proof</italic>. See details of the proof in Mbroh et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B31">31</xref>].&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x025A1;</p>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3. Numerical scheme</title>
<p>This section describes the semi-discretization and extended cubic B-spline method on the uniform mesh by introducing artificial viscosity.</p>
<sec>
<title>3.1. The time semi-discretization</title>
<p>Here, we use Rothe&#x00027;s technique [<xref ref-type="bibr" rid="B32">32</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B33">33</xref>] to discretize the time variable of equation Eq. (1) by means of the Euler implicit rule. We make the argument <italic>t</italic> &#x02212; &#x003C4; as a nodal point for the uniform mesh of step size &#x00394;<italic>t</italic>. Let <inline-formula><mml:math id="M46"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x00394;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M47"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x00394;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for the intervals [0, <italic>T</italic>] and [&#x02212;&#x003C4;, 0], respectively. <italic>M</italic> and <italic>m</italic> are the number of mesh elements to their respective intervals. After time discretization, we obtain the following semi-discretized problem</p>
<disp-formula id="E16"><label>(8)</label><mml:math id="M48"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x1D50F;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M49"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x1D50F;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02261;</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M50"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x00394;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M51"><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x00394;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
<p><italic>U</italic><sup><italic>i</italic>&#x0002B;1</sup>(<italic>x</italic>) is the approximation of the exact solution <italic>u</italic>(<italic>x, t</italic><sub><italic>i</italic>&#x0002B;1</sub>) at (<italic>i</italic> &#x0002B; 1)<sup><italic>th</italic></sup> time level.</p>
<p>Lemma 3.1 (Semi-discrete maximum principle). Let <italic>y</italic><sup><italic>i</italic>&#x0002B;1</sup>(<italic>x</italic>) be a sufficiently smooth function on <inline-formula><mml:math id="M52"><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> such that <italic>y</italic><sup><italic>i</italic>&#x0002B;1</sup>(0) &#x02265; 0, <italic>y</italic><sup><italic>i</italic>&#x0002B;1</sup>(1) &#x02265; 0. Then, <inline-formula><mml:math id="M53"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x1D50F;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02200;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula> implies <italic>y</italic><sup><italic>i</italic>&#x0002B;1</sup>(<italic>x</italic>) &#x02265; 0, and <inline-formula><mml:math id="M54"><mml:mo>&#x02200;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula>.</p>
<p><italic>Proof</italic>. Let <inline-formula><mml:math id="M55"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> such that <inline-formula><mml:math id="M56"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo class="qopname">min</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow></mml:munder><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and assume <italic>y</italic><sup><italic>i</italic>&#x0002B;1</sup>(<italic>x</italic><sup>&#x0002A;</sup>) &#x0003C; 0. It is clear that <italic>x</italic><sup>&#x0002A;</sup> &#x02209; {0, 1}. From property of calculus, we have <inline-formula><mml:math id="M57"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M58"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. This yield <inline-formula><mml:math id="M59"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x1D50F;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> which contradicts to the hypothesis made <inline-formula><mml:math id="M60"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x1D50F;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Therefore, we conclude that <inline-formula><mml:math id="M61"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02265;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02200;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula>.&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x025A1;</p>
<p>In the temporal semi-discretization, <inline-formula><mml:math id="M62"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> defines the local truncation error, where <inline-formula><mml:math id="M63"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the solution obtained after one step of the semi-discrete scheme taking the exact solution <italic>U</italic>(<italic>x, t</italic><sub><italic>i</italic></sub>) instead of <italic>U</italic><sup><italic>i</italic></sup>(<italic>x</italic>) as the starting data. For each time step, local error estimate contribute to the global error in temporal discretization which is defined at the instant <italic>t</italic><sub><italic>i</italic></sub> as <inline-formula><mml:math id="M64"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>Lemma 3.2 (Local error estimate). The local error corresponding to the semi-discretized problem Eq. (8) satisfies</p>
<disp-formula id="E17"><mml:math id="M65"><mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00394;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p><italic>Proof</italic>. Taylor&#x00027;s series expansion on <italic>u</italic>(<italic>x, t</italic>) gives</p>
<disp-formula id="E18"><label>(9)</label><mml:math id="M66"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo>&#x00394;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant='script'>O</mml:mi></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00394;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Substituting Eq. (1) in to Eq. (9), we get</p>
<disp-formula id="E19a"><label>(10)</label><mml:math id="M67"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mo>&#x00394;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant='script'>O</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo>&#x00394;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>In terms of the differential operator, we get</p>
<disp-formula id="E19"><label>(11)</label><mml:math id="M67a"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x00394;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:msub><mml:mi mathvariant='fraktur'>L</mml:mi><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo>&#x00394;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant='script'>O</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo>&#x00394;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Thus, <inline-formula><mml:math id="M72"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> satisfies</p>
<disp-formula id="E24"><label>(12)</label><mml:math id="M73"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>&#x00394;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D50F;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>&#x00394;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>c</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>From Eq. (11) and Eq. (12), the local error satisfy the following boundary value problem:</p>
<disp-formula id="E25"><label>(13)</label><mml:math id="M74"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>&#x00394;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x1D50F;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant='script'>O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00394;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>An application of Lemma 3.1 on the operator (1 &#x0002B; &#x00394;<italic>t&#x1D50F;</italic><sub>&#x003B5;</sub>) gives <inline-formula><mml:math id="M75"><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00394;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula>, which completes the proof.&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x025A1;</p>
<p>Lemma 3.3 (Global error estimate). The global error estimate at <italic>t</italic><sub><italic>i</italic>&#x0002B;1</sub> satisfies</p>
<p>||<italic>E</italic><sub><italic>i</italic>&#x0002B;1</sub>|| &#x02264; <italic>C&#x00394;t, i&#x00394;t</italic> &#x02264; <italic>T</italic>.</p>
<p><italic>Proof</italic>. By definition, we have</p>
<disp-formula id="E26"><mml:math id="M76"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02016;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00394;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">Lemma&#x000A0;</mml:mtext><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x00394;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x00394;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x00394;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>T</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mo>&#x00394;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>C</italic> is a positive constant independent of &#x003B5; and &#x00394;<italic>t</italic>.&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x025A1;</p>
<p>Lemma 3.4. The solution of Eq. (8) satisfies</p>
<disp-formula id="E27"><mml:math id="M77"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>|</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo class="qopname">exp</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p><italic>Proof</italic>. See the proof in Kellogg and Tsan [<xref ref-type="bibr" rid="B34">34</xref>] and Clavero et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B35">35</xref>].&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x025A1;</p>
</sec>
<sec>
<title>3.2. The spatial discretization</title>
<p>Here, we apply the extended cubic B-spline collocation for the problem Eq. (8). Artificial viscosity shall be introduced to take into account the exponential properties of exact solution on the uniform mesh. Therefore, the perturbation parameter &#x003B5;, which affects the highest derivative, is replaced by an artificial viscosity &#x003C3;(<italic>x</italic>, &#x003B5;). We rewrite the problem Eq. (8) as</p>
<disp-formula id="E28"><label>(14)</label><mml:math id="M78"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x1D50F;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M79"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x1D50F;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02261;</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M80"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x00394;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M81"><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x00394;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. Now, <italic>U</italic><sup><italic>i</italic>&#x0002B;1</sup>(<italic>x</italic>) is the approximation of the exact solution <italic>u</italic>(<italic>x, t</italic><sub><italic>i</italic>&#x0002B;1</sub>) at the (<italic>i</italic> &#x0002B; 1)<sup><italic>th</italic></sup> time level after introducing artificial viscosity. The properties of all data in Eq. (8) are retained in Eq. (14).</p>
<sec>
<title>3.2.1. Extended cubic B-spline method</title>
<p>The interval [0, 1] is divided such that knots are equally distributed as <inline-formula><mml:math id="M82"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><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:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and mesh spacing <inline-formula><mml:math id="M83"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>. Let &#x003B7; &#x02208; &#x0211D;, then the blending function of degree 4 of extended cubic B-spline <italic>Q</italic><sub><italic>j</italic></sub> has the following form [<xref ref-type="bibr" rid="B36">36</xref>]:</p>
<disp-formula id="E29"><label>(15)</label><mml:math id="M84"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd columnalign="left"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd columnalign="left"><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</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>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd columnalign="left"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd columnalign="left"><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn><mml:mi>h</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</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>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd columnalign="left"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>6</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd columnalign="left"><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn><mml:mi>h</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</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>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd columnalign="left"><mml:mn>4</mml:mn><mml:mi>h</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</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>j</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd columnalign="left"><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">Otherwise</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where &#x003B7; is a free parameter which is used to obtain different form of extended cubic B-spline functions and satisfy [<xref ref-type="bibr" rid="B37">37</xref>] the property, &#x02212;8 &#x02264; &#x003B7; &#x02264; 1. When &#x003B7; &#x0003D; 0, <italic>Q</italic><sub><italic>j</italic></sub>(<italic>x</italic>, &#x003B7;) degenerates into exactly cubic B-spline functions. The extended cubic B-spline is the generalization of the B-spline. The sequence <inline-formula><mml:math id="M85"><mml:mi>&#x0039B;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> forms a basis for the functions defined over the interval [0, 1] and <inline-formula><mml:math id="M86"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The value of <inline-formula><mml:math id="M87"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M88"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02033;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> at the knots <italic>x</italic><sub><italic>j</italic></sub>s computed from Eq. (15) are shown <xref ref-type="table" rid="T1">Table 1</xref>.</p>
<table-wrap position="float" id="T1">
<label>Table 1</label>
<caption><p>Values of <inline-formula><mml:math id="M35"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02033;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> at knots.</p></caption> 
<table frame="box" rules="all">
<thead>
<tr style="background-color:#919498;color:#ffffff">
<th/>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>i</italic> &#x0003D; <italic>j</italic>&#x02212;2</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>i</italic> &#x0003D; <italic>j</italic>&#x02212;1</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>i</italic> &#x0003D; <italic>j</italic></bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>i</italic> &#x0003D; <italic>j</italic>&#x0002B;1</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>i</italic> &#x0003D; <italic>j</italic>&#x0002B;2</bold></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td valign="top" align="left"><italic>Q</italic><sub><italic>j</italic></sub>(<italic>x</italic><sub><italic>i</italic></sub>, &#x003B7;)</td>
<td valign="top" align="center">0</td>
<td valign="top" align="center"><inline-formula><mml:math id="M36"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="center"><inline-formula><mml:math id="M37"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="center"><inline-formula><mml:math id="M38"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="center">0</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M39"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</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>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="center">0</td>
<td valign="top" align="center"><inline-formula><mml:math id="M40"><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="center">0</td>
<td valign="top" align="center"><inline-formula><mml:math id="M41"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="center">0</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M42"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02033;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</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>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="center">0</td>
<td valign="top" align="center"><inline-formula><mml:math id="M43"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="center"><inline-formula><mml:math id="M44"><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="center"><inline-formula><mml:math id="M45"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="center">0</td>
</tr></tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>Now, suppose that the approximate solution <inline-formula><mml:math id="M89"><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>s</mml:mi><mml:mi>p</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mi>n</mml:mi><mml:mi>&#x0039B;</mml:mi></mml:math></inline-formula> to the exact solution <italic>u</italic>(<italic>x, t</italic><sub><italic>i</italic>&#x0002B;1</sub>) at (<italic>i</italic> &#x0002B; 1)<sup><italic>th</italic></sup> time level given by</p>
<disp-formula id="E30"><label>(16)</label><mml:math id="M90"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where &#x003B4;<sub><italic>j</italic></sub> are the parameters to be determined from the application of the collocation method, initial and boundary conditions. Using <xref ref-type="table" rid="T1">Table 1</xref>, evaluation of Eq. (16) and its first and second derivatives at knots <italic>x</italic><sub><italic>j</italic></sub> yield</p>
<disp-formula id="E31"><label>(17)</label><mml:math id="M91"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02032;</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02033;</mml:mo></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Using Eq. (17) at <italic>x</italic><sub><italic>j</italic></sub> in Eq. (14), we get the system of <italic>N</italic>&#x0002B;1 linear equations in <italic>N</italic>&#x0002B;3 unknown as</p>
<disp-formula id="E32"><label>(18)</label><mml:math id="M92"><mml:mtable class="multline"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><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:mn>2</mml:mn><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>This gives</p>
<disp-formula id="E34"><label>(19)</label><mml:math id="M94"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where</p>
<disp-formula id="E35"><mml:math id="M95"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable style="text-align:axis;" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" class="array"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</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:mi>h</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</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:mi>h</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>&#x003C3;<sub><italic>j</italic></sub> &#x0003D; &#x003C3;(<italic>x</italic><sub><italic>j</italic></sub>, &#x003B5;), <italic>a</italic><sub><italic>j</italic></sub> &#x0003D; <italic>a</italic>(<italic>x</italic><sub><italic>j</italic></sub>),</p>
</sec>
<sec>
<title>3.2.2. Design of the artificial viscosity</title>
<p>The two-variable method [<xref ref-type="bibr" rid="B38">38</xref>] for boundary value problem Eq. (14) with <italic>a</italic>(<italic>x</italic>) &#x0003E; 0 expresses the solution <italic>U</italic><sup><italic>i</italic>&#x0002B;1</sup>(<italic>x</italic>) as</p>
<disp-formula id="E36"><label>(20)</label><mml:math id="M96"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo class="qopname">exp</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo class="qopname">&#x0222B;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant='script'>O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M98"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is solution of the reduced problem</p>
<disp-formula id="E38"><mml:math id="M99"><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</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:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>With the Taylor series expanding <italic>a</italic>(<italic>x</italic>) and <italic>d</italic><sup><italic>i</italic>&#x0002B;1</sup>(<italic>x</italic>) about &#x0201C;1,&#x00022; and keeping the first term, we obtain</p>
<disp-formula id="E39"><label>(21)</label><mml:math id="M100"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo class="qopname">exp</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant='script'>O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Eqs (19) and (21) at the nodal point <italic>x</italic><sub><italic>j</italic></sub> are given by</p>
<disp-formula id="E42a"><mml:math id="M103a"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo>+</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi><mml:msubsup><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>and</p>
<disp-formula id="E42"><mml:math id="M103"><mml:mtable class="multline-star"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo class="qopname">exp</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant='script'>O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>In th limiting case as <italic>h</italic> &#x02192; 0, we get</p>
<disp-formula id="E43"><mml:math id="M104"><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>&#x0000A0;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>&#x0000A0;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>&#x0000A0;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>&#x0000A0;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>&#x0000A0;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>&#x0000A0;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>&#x0000A0;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>&#x0000A0;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>&#x0000A0;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>&#x0000A0;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x022F1;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x022F1;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x022F1;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>&#x0000A0;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>&#x0000A0;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>&#x0000A0;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>&#x0000A0;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>&#x0000A0;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>&#x0000A0;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>&#x0000A0;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>&#x0000A0;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>&#x0000A0;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>&#x0000A0;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x022F1;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x022F1;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x022F1;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>&#x0000A0;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>&#x0000A0;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>&#x0000A0;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>&#x0000A0;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>&#x0000A0;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>&#x0000A0;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>&#x0000A0;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>&#x0000A0;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>&#x0000A0;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mtext>&#x0000A0;</mml:mtext></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mn>0</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E44"><label>(22)</label><mml:math id="M105"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo class="qopname">lim</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>and</p>
<disp-formula id="E45"><label>(23)</label><mml:math id="M106"><mml:mtable class="multline"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo class="qopname">exp</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where &#x003C1; &#x0003D; <italic>h</italic>/&#x003B5;. Similarly, computing the values of <inline-formula><mml:math id="M108"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo class="qopname">lim</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:munder><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> at <italic>x</italic><sub><italic>j</italic>&#x02212;1</sub>, <italic>x</italic><sub><italic>j</italic></sub>, <italic>x</italic><sub><italic>j</italic>&#x0002B;1</sub> and adding in the proportion <inline-formula><mml:math id="M109"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>, respectively, and removing &#x003B4;<sub><italic>j</italic></sub>&#x00027;s using Eq. (23), we define</p>
<disp-formula id="E47"><label>(24)</label><mml:math id="M110"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo class="qopname">coth</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>&#x003C1;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Since, <inline-formula><mml:math id="M111"><mml:mo class="qopname">coth</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant='script'>O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">as</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M112"><mml:mo class="qopname">coth</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi mathvariant='script'>O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mstyle class="text"><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">as</mml:mtext></mml:mstyle><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mi>&#x0221E;</mml:mi></mml:math></inline-formula>. We have</p>
<disp-formula id="E48"><mml:math id="M113"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</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>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo class="qopname">coth</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>C</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>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></disp-formula>
<p>Thus, <inline-formula><mml:math id="M114"><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo class="qopname">coth</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>, which implies</p>
<disp-formula id="E49"><label>(25)</label><mml:math id="M115"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>For 0 &#x02264; <italic>j</italic> &#x02264; <italic>N</italic>, Eq. (19) is a system of (<italic>N</italic>&#x0002B;1) linear equation in (<italic>N</italic>&#x0002B;3) unknown &#x003B4;<sub>&#x02212;1</sub>, &#x003B4;<sub>0</sub>, &#x003B4;<sub>1</sub>, &#x02026;, &#x003B4;<sub><italic>N</italic>&#x0002B;1</sub>. Now, by applying boundary conditions, at <italic>i</italic> &#x0003D; 0 and <italic>i</italic> &#x0003D; <italic>N</italic>, for Eq. (19) and first equation of Eq. (17), we can eliminate &#x003B4;<sub>&#x02212;1</sub> and &#x003B4;<sub><italic>N</italic>&#x0002B;1</sub>. Therefore, we get</p>
<disp-formula id="E50"><label>(26)</label><mml:math id="M116"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</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>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula><disp-formula id="E52"><label>(27)</label><mml:math id="M118"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Finally, in (<italic>N</italic> &#x0002B; 1) unknowns &#x003B4;<sub>0</sub>, &#x003B4;<sub>1</sub>, &#x02026;, &#x003B4;<sub><italic>N</italic></sub>, we find a system of (<italic>N</italic> &#x0002B; 1) equations with a matrix form as</p>
<disp-formula id="E54"><label>(28)</label><mml:math id="M120"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>R</mml:mi><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where</p>
<disp-formula id="E55"><mml:math id="M121"><mml:mi>&#x003B4;</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>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</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>&#x022EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x022EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x022EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo><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:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x022EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x022EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x022EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>As <italic>h</italic> &#x02192; 0, <italic>R</italic> is diagonally dominant tridiagonal matrix, non-singular. Therefore, we can compute the values of &#x003B4;<sub><italic>j</italic></sub>&#x00027;s, then substituted in Eq. (16), to obtain the approximate solution to Eq. (14).</p>
</sec>
</sec>
</sec>
<sec id="s4">
<title>4. Parameter-uniform convergence analysis</title>
<p>In this section, we establish the parameter-uniform convergence of the extended cubic B-spline collocation method. The following lemma will be used in the convergence analysis.</p>
<p>Lemma 4.1. The extended cubic B-spline set &#x0039B; &#x0003D; {<italic>Q</italic><sub>&#x02212;1</sub>, <italic>Q</italic><sub>0</sub>, <italic>Q</italic><sub>1</sub>, &#x02026;, <italic>Q</italic><sub><italic>N</italic>&#x0002B;1</sub>} defined in Eq. (15), satisfy the inequality</p>
<disp-formula id="E56"><mml:math id="M122"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>75</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p><italic>Proof</italic>. We know that</p>
<disp-formula id="E57"><mml:math id="M123"><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</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>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</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>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>Let <italic>x</italic> &#x0003D; <italic>x</italic><sub><italic>i</italic></sub> be a nodal point. Then, by the definition of <italic>Q</italic><sub><italic>j</italic></sub>(<italic>x</italic>, &#x003B7;), we have</p>
<disp-formula id="E58"><mml:math id="M124"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</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>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</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>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</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>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</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>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>75</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Now, for <italic>x</italic><sub><italic>j</italic>&#x02212;1</sub> &#x0003C; <italic>x</italic> &#x0003C; <italic>x</italic><sub><italic>j</italic></sub>, from <xref ref-type="table" rid="T1">Table 1</xref>, we get</p>
<disp-formula id="E59"><mml:math id="M125"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>24</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Thus,</p>
<disp-formula id="E60"><mml:math id="M126"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>20</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Since, <inline-formula><mml:math id="M127"><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>8</mml:mn><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo class="qopname">max</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>20</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo><mml:mn>75</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula>, which completes the proof.&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x025A1;</p>
<p>We will use the following error bound lemma for spline interpolation by Hall [<xref ref-type="bibr" rid="B39">39</xref>]. For &#x003C0; : <italic>a</italic> &#x0003D; <italic>x</italic><sub>0</sub> &#x0003C; <italic>x</italic><sub>1</sub> &#x0003C;, &#x02026;, &#x0003C; <italic>x</italic><sub><italic>N</italic></sub> &#x0003D; <italic>b</italic>, let <inline-formula><mml:math id="M128"><mml:munder accentunder='true'><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>_</mml:mo></mml:munder><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo class="qopname">min</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo class="qopname">max</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M129"><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>/</mml:mo><mml:mrow><mml:munder accentunder='true'><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>_</mml:mo></mml:munder></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. For simplicity, we write <inline-formula><mml:math id="M130"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M131"><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula></p>
<p>Lemma 4.2 ([<xref ref-type="bibr" rid="B39">39</xref>]). Let <italic>Y</italic> be the cubic spline associate with <inline-formula><mml:math id="M132"><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and the partitioning &#x003C0;. Then,</p>
<disp-formula id="E61"><mml:math id="M133"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M134"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>5</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>384</mml:mn><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:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>216</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>9</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><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:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>/</mml:mo><mml:mn>12</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn><mml:mi>&#x003BD;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula></p>
<p>Since the mesh we have used is uniform, <inline-formula><mml:math id="M135"><mml:mrow><mml:munder accentunder='true'><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>_</mml:mo></mml:munder></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:math></inline-formula>.</p>
<p>Theorem 4.1. Let <italic>S</italic>(<italic>x</italic>, &#x003B7;) be the collocation approximation from the space of cubic spline <inline-formula><mml:math id="M136"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> to the solution <inline-formula><mml:math id="M137"><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of ordinary differential equation. If <inline-formula><mml:math id="M138"><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the parameter uniform error is given by</p>
<disp-formula id="E62"><mml:math id="M139"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo class="qopname">sup</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo class="qopname">max</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mo>|</mml:mo><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="qopname">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>h</italic> is sufficiently small and <italic>C</italic> is a positive constant independent of &#x003B5; and <italic>N</italic>.</p>
<p><italic>Proof</italic>. Let <italic>Y</italic><sub><italic>s</italic></sub>(<italic>x</italic>) be unique spline interpolation from <inline-formula><mml:math id="M140"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> to the solution <inline-formula><mml:math id="M141"><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for boundary value problem Eq. (14) given by</p>
<disp-formula id="E63"><label>(29)</label><mml:math id="M142"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>If <inline-formula><mml:math id="M143"><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, then <inline-formula><mml:math id="M144"><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and so using Lemma 4.2, we have</p>
<disp-formula id="E64"><label>(30)</label><mml:math id="M145"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where &#x003BB;<sub><italic>r</italic></sub>&#x00027;s are independent of <italic>h</italic> and <italic>N</italic>. From the estimate Eq. (30), we obtain</p>
<disp-formula id="E65"><mml:math id="M146"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x1D50F;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x1D50F;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x1D50F;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x1D50F;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mo>&#x02016;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</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:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>&#x02225;</mml:mo><mml:mi>a</mml:mi><mml:mo>&#x02225;</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:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>&#x02225;</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mo>&#x02225;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003BB;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Now, from Lemma (3.4), estimate Eq. (25) and using the argument that since &#x003B5;&#x0226A;1 and <inline-formula><mml:math id="M147"><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>n</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo class="qopname">exp</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula> as &#x003B5; &#x02192; 0,&#x02200;<italic>x</italic> &#x02208; &#x003A9;<sub><italic>x</italic></sub>, we easily obtain</p>
<disp-formula id="E66"><label>(31)</label><mml:math id="M148"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x1D50F;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x1D50F;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Let <inline-formula><mml:math id="M149"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x1D50F;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02200;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:math></inline-formula> with boundary conditions <italic>Y</italic><sub><italic>s</italic></sub>(0) &#x0003D; &#x003C8;<sub>0</sub>(<italic>t</italic><sub><italic>i</italic>&#x0002B;1</sub>), <italic>Y</italic><sub><italic>s</italic></sub>(1) &#x0003D; &#x003C8;<sub>1</sub>(<italic>t</italic><sub><italic>i</italic>&#x0002B;1</sub>) leads to <inline-formula><mml:math id="M150"><mml:mi>R</mml:mi><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula>. Then, it follows with Eq. (28) that</p>
<disp-formula id="E67"><label>(32)</label><mml:math id="M151"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>R</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where</p>
<disp-formula id="E68"><mml:math id="M152"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>It is obvious from inequality Eq. (31) that</p>
<disp-formula id="E69"><label>(33)</label><mml:math id="M153"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>4</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>In Eq. 19, <inline-formula><mml:math id="M154"><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> implies <inline-formula><mml:math id="M155"><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C3;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000B1;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</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>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>6</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0003E;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>. Therefore for &#x003B7; &#x0003E; &#x02212;2 and sufficiently small values of <italic>h</italic>, matrix <italic>R</italic> is strictly diagonally dominant, thus non singular. So by the estimate given [<xref ref-type="bibr" rid="B40">40</xref>], we get</p>
<disp-formula id="E70"><label>(34)</label><mml:math id="M156"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02225;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>R</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>&#x02225;</mml:mo><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Combining of Eq. (32)&#x02013;Eq. (34) gives</p>
<disp-formula id="E71"><label>(35)</label><mml:math id="M157"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Using Eq. (26) and Eq. (27), we have</p>
<disp-formula id="E72"><mml:math id="M158"><mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">and&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>Therefore,</p>
<disp-formula id="E73"><label>(36)</label><mml:math id="M159"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo class="qopname">max</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>We define <inline-formula><mml:math id="M160"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo></mml:math></inline-formula>. Then,</p>
<disp-formula id="E74"><mml:math id="M161"><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo class="qopname">max</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>e</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo>}</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mtext class="textrm" mathvariant="normal">as</mml:mtext><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>&#x02192;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>This proves that the proposed finite difference scheme is unconditionally stable. The above inequality Eq. (36) together with Lemma 4.1 enables us to estimate |<italic>S</italic>(<italic>x</italic>)&#x02212;<italic>Y</italic><sub><italic>s</italic></sub>(<italic>x</italic>)|; hence, <inline-formula><mml:math id="M162"><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:math></inline-formula>. We have</p>
<disp-formula id="E75"><mml:math id="M163"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>|</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo class="qopname">max</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:mi>&#x003B4;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>|</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mo>&#x02211;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover></mml:mstyle><mml:mo>|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>This gives <inline-formula><mml:math id="M164"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo class="qopname">max</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo>|</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>s</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>. Therefore, using the triangular inequality, we obtain</p>
<disp-formula id="E76"><mml:math id="M165"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo class="qopname">sup</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x0003C;</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo class="qopname">max</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mo>|</mml:mo><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="qopname">^</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>&#x003B7;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>|</mml:mo><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>hence the result.&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x025A1;</p>
<p>Theorem 4.2. Let <italic>u</italic>(<italic>x, t</italic>) be the solution of problem Eq. (1) and <italic>S</italic>(<italic>x, t</italic><sub><italic>i</italic>&#x0002B;1</sub>) be the collocation approximation from the space <inline-formula><mml:math id="M166"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi>Q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>^</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> to the solution <italic>u</italic>(<italic>x, t</italic><sub><italic>i</italic>&#x0002B;1</sub>) at the (<italic>i</italic> &#x0002B; 1)<sup><italic>th</italic></sup> time level of the fully discretized scheme after the temporal discretization. If <inline-formula><mml:math id="M167"><mml:mo>&#x003A6;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, the uniform error estimate is given by</p>
<disp-formula id="E77"><mml:math id="M168"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02225;</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02225;</mml:mo><mml:mo>&#x02264;</mml:mo><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00394;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p><italic>Proof</italic>. The proof is the consequence of Lemma 3.3 and Theorem 4.1.&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x025A1;</p>
</sec>
<sec id="s5">
<title>5. Numerical examples, results, and discussions</title>
<p>In this section, we will see the applicability of the proposed method by considering two test problems. For each &#x003B7; &#x0003D; &#x02212;1 value in the range [&#x02212;8, 1], the computation was carried out to find the most valuable free parameter, which will give a minimum error. The least absolute errors were found for &#x003B7; &#x0003D; &#x02212;1. For the remainder of the calculation, we have set up &#x003B7; &#x0003D; &#x02212;1.</p>
<p>Example 5.1 ([<xref ref-type="bibr" rid="B41">41</xref>]). Consider the following test problem</p>
<disp-formula id="E78"><mml:math id="M169"><mml:mtable class="multline-star"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mn>10</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo class="qopname">exp</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>We employ the following double mesh principle to determine the absolute error in the solution because the test problem&#x00027;s exact solution is unknown. For each &#x003B5;, the maximum point wise error is given as</p>
<disp-formula id="E79"><label>(37)</label><mml:math id="M170"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo class="qopname">max</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo class="qopname">max</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>S</italic><sup><italic>N, M</italic></sup> and <italic>S</italic><sup>2<italic>N</italic>, 2<italic>M</italic></sup> are the computed solutions obtained on two different meshes <italic>D</italic><sup><italic>N, M</italic></sup> and <italic>D</italic><sup>2<italic>N</italic>, 2<italic>M</italic></sup> respectively. <italic>D</italic><sup>2<italic>N</italic>, 2<italic>M</italic></sup> obtained from <italic>D</italic><sup><italic>N, M</italic></sup> by the interpolation technique. The corresponding order of convergence is computed as</p>
<disp-formula id="E80"><label>(38)</label><mml:math id="M171"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo class="qopname">log</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The &#x003B5;-uniform point wise error <italic>E</italic><sup><italic>N, M</italic></sup> is estimated as</p>
<disp-formula id="E81"><label>(39)</label><mml:math id="M172"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo class="qopname">max</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>and the &#x003B5;-uniform order of convergence is calculated as</p>
<disp-formula id="E82"><label>(40)</label><mml:math id="M173"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo class="qopname">log</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Example 5.2. Consider the following problem</p>
<disp-formula id="E83"><mml:math id="M179"><mml:mtable class="multline-star"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>f</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C8;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover><mml:mo>&#x000D7;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>*</mml:mo></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02208;</mml:mo><mml:mover accent="false" class="mml-overline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mo>&#x003A9;</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo accent="true">&#x000AF;</mml:mo></mml:mover></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>We choose the initial data &#x003C8;<sub><italic>b</italic></sub>(<italic>x, t</italic>) and the source function <italic>f</italic>(<italic>x, t</italic>) to fit with the exact solution</p>
<disp-formula id="E84"><mml:math id="M180"><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>u</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo class="qopname">exp</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>p</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>p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mo class="qopname">exp</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>/</mml:mo><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</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 <italic>p</italic><sub>1</sub> &#x0003D; exp(&#x02212;1/&#x003B5;) and <italic>p</italic><sub>2</sub> &#x0003D; 1&#x02212;<italic>p</italic><sub>1</sub>.</p>
<p>As we know the exact solution, we compute the point-wise error as</p>
<disp-formula id="E85"><label>(41)</label><mml:math id="M181"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo class="qopname">max</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo class="qopname">max</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:mo>|</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>-</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>|</mml:mo></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M182"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M183"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math></inline-formula> denote the exact and numerical solution obtained on <italic>D</italic><sup><italic>N, M</italic></sup>. The corresponding computed order of convergence is calculated as</p>
<disp-formula id="E86"><label>(42)</label><mml:math id="M184"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo class="qopname">log</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="qopname">&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="qopname">&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The &#x003B5;- uniform point wise error <inline-formula><mml:math id="M185"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> and the corresponding order of convergence <inline-formula><mml:math id="M186"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> are calculated as</p>
<disp-formula id="E87"><label>(43)</label><mml:math id="M187"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:munder class="msub"><mml:mrow><mml:mo class="qopname">max</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow></mml:munder></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="qopname">&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E88"><label>(44)</label><mml:math id="M188"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo class="qopname">log</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="qopname">&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mo class="qopname">&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>The numerical solution profiles for Example 5.1 and Example 5.2 at <italic>N</italic> &#x0003D; 64 and different values &#x003B5; are graphically represented in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figures 1</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F2">2</xref>, respectively. These figures shows the existence of boundary layer at <italic>x</italic> &#x0003D; 1, and it is clearly observed that width of the boundary layer decreases as perturbation parameter &#x003B5; decreases, which is the effect of &#x003B5;. <xref ref-type="fig" rid="F3">Figures 3</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F4">4</xref> provide the numerical solution for test problem Example 5.1 and Example 5.2 for different values of <italic>t</italic> for fixed value of perturbation parameter &#x003B5; at &#x003B7; &#x0003D; &#x02212;1, where <italic>N</italic> &#x0003D; 64. <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure 5</xref> provides the log-log plot of maximum absolute errors for Example 5.1 and Example 5.2. <xref ref-type="fig" rid="F6">Figure 6</xref> represents the graphs of the solution for various values of &#x003B5;. Since the plots follow a straight line, this shows us that the maximum absolute point-wise error changes as a constant power of mesh parameter <italic>N</italic>. In addition, the negative slope of the lines states that the maximum absolute error decreases as the number of mesh points increases. In these figures, the plots are parallel, which shows the parameter-uniform convergence of the scheme. The maximum point wise error <inline-formula><mml:math id="M189"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, &#x003B5;-uniform errors <inline-formula><mml:math id="M190"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, rate of convergence <inline-formula><mml:math id="M191"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>, and &#x003B5;-uniform rate of convergence <inline-formula><mml:math id="M192"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for Example 5.1 and Example 5.2 are presented in <xref ref-type="table" rid="T2">Tables 2</xref>, <xref ref-type="table" rid="T3">3</xref>, respectively, at &#x003B7; &#x0003D; &#x02212;1. The numerical results presented in <xref ref-type="table" rid="T2">Tables 2</xref>, <xref ref-type="table" rid="T3">3</xref> show that the proposed method is &#x003B5;-uniformly convergent as for fixed value of &#x003B5;. When <italic>N</italic> and <italic>M</italic> are increases, the maximum point wise error <inline-formula><mml:math id="M193"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and the maximum nodal errors <inline-formula><mml:math id="M194"><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> decreases. We see that the maximum point wise error and the rate of convergence stabilize as &#x003B5; &#x02192; 0 for each <italic>N</italic> and <italic>M</italic>. A comparison of maximum point wise error for 5.1 calculated by the proposed method at &#x003B7; &#x0003D; &#x02212;1 and for in Kumar [<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>] is presented in <xref ref-type="table" rid="T4">Table 4</xref>. Computational results in <xref ref-type="table" rid="T4">Table 4</xref> shows the proposed method provide more accurate solutions than in Kumar [<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>]. Furthermore, we note that all computations have been performed using MATLAB&#x000AE; R2022b software package (The Mathworks, Inc.), on a 64 bit Windows 11 hp CPU PC machine, with Intel(R) Core(TM) i3-3110M processor running at 2.40 GHz and 4.00 Gb RAM.</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>Figure 1</label>
<caption><p>Numerical solution profile for Example 5.1, with <italic>N</italic> &#x0003D; 64, <italic>M</italic> &#x0003D; 80. <bold>(A)</bold> &#x003B5; &#x0003D; 2<sup>&#x02212;4</sup>. <bold>(B)</bold> &#x003B5; &#x0003D; 2<sup>&#x02212;15</sup>.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-09-1255672-g0001.tif"/>
</fig>
<fig id="F2" position="float">
<label>Figure 2</label>
<caption><p>Numerical solution profile for Example 5.2, with <italic>N</italic> &#x0003D; <italic>M</italic> &#x0003D; 64. <bold>(A)</bold> &#x003B5; &#x0003D; 2<sup>&#x02212;4</sup>. <bold>(B)</bold> &#x003B5; &#x0003D; 2<sup>&#x02212;15</sup>.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-09-1255672-g0002.tif"/>
</fig>
<fig id="F3" position="float">
<label>Figure 3</label>
<caption><p>Numerical solution of Example 5.1 for different values of &#x003B5; and <italic>t</italic> with <italic>N</italic> &#x0003D; 64 and <italic>M</italic> &#x0003D; 80.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-09-1255672-g0003.tif"/>
</fig>
<fig id="F4" position="float">
<label>Figure 4</label>
<caption><p>Numerical solution of Example 5.2 for different values of &#x003B5; and <italic>t</italic> with <italic>N</italic> &#x0003D; <italic>M</italic> &#x0003D; 64.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-09-1255672-g0004.tif"/>
</fig>
<fig id="F5" position="float">
<label>Figure 5</label>
<caption><p>Log-log plot of maximum point wise error <bold>(A)</bold> for Example 5.1 and <bold>(B)</bold> for Example 5.2.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-09-1255672-g0005.tif"/>
</fig>
<fig id="F6" position="float">
<label>Figure 6</label>
<caption><p>Effect of &#x003B5; on the solution behavior at <italic>T</italic> &#x0003D; 1.5. <bold>(A)</bold> Example 5.1. <bold>(B)</bold> Example 5.2.</p></caption>
<graphic mimetype="image" mime-subtype="tiff" xlink:href="fams-09-1255672-g0006.tif"/>
</fig>
<table-wrap position="float" id="T2">
<label>Table 2</label>
<caption><p>Values of <inline-formula><mml:math id="M174"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <italic>P</italic><sup><italic>N, M</italic></sup> for Example 5.1.</p></caption> 
<table frame="box" rules="all">
<thead>
<tr style="background-color:#919498;color:#ffffff">
<th valign="middle" align="left" rowspan="2"><bold><italic>&#x003B5;&#x02193;</italic></bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>N</italic> = 16</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>N</italic> = 32</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>N</italic> = 64</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>N</italic> = 128</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>N</italic> = 256</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>N</italic> = 512</bold></th>
</tr>
<tr style="background-color:#919498;color:#ffffff">
<th valign="top" align="center"><bold><italic>M</italic> = 20</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>M</italic> = 40</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>M</italic> = 80</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>M</italic> = 160</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>M</italic> = 320</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>M</italic> = 640</bold></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td valign="top" align="left" rowspan="2">2<sup>0</sup></td>
<td valign="top" align="center">4.6449e-04</td>
<td valign="top" align="center">2.3848e-04</td>
<td valign="top" align="center">1.2558e-04</td>
<td valign="top" align="center">6.4465e-05</td>
<td valign="top" align="center">3.2658e-05</td>
<td valign="top" align="center">1.6435e-05</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">0.96176</td>
<td valign="top" align="center">0.92532</td>
<td valign="top" align="center">0.96199</td>
<td valign="top" align="center">0.98106</td>
<td valign="top" align="center">0.99068</td>
<td/>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left" rowspan="2">2<sup>&#x02212;4</sup></td>
<td valign="top" align="center">4.2088e-03</td>
<td valign="top" align="center">1.6245e-03</td>
<td valign="top" align="center">8.9197e-04</td>
<td valign="top" align="center">4.6704e-04</td>
<td valign="top" align="center">2.3903e-04</td>
<td valign="top" align="center">1.2093e-04</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">1.3734</td>
<td valign="top" align="center">0.86496</td>
<td valign="top" align="center">0.93346</td>
<td valign="top" align="center">0.96636</td>
<td valign="top" align="center">0.98303</td>
<td/>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left" rowspan="2">2<sup>&#x02212;8</sup></td>
<td valign="top" align="center">8.5881e-03</td>
<td valign="top" align="center">5.5246e-03</td>
<td valign="top" align="center">2.6723e-03</td>
<td valign="top" align="center">9.6933e-04</td>
<td valign="top" align="center">3.4836e-04</td>
<td valign="top" align="center">1.7992e-04</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">0.63647</td>
<td valign="top" align="center">1.0478</td>
<td valign="top" align="center">1.4630</td>
<td valign="top" align="center">1.4764</td>
<td valign="top" align="center">0.95324</td>
<td/>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left" rowspan="2">2<sup>&#x02212;12</sup></td>
<td valign="top" align="center">8.5885e-03</td>
<td valign="top" align="center">5.5934e-03</td>
<td valign="top" align="center">3.1761e-03</td>
<td valign="top" align="center">1.6918e-03</td>
<td valign="top" align="center">8.7294e-04</td>
<td valign="top" align="center">4.3580e-04</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">0.61867</td>
<td valign="top" align="center">0.81645</td>
<td valign="top" align="center">0.90868</td>
<td valign="top" align="center">0.95465</td>
<td valign="top" align="center">1.0022</td>
<td/>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left" rowspan="2">2<sup>&#x02212;16</sup></td>
<td valign="top" align="center">8.5885e-03</td>
<td valign="top" align="center">5.5934e-03</td>
<td valign="top" align="center">3.1761e-03</td>
<td valign="top" align="center">1.6918e-03</td>
<td valign="top" align="center">8.7310e-04</td>
<td valign="top" align="center">4.4348e-04</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">0.61867</td>
<td valign="top" align="center">0.81645</td>
<td valign="top" align="center">0.90868</td>
<td valign="top" align="center">0.95438</td>
<td valign="top" align="center">0.97728</td>
<td/>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left" rowspan="2">2<sup>&#x02212;20</sup></td>
<td valign="top" align="center">8.5885e-03</td>
<td valign="top" align="center">5.5934e-03</td>
<td valign="top" align="center">3.1761e-03</td>
<td valign="top" align="center">1.6918e-03</td>
<td valign="top" align="center">8.7310e-04</td>
<td valign="top" align="center">4.4348e-04</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">0.61867</td>
<td valign="top" align="center">0.81645</td>
<td valign="top" align="center">0.90868</td>
<td valign="top" align="center">0.95438</td>
<td valign="top" align="center">0.97728</td>
<td/>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left" rowspan="2">2<sup>&#x02212;24</sup></td>
<td valign="top" align="center">8.5885e-03</td>
<td valign="top" align="center">5.5934e-03</td>
<td valign="top" align="center">3.1761e-03</td>
<td valign="top" align="center">1.6918e-03</td>
<td valign="top" align="center">8.7310e-04</td>
<td valign="top" align="center">4.4348e-04</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">0.61867</td>
<td valign="top" align="center">0.81645</td>
<td valign="top" align="center">0.90868</td>
<td valign="top" align="center">0.95438</td>
<td valign="top" align="center">0.97728</td>
<td/>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left" rowspan="2">2<sup>&#x02212;28</sup></td>
<td valign="top" align="center">8.5885e-03</td>
<td valign="top" align="center">5.5934e-03</td>
<td valign="top" align="center">3.1761e-03</td>
<td valign="top" align="center">1.6918e-03</td>
<td valign="top" align="center">8.7310e-04</td>
<td valign="top" align="center">4.4348e-04</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">0.61867</td>
<td valign="top" align="center">0.81645</td>
<td valign="top" align="center">0.90868</td>
<td valign="top" align="center">0.95438</td>
<td valign="top" align="center">0.97728</td>
<td/>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left" rowspan="2">2<sup>&#x02212;32</sup></td>
<td valign="top" align="center">8.5885e-03</td>
<td valign="top" align="center">5.5934e-03</td>
<td valign="top" align="center">3.1761e-03</td>
<td valign="top" align="center">1.6918e-03</td>
<td valign="top" align="center">8.7310e-04</td>
<td valign="top" align="center">4.4348e-04</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">0.61867</td>
<td valign="top" align="center">0.81645</td>
<td valign="top" align="center">0.90868</td>
<td valign="top" align="center">0.95438</td>
<td valign="top" align="center">0.97728</td>
<td/>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left"><italic>E</italic><sup><italic>N,M</italic></sup></td>
<td valign="top" align="center"><bold>8.5885e-03</bold></td>
<td valign="top" align="center"><bold>5.5934e-03</bold></td>
<td valign="top" align="center"><bold>3.1761e-03</bold></td>
<td valign="top" align="center"><bold>1.6918e-03</bold></td>
<td valign="top" align="center"><bold>8.7310e-04</bold></td>
<td valign="top" align="center"><bold>4.4348e-04</bold></td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left"><italic>P</italic><sup><italic>N,M</italic></sup></td>
<td valign="top" align="center"><bold>0.61867</bold></td>
<td valign="top" align="center"><bold>0.81645</bold></td>
<td valign="top" align="center"><bold>0.90868</bold></td>
<td valign="top" align="center"><bold>0.95438</bold></td>
<td valign="top" align="center"><bold>0.97728</bold></td>
<td/>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<table-wrap position="float" id="T3">
<label>Table 3</label>
<caption><p><inline-formula><mml:math id="M175"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>,</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M176"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula> for Example 5.2.</p></caption> 
<table frame="box" rules="all">
<thead>
<tr style="background-color:#919498;color:#ffffff">
<th valign="middle" align="left"><bold><italic>&#x003B5;&#x02193;</italic></bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>N</italic> = 16</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>N</italic> = 32</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>N</italic> = 64</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>N</italic> = 128</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>N</italic> = 256</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>N</italic> = 512</bold></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td valign="top" align="left" rowspan="2"><bold>2<sup>0</sup></bold></td>
<td valign="top" align="center"><bold>1.5781e-03</bold></td>
<td valign="top" align="center"><bold>8.1606e-04</bold></td>
<td valign="top" align="center"><bold>4.1596e-04</bold></td>
<td valign="top" align="center"><bold>2.1023e-04</bold></td>
<td valign="top" align="center"><bold>1.0571e-04</bold></td>
<td valign="top" align="center"><bold>5.3012e-05</bold></td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="center"><bold>0.95141</bold></td>
<td valign="top" align="center"><bold>0.97223</bold></td>
<td valign="top" align="center"><bold>0.9845</bold></td>
<td valign="top" align="center"><bold>0.99183</bold></td>
<td valign="top" align="center"><bold>0.99573</bold></td>
<td/>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left" rowspan="2">2<sup>&#x02212;4</sup></td>
<td valign="top" align="center">5.0072e-02</td>
<td valign="top" align="center">2.5376e-02</td>
<td valign="top" align="center">1.2803e-02</td>
<td valign="top" align="center">6.4244e-03</td>
<td valign="top" align="center">3.2190e-03</td>
<td valign="top" align="center">1.6113e-03</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">0.98056</td>
<td valign="top" align="center">0.98694</td>
<td valign="top" align="center">0.99487</td>
<td valign="top" align="center">0.99696</td>
<td valign="top" align="center">0.99841</td>
<td/>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left" rowspan="2">2<sup>&#x02212;8</sup></td>
<td valign="top" align="center">6.2628e-02</td>
<td valign="top" align="center">3.4545e-02</td>
<td valign="top" align="center">1.8358e-02</td>
<td valign="top" align="center">9.4499e-03</td>
<td valign="top" align="center">4.6823e-03</td>
<td valign="top" align="center">2.3290e-03</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">0.85831</td>
<td valign="top" align="center">0.91206</td>
<td valign="top" align="center">0.95806</td>
<td valign="top" align="center">1.0131</td>
<td valign="top" align="center">1.0075</td>
<td/>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left" rowspan="2">2<sup>&#x02212;12</sup></td>
<td valign="top" align="center">6.2628e-02</td>
<td valign="top" align="center">3.4523e-02</td>
<td valign="top" align="center">1.8243e-02</td>
<td valign="top" align="center">9.4010e-03</td>
<td valign="top" align="center">4.7750e-03</td>
<td valign="top" align="center">2.4080e-03</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">0.85922</td>
<td valign="top" align="center">0.92025</td>
<td valign="top" align="center">0.95644</td>
<td valign="top" align="center">0.97732</td>
<td valign="top" align="center">0.98766</td>
<td/>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left" rowspan="2">2<sup>&#x02212;16</sup></td>
<td valign="top" align="center">6.2628e-02</td>
<td valign="top" align="center">3.4523e-02</td>
<td valign="top" align="center">1.8243e-02</td>
<td valign="top" align="center">9.4010e-03</td>
<td valign="top" align="center">4.7750e-03</td>
<td valign="top" align="center">2.4066e-03</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">0.85922</td>
<td valign="top" align="center">0.92025</td>
<td valign="top" align="center">0.95644</td>
<td valign="top" align="center">0.97732</td>
<td valign="top" align="center">0.98853</td>
<td/>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left" rowspan="2">2<sup>&#x02212;20</sup></td>
<td valign="top" align="center">6.2628e-02</td>
<td valign="top" align="center">3.4523e-02</td>
<td valign="top" align="center">1.8243e-02</td>
<td valign="top" align="center">9.4010e-03</td>
<td valign="top" align="center">4.7750e-03</td>
<td valign="top" align="center">2.4066e-03</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">0.85922</td>
<td valign="top" align="center">0.92025</td>
<td valign="top" align="center">0.95644</td>
<td valign="top" align="center">0.97732</td>
<td valign="top" align="center">0.98853</td>
<td/>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left" rowspan="2">2<sup>&#x02212;24</sup></td>
<td valign="top" align="center">6.2628e-02</td>
<td valign="top" align="center">3.4523e-02</td>
<td valign="top" align="center">1.8243e-02</td>
<td valign="top" align="center">9.4010e-03</td>
<td valign="top" align="center">4.7750e-03</td>
<td valign="top" align="center">2.4066e-03</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">0.85922</td>
<td valign="top" align="center">0.92025</td>
<td valign="top" align="center">0.95644</td>
<td valign="top" align="center">0.97732</td>
<td valign="top" align="center">0.98853</td>
<td/>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left" rowspan="2">2<sup>&#x02212;28</sup></td>
<td valign="top" align="center">6.2628e-02</td>
<td valign="top" align="center">3.4523e-02</td>
<td valign="top" align="center">1.8243e-02</td>
<td valign="top" align="center">9.4010e-03</td>
<td valign="top" align="center">4.7750e-03</td>
<td valign="top" align="center">2.4066e-03</td>
</tr>
<tr>
<td valign="top" align="left">0.85922</td>
<td valign="top" align="center">0.92025</td>
<td valign="top" align="center">0.95644</td>
<td valign="top" align="center">0.97732</td>
<td valign="top" align="center">0.98853</td>
<td/>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M177"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi>E</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="center"><bold>6.2628e-02</bold></td>
<td valign="top" align="center"><bold>3.4545e-02</bold></td>
<td valign="top" align="center"><bold>1.8358e-02</bold></td>
<td valign="top" align="center"><bold>9.4499e-03</bold></td>
<td valign="top" align="center"><bold>4.7750e-03</bold></td>
<td valign="top" align="center"><bold>2.4080e-03</bold></td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left"><inline-formula><mml:math id="M178"><mml:msup><mml:mrow><mml:mover accent="false"><mml:mrow><mml:mi>P</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>M</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math></inline-formula></td>
<td valign="top" align="center"><bold>0.85831</bold></td>
<td valign="top" align="center"><bold>0.91206</bold></td>
<td valign="top" align="center"><bold>0.95806</bold></td>
<td valign="top" align="center"><bold>0.9848</bold></td>
<td valign="top" align="center"><bold>0.98766</bold></td>
<td/>
</tr></tbody>
</table>
</table-wrap>
<table-wrap position="float" id="T4">
<label>Table 4</label>
<caption><p>Comparison of the maximum point-wise error for Example 5.1.</p></caption> 
<table frame="box" rules="all">
<thead>
<tr style="background-color:#919498;color:#ffffff">
<th valign="middle" align="center" rowspan="2"><bold><italic>&#x003B5;&#x02193;</italic></bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>N</italic> = 16</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>N</italic> = 32</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>N</italic> = 64</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>N</italic> = 128</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>N</italic> = 256</bold></th>
<th valign="top" align="center"><bold><italic>N</italic> = 512</bold></th>
</tr>
<tr style="background-color:#919498;color:#ffffff">
<th valign="top" align="left"><italic>M</italic> <bold>= 20</bold></th>
<th valign="top" align="center"><italic>M</italic> <bold>= 40</bold></th>
<th valign="top" align="center"><italic>M</italic> <bold>= 80</bold></th>
<th valign="top" align="center"><italic>M</italic> <bold>= 160</bold></th>
<th valign="top" align="center"><italic>M</italic> <bold>= 320</bold></th>
<th valign="top" align="center"><italic>M</italic> <bold>= 640</bold></th>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr style="background-color:#dee1e1">
<td valign="top" align="left" colspan="7"><bold>Results in proposed scheme</bold></td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">2<sup>&#x02212;4</sup></td>
<td valign="top" align="center">4.2088e-03</td>
<td valign="top" align="center">1.6245e-03</td>
<td valign="top" align="center">8.9197e-04</td>
<td valign="top" align="center">4.6704e-04</td>
<td valign="top" align="center">2.3903e-04</td>
<td valign="top" align="center">1.2093e-04</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">2<sup>&#x02212;8</sup></td>
<td valign="top" align="center">8.5881e-03</td>
<td valign="top" align="center">5.5246e-03</td>
<td valign="top" align="center">2.6723e-03</td>
<td valign="top" align="center">9.6933e-04</td>
<td valign="top" align="center">3.4836e-04</td>
<td valign="top" align="center">1.7992e-04</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">2<sup>&#x02212;12</sup></td>
<td valign="top" align="center">8.5885e-03</td>
<td valign="top" align="center">5.5934e-03</td>
<td valign="top" align="center">3.1761e-03</td>
<td valign="top" align="center">1.6918e-03</td>
<td valign="top" align="center">8.7294e-04</td>
<td valign="top" align="center">4.3580e-04</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">2<sup>&#x02212;16</sup></td>
<td valign="top" align="center">8.5885e-03</td>
<td valign="top" align="center">5.5934e-03</td>
<td valign="top" align="center">3.1761e-03</td>
<td valign="top" align="center">1.6918e-03</td>
<td valign="top" align="center">8.7310e-04</td>
<td valign="top" align="center">4.4348e-04</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">2<sup>&#x02212;28</sup></td>
<td valign="top" align="center">8.5885e-03</td>
<td valign="top" align="center">5.5934e-03</td>
<td valign="top" align="center">3.1761e-03</td>
<td valign="top" align="center">1.6918e-03</td>
<td valign="top" align="center">8.7310e-04</td>
<td valign="top" align="center">4.4348e-04</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">2<sup>&#x02212;32</sup></td>
<td valign="top" align="center">8.5885e-03</td>
<td valign="top" align="center">5.5934e-03</td>
<td valign="top" align="center">3.1761e-03</td>
<td valign="top" align="center">1.6918e-03</td>
<td valign="top" align="center">8.7310e-04</td>
<td valign="top" align="center">4.4348e-04</td>
</tr> <tr style="background-color:#dee1e1">
<td valign="top" align="left" colspan="7"><bold>Results in Kumar</bold> <bold>[</bold><xref ref-type="bibr" rid="B8"><bold>8</bold></xref><bold>]</bold></td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">2<sup>&#x02212;4</sup></td>
<td valign="top" align="center">6.56e-03</td>
<td valign="top" align="center">3.15e-03</td>
<td valign="top" align="center">1.52e-03</td>
<td valign="top" align="center">6.97e-04</td>
<td valign="top" align="center">2.95e-04</td>
<td valign="top" align="center">1.12e-04</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">2<sup>&#x02212;8</sup></td>
<td valign="top" align="center">9.93e-03</td>
<td valign="top" align="center">5.89e-03</td>
<td valign="top" align="center">3.13e-03</td>
<td valign="top" align="center">1.59e-03</td>
<td valign="top" align="center">7.89e-04</td>
<td valign="top" align="center">3.87e-04</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">2<sup>&#x02212;12</sup></td>
<td valign="top" align="center">1.11e-02</td>
<td valign="top" align="center">7.19e-03</td>
<td valign="top" align="center">4.17e-03</td>
<td valign="top" align="center">2.00e-03</td>
<td valign="top" align="center">1.04e-03</td>
<td valign="top" align="center">5.26e-04</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">2<sup>&#x02212;16</sup></td>
<td valign="top" align="center">1.12e-02</td>
<td valign="top" align="center">7.20e-03</td>
<td valign="top" align="center">4.35e-03</td>
<td valign="top" align="center">2.40e-03</td>
<td valign="top" align="center">1.22e-03</td>
<td valign="top" align="center">5.70e-04</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">2<sup>&#x02212;28</sup></td>
<td valign="top" align="center">1.12e-02</td>
<td valign="top" align="center">7.20e-03</td>
<td valign="top" align="center">4.33e-03</td>
<td valign="top" align="center">2.36e-03</td>
<td valign="top" align="center">1.24e-03</td>
<td valign="top" align="center">6.33e-04</td>
</tr> <tr>
<td valign="top" align="left">2<sup>&#x02212;32</sup></td>
<td valign="top" align="center">1.12e-02</td>
<td valign="top" align="center">7.20e-03</td>
<td valign="top" align="center">4.33e-03</td>
<td valign="top" align="center">2.36e-03</td>
<td valign="top" align="center">1.24e-03</td>
<td valign="top" align="center">6.33e-04</td>
</tr></tbody>
</table>
</table-wrap>
</sec>
<sec sec-type="conclusions" id="s6">
<title>6. Conclusion</title>
<p>In this study, we provided a parameter uniform numerical scheme is developed to solve singularly perturbed parabolic convection-diffusion initial boundary value problems with large delay. The method is based on the implicit Euler method for temporal discretization and extended cubic B-spline collocation method with a blending function of degree four for spatial discretization using artificial viscosity both on the uniform mesh. The theoretical results which show the parameter-uniform convergence of the method are established and the proposed method is shown order <inline-formula><mml:math id="M195"><mml:mrow><mml:mi mathvariant='script'>O</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo stretchy="true">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>&#x00394;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x003B5;</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo stretchy="true">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula>. The scheme is also unconditionally stable. The appropriate choice of the free parameter &#x003B7; minimizes the error. To validate the theoretical results two test examples are presented. Graphical and tabular representations of the solutions and accuracy of the examples&#x00027; results are provided. The numerical results obtained by the proposed method are compared with the numerical results in some existing literature.</p>
<p>As future directions of this study, we extend the proposed scheme for solving non-linear and higher dimensional singularly perturbed delay partial differential equations with Dirichlet boundary conditions.</p>
</sec>
<sec sec-type="data-availability" id="s7">
<title>Data availability statement</title>
<p>The original contributions presented in the study are included in the article/supplementary material, further inquiries can be directed to the corresponding author.</p>
</sec>
<sec sec-type="author-contributions" id="s8">
<title>Author contributions</title>
<p>ZH: Conceptualization, Formal analysis, Investigation, Methodology, Resources, Software, Writing&#x02014;original draft, Writing&#x02014;review and editing. GD: Conceptualization, Formal analysis, Investigation, Methodology, Resources, Software, Supervision, Writing&#x02014;original draft, Writing&#x02014;review and editing. All authors contributed to the article and approved the submitted version.</p>
</sec>
</body>
<back>
<ack><p>The authors kindly thank the editor for handling the manuscript carefully and referees for their valuable contributions in modifying the original version of the manuscript.</p>
</ack>
<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="s9">
<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>Cooke</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>Van den Driessche</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Zou</surname> <given-names>X</given-names></name></person-group>. <article-title>Interaction of maturation delay and nonlinear birth in population and epidemic models</article-title>. <source>J Math Biol</source>. (<year>1999</year>) <volume>39</volume>:<fpage>332</fpage>&#x02013;<lpage>52</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s002850050194</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">10550577</pub-id></citation></ref>
<ref id="B2">
<label>2.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Wang</surname> <given-names>XT</given-names></name></person-group>. <article-title>Numerical solution of delay systems containing inverse time by hybrid functions</article-title>. <source>Appl Math Comput</source>. (<year>2006</year>) <volume>173</volume>:<fpage>535</fpage>&#x02013;<lpage>46</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.amc.2005.04.056</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B3">
<label>3.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Zhao</surname> <given-names>T</given-names></name></person-group>. <article-title>Global periodic-solutions for a differential delay system modeling a microbial population in the chemostat</article-title>. <source>J Math Anal Appl</source>. (<year>1995</year>) <volume>193</volume>:<fpage>329</fpage>&#x02013;<lpage>52</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1006/jmaa.1995.1239</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B4">
<label>4.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Smolen</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Baxter</surname> <given-names>DA</given-names></name> <name><surname>Byrne</surname> <given-names>JH</given-names></name></person-group>. <article-title>A reduced model clarifies the role of feedback loops and time delays in the <italic>Drosophila</italic> circadian oscillator</article-title>. <source>Biophys J</source>. (<year>2002</year>) <volume>83</volume>:<fpage>2349</fpage>&#x02013;<lpage>59</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0006-3495(02)75249-1</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">12414672</pub-id></citation></ref>
<ref id="B5">
<label>5.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Vielle</surname> <given-names>B</given-names></name> <name><surname>Chauvet</surname> <given-names>G</given-names></name></person-group>. <article-title>Delay equation analysis of human respiratory stability</article-title>. <source>Math Biosci</source>. (<year>1998</year>) <volume>152</volume>:<fpage>105</fpage>&#x02013;<lpage>22</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0025-5564(98)10028-7</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">9780610</pub-id></citation></ref>
<ref id="B6">
<label>6.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Villasana</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Radunskaya</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <article-title>A delay differential equation model for tumor growth</article-title>. <source>J Math Biol</source>. (<year>2003</year>) <volume>47</volume>:<fpage>270</fpage>&#x02013;<lpage>94</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s00285-003-0211-0</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">12955460</pub-id></citation></ref>
<ref id="B7">
<label>7.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Wang</surname> <given-names>PKC</given-names></name></person-group>. <article-title>Asymptotic stability of a time-delayed diffusion system</article-title>. <source>J Appl Mech</source>. (<year>1963</year>) <volume>30</volume>:<fpage>500</fpage>&#x02013;<lpage>4</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1115/1.3636609</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">29195320</pub-id></citation></ref>
<ref id="B8">
<label>8.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kumar</surname> <given-names>D</given-names></name></person-group>. <article-title>A parameter-uniform scheme for the parabolic singularly perturbed problem with a delay in time</article-title>. <source>Numer Methods Partial Differ Equ</source>. (<year>2021</year>) <volume>37</volume>:<fpage>626</fpage>&#x02013;<lpage>42</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/num.22544</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">36405546</pub-id></citation></ref>
<ref id="B9">
<label>9.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Wu</surname> <given-names>J</given-names></name></person-group>. <source>Theory and Applications of Partial Functional Differential Equations</source>, <volume>Vol 119</volume>. <publisher-loc>New York, NY</publisher-loc>: <publisher-name>Springer Science &#x00026; Business Media</publisher-name> (<year>1996</year>). <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-1-4612-4050-1</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B10">
<label>10.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kuang</surname> <given-names>Y</given-names></name></person-group>. <source>Delay Differential Equations: with Applications in Population Dynamics</source>. <publisher-loc>Cambridge, MA</publisher-loc>: <publisher-name>Academic press</publisher-name> (<year>1993</year>).</citation>
</ref>
<ref id="B11">
<label>11.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Das</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Natesan</surname> <given-names>S</given-names></name></person-group>. <article-title>Uniformly convergent hybrid numerical scheme for singularly perturbed delay parabolic convection-diffusion problems on Shishkin mesh</article-title>. <source>Appl Math Comput</source>. (<year>2015</year>) <volume>271</volume>:<fpage>168</fpage>&#x02013;<lpage>86</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.amc.2015.08.137</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B12">
<label>12.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Negero</surname> <given-names>N</given-names></name> <name><surname>Duressa</surname> <given-names>G</given-names></name></person-group>. <article-title>An efficient numerical approach for singularly perturbed parabolic convection-diffusion problems with large time-lag</article-title>. <source>J Math Model</source>. (<year>2022</year>) <volume>10</volume>:<fpage>173</fpage>&#x02013;<lpage>110</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.rinam.2022.100338</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B13">
<label>13.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Negero</surname> <given-names>NT</given-names></name> <name><surname>Duressa</surname> <given-names>GF</given-names></name></person-group>. <article-title>A method of line with improved accuracy for singularly perturbed parabolic convection-diffusion problems with large temporal lag</article-title>. <source>Results Appl Math</source>. (<year>2021</year>) <volume>11</volume>:<fpage>100174</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.rinam.2021.100174</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B14">
<label>14.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Woldaregay</surname> <given-names>MM</given-names></name> <name><surname>Aniley</surname> <given-names>WT</given-names></name> <name><surname>Duressa</surname> <given-names>GF</given-names></name></person-group>. <article-title>Novel numerical scheme for singularly perturbed time delay convection-diffusion equation</article-title>. <source>Adv Math Phys</source>. (<year>2021</year>) <volume>2021</volume>:<fpage>1</fpage>&#x02013;<lpage>13</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1155/2021/6641236</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B15">
<label>15.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kumar</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>Podila</surname> <given-names>PC</given-names></name> <name><surname>Das</surname> <given-names>P</given-names></name> <name><surname>Ramos</surname> <given-names>H</given-names></name></person-group>. <article-title>A graded mesh refinement approach for boundary layer originated singularly perturbed time-delayed parabolic convection diffusion problems</article-title>. <source>Math Methods Appl Sci</source>. (<year>2021</year>) <volume>44</volume>:<fpage>12332</fpage>&#x02013;<lpage>50</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/mma.7358</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B16">
<label>16.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Abdelhakem</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Youssri</surname> <given-names>Y</given-names></name></person-group>. <article-title>Two spectral Legendre&#x00027;s derivative algorithms for Lane-Emden, Bratu equations, and singular perturbed problems</article-title>. <source>Appl Numer Math</source>. (<year>2021</year>) <volume>169</volume>:<fpage>243</fpage>&#x02013;<lpage>55</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.apnum.2021.07.006</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B17">
<label>17.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Abd-Elhameed</surname> <given-names>W</given-names></name> <name><surname>Youssri</surname> <given-names>Y</given-names></name> <name><surname>Doha</surname> <given-names>E</given-names></name></person-group>. <article-title>A novel operational matrix method based on shifted Legendre polynomials for solving second-order boundary value problems involving singular, singularly perturbed and Bratu-type equations</article-title>. <source>Math Sci</source>. (<year>2015</year>) <volume>9</volume>:<fpage>93</fpage>&#x02013;<lpage>102</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s40096-015-0155-8</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B18">
<label>18.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Salama</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Al-Amery</surname> <given-names>D</given-names></name></person-group>. <article-title>A higher order uniformly convergent method for singularly perturbed delay parabolic partial differential equations</article-title>. <source>Int J Comput Math</source>. (<year>2017</year>) <volume>94</volume>:<fpage>2520</fpage>&#x02013;<lpage>46</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/00207160.2017.1284317</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B19">
<label>19.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Gowrisankar</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Natesan</surname> <given-names>S</given-names></name></person-group>. <article-title>&#x003B5;-Uniformly convergent numerical scheme for singularly perturbed delay parabolic partial differential equations</article-title>. <source>Int J Comput Math</source>. (<year>2017</year>) <volume>94</volume>:<fpage>902</fpage>&#x02013;<lpage>21</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/00207160.2016.1154948</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B20">
<label>20.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Babu</surname> <given-names>G</given-names></name> <name><surname>Bansal</surname> <given-names>K</given-names></name></person-group>. <article-title>A high order robust numerical scheme for singularly perturbed delay parabolic convection diffusion problems</article-title>. <source>J Appl Math Comput</source>. (<year>2022</year>) <volume>68</volume>:<fpage>363</fpage>&#x02013;<lpage>89</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s12190-021-01512-1</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B21">
<label>21.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Govindarao</surname> <given-names>L</given-names></name> <name><surname>Mohapatra</surname> <given-names>J</given-names></name></person-group>. <article-title>A second order numerical method for singularly perturbed delay parabolic partial differential equation</article-title>. <source>Eng Comput</source>. (<year>2018</year>) <volume>36</volume>:<fpage>420</fpage>&#x02013;<lpage>44</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1108/EC-08-2018-0337</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B22">
<label>22.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Podila</surname> <given-names>PC</given-names></name> <name><surname>Kumar</surname> <given-names>K</given-names></name></person-group>. <article-title>A new stable finite difference scheme and its convergence for time-delayed singularly perturbed parabolic PDEs</article-title>. <source>Comput Appl Math</source>. (<year>2020</year>) <volume>39</volume>:<fpage>1</fpage>&#x02013;<lpage>16</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s40314-020-01170-2</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B23">
<label>23.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hailu</surname> <given-names>WS</given-names></name> <name><surname>Duressa</surname> <given-names>GF</given-names></name></person-group>. <article-title>Parameter-uniform cubic spline method for singularly perturbed parabolic differential equation with large negative shift and integral boundary condition</article-title>. <source>Res Math</source>. (<year>2022</year>) <volume>9</volume>:<fpage>2151080</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/27684830.2022.2151080</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B24">
<label>24.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hassen</surname> <given-names>ZI</given-names></name> <name><surname>Duressa</surname> <given-names>GF</given-names></name></person-group>. <article-title>New approach of convergent numerical method for singularly perturbed delay parabolic convection-diffusion problems</article-title>. <source>Res Math</source>. (<year>2023</year>) <volume>10</volume>:<fpage>2225267</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/27684830.2023.2225267</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B25">
<label>25.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Daba</surname> <given-names>IT</given-names></name> <name><surname>Duressa</surname> <given-names>GF</given-names></name></person-group>. <article-title>Extended cubic B-spline collocation method for singularly perturbed parabolic differential-difference equation arising in computational neuroscience</article-title>. <source>Int J Numer Method Biomed Eng</source>. (<year>2021</year>) <volume>37</volume>:<fpage>e3418</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/cnm.3418</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">33222414</pub-id></citation></ref>
<ref id="B26">
<label>26.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Daba</surname> <given-names>IT</given-names></name> <name><surname>Duressa</surname> <given-names>GF</given-names></name></person-group>. <article-title>Collocation method using artificial viscosity for time dependent singularly perturbed differential-difference equations</article-title>. <source>Math Comput Simul</source>. (<year>2022</year>) <volume>192</volume>:<fpage>201</fpage>&#x02013;<lpage>20</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.matcom.2021.09.005</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B27">
<label>27.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kumar</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Kadalbajoo</surname> <given-names>MK</given-names></name></person-group>. <article-title>A parameter-uniform numerical method for time-dependent singularly perturbed differential-difference equations</article-title>. <source>Appl Math Model</source>. (<year>2011</year>) <volume>35</volume>:<fpage>2805</fpage>&#x02013;<lpage>19</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.apm.2010.11.074</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B28">
<label>28.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Negero</surname> <given-names>NT</given-names></name> <name><surname>Duressa</surname> <given-names>GF</given-names></name></person-group>. <article-title>Uniform convergent solution of singularly perturbed parabolic differential equations with general temporal-lag</article-title>. <source>Iran J Sci Technol Trans A Sci</source>. (<year>2022</year>) <volume>46</volume>:<fpage>507</fpage>&#x02013;<lpage>24</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s40995-021-01258-2</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B29">
<label>29.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kumar</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Kumari</surname> <given-names>P</given-names></name></person-group>. <article-title>A parameter-uniform scheme for singularly perturbed partial differential equations with a time lag</article-title>. <source>Numer Methods Partial Differ Equ</source>. (<year>2020</year>) <volume>36</volume>:<fpage>868</fpage>&#x02013;<lpage>86</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/num.22455</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B30">
<label>30.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Stynes</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Stynes</surname> <given-names>D</given-names></name></person-group>. <source>Convection-diffusion Problems: An Introduction to their Analysis and Numerical Solution</source>, <volume>Vol 196</volume>. <publisher-loc>Washington, DC</publisher-loc>: <publisher-name>American Mathematical Society; Atlantic Association for Research in the Mathematical Sciences</publisher-name> (<year>2018</year>). <pub-id pub-id-type="doi">10.1090/gsm/196</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B31">
<label>31.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Mbroh</surname> <given-names>NA</given-names></name> <name><surname>Noutchie</surname> <given-names>SCO</given-names></name> <name><surname>Massoukou</surname> <given-names>RYM</given-names></name></person-group>. <article-title>A robust method of lines solution for singularly perturbed delay parabolic problem</article-title>. <source>Alex Eng J</source>. (<year>2020</year>) <volume>59</volume>:<fpage>2543</fpage>&#x02013;<lpage>54</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.aej.2020.03.042</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B32">
<label>32.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Rothe</surname> <given-names>E</given-names></name></person-group>. <article-title>Zweidimensionale parabolische randwertaufgaben als grenzfall eindimensionaler randwertaufgaben</article-title>. <source>Math Ann</source>. (<year>1930</year>) <volume>102</volume>:<fpage>650</fpage>&#x02013;<lpage>70</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/BF01782368</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B33">
<label>33.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kadalbajoo</surname> <given-names>MK</given-names></name> <name><surname>Gupta</surname> <given-names>V</given-names></name> <name><surname>Awasthi</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <article-title>A uniformly convergent B-spline collocation method on a nonuniform mesh for singularly perturbed one-dimensional time-dependent linear convection-diffusion problem</article-title>. <source>J Comput Appl Math</source>. (<year>2008</year>) <volume>220</volume>:<fpage>271</fpage>&#x02013;<lpage>89</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cam.2007.08.016</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B34">
<label>34.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kellogg</surname> <given-names>RB</given-names></name> <name><surname>Tsan</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <article-title>Analysis of some difference approximations for a singular perturbation problem without turning points</article-title>. <source>Math Comput</source>. (<year>1978</year>) <volume>32</volume>:<fpage>1025</fpage>&#x02013;<lpage>39</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1090/S0025-5718-1978-0483484-9</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">30656504</pub-id></citation></ref>
<ref id="B35">
<label>35.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Clavero</surname> <given-names>C</given-names></name> <name><surname>Jorge</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Lisbona</surname> <given-names>F</given-names></name></person-group>. <article-title>A uniformly convergent scheme on a nonuniform mesh for convection-diffusion parabolic problems</article-title>. <source>J Comput Appl Math</source>. (<year>2003</year>) <volume>154</volume>:<fpage>415</fpage>&#x02013;<lpage>29</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0377-0427(02)00861-0</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B36">
<label>36.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Da&#x0011F;</surname> <given-names>&#x00130;</given-names></name> <name><surname>Irk</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Sar&#x00131;</surname> <given-names>M</given-names></name></person-group>. <article-title>The extended cubic B-spline algorithm for a modified regularized long wave equation</article-title>. <source>Chin Phys B</source>. (<year>2013</year>) <volume>22</volume>:<fpage>040207</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1088/1674-1056/22/4/040207</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B37">
<label>37.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Gang</surname> <given-names>X</given-names></name> <name><surname>Guo-Zhao</surname> <given-names>W</given-names></name></person-group>. <article-title>Extended cubic uniform B-spline and &#x003B1;-B-spline</article-title>. <source>Acta Autom Sin</source>. (<year>2008</year>) <volume>34</volume>:<fpage>980</fpage>&#x02013;<lpage>4</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S1874-1029(08)60047-6</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">33222414</pub-id></citation></ref>
<ref id="B38">
<label>38.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>O&#x00027;Malley</surname> <given-names>RE</given-names></name></person-group>. <source>Singular Perturbation Methods for Ordinary Differential Equations</source>, <volume>Vol 89</volume>. <publisher-loc>New York, NY</publisher-loc>: <publisher-name>Springer</publisher-name> (<year>1991</year>). <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-1-4612-0977-5</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">23077920</pub-id></citation></ref>
<ref id="B39">
<label>39.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hall</surname> <given-names>C</given-names></name></person-group>. <article-title>On error bounds for spline interpolation</article-title>. <source>J Approx Theory</source>. (<year>1968</year>) <volume>1</volume>:<fpage>209</fpage>&#x02013;<lpage>18</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/0021-9045(68)90025-7</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B40">
<label>40.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Varah</surname> <given-names>JM</given-names></name></person-group>. <article-title>A lower bound for the smallest singular value of a matrix</article-title>. <source>Linear Algebra Appl</source>. (<year>1975</year>) <volume>11</volume>:<fpage>3</fpage>&#x02013;<lpage>5</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/0024-3795(75)90112-3</pub-id></citation>
</ref>
<ref id="B41">
<label>41.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kumar</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Kumari</surname> <given-names>P</given-names></name></person-group>. <article-title>A parameter-uniform numerical scheme for the parabolic singularly perturbed initial boundary value problems with large time delay</article-title>. <source>J Appl Math Comput</source>. (<year>2019</year>) <volume>59</volume>:<fpage>179</fpage>&#x02013;<lpage>206</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s12190-018-1174-z</pub-id></citation>
</ref>
</ref-list> 
</back>
</article>