<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" standalone="no"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article 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. Phys.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Physics</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Phys.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2296-424X</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fphy.2019.00196</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Physics</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>A New Feature of the Fractional Euler&#x02013;Lagrange Equations for a Coupled Oscillator Using a Nonsingular Operator Approach</article-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name><surname>Jajarmi</surname> <given-names>Amin</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/527771/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Baleanu</surname> <given-names>Dumitru</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff2"><sup>2</sup></xref>
<xref ref-type="aff" rid="aff3"><sup>3</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/73178/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Sajjadi</surname> <given-names>Samaneh Sadat</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff4"><sup>4</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/713359/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Asad</surname> <given-names>Jihad H.</given-names></name>
<xref ref-type="aff" rid="aff5"><sup>5</sup></xref>
<uri xlink:href="http://loop.frontiersin.org/people/769239/overview"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff id="aff1"><sup>1</sup><institution>Department of Electrical Engineering, University of Bojnord</institution>, <addr-line>Bojnord</addr-line>, <country>Iran</country></aff>
<aff id="aff2"><sup>2</sup><institution>Department of Mathematics, Faculty of Arts and Sciences, Cankaya University</institution>, <addr-line>Ankara</addr-line>, <country>Turkey</country></aff>
<aff id="aff3"><sup>3</sup><institution>Institute of Space Sciences</institution>, <addr-line>Magurele&#x02013;Bucharest</addr-line>, <country>Romania</country></aff>
<aff id="aff4"><sup>4</sup><institution>Department of Electrical and Computer Engineering, Hakim Sabzevari University</institution>, <addr-line>Sabzevar</addr-line>, <country>Iran</country></aff>
<aff id="aff5"><sup>5</sup><institution>Department of Physics, College of Applied Sciences, Palestine Technical University</institution>, <addr-line>Tulkarm</addr-line>, <country>Palestine</country></aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by"><p>Edited by: Carlo Cattani, Universit&#x000E0; degli Studi della Tuscia, Italy</p></fn>
<fn fn-type="edited-by"><p>Reviewed by: Zakia Hammouch, Moulay Ismail University, Morocco; Praveen Agarwal, Anand International College of Engineering, India; Haci Mehmet Baskonus, Harran University, Turkey</p></fn>
<corresp id="c001">&#x0002A;Correspondence: Amin Jajarmi <email>a.jajarmi&#x00040;ub.ac.ir</email></corresp>
<fn fn-type="other" id="fn001"><p>This article was submitted to Mathematical Physics, a section of the journal Frontiers in Physics</p></fn></author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>26</day>
<month>11</month>
<year>2019</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2019</year>
</pub-date>
<volume>7</volume>
<elocation-id>196</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>26</day>
<month>03</month>
<year>2019</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>06</day>
<month>11</month>
<year>2019</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#x000A9; 2019 Jajarmi, Baleanu, Sajjadi and Asad.</copyright-statement>
<copyright-year>2019</copyright-year>
<copyright-holder>Jajarmi, Baleanu, Sajjadi and Asad</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>In this new work, the free motion of a coupled oscillator is investigated. First, a fully description of the system under study is formulated by considering its classical Lagrangian, and as a result, the classical Euler&#x02013;Lagrange equations of motion are constructed. After this point, we extend the classical Lagrangian in fractional sense, and thus, the fractional Euler&#x02013;Lagrange equations of motion are derived. In this new formulation, we consider a recently introduced fractional operator with Mittag&#x02013;Leffler non-singular kernel. We also present an efficient numerical method for solving the latter equations in a proper manner. Due to this new powerful technique, we are able to obtain remarkable physical thinks; indeed, we indicate that the complex behavior of many physical systems is realistically demonstrated via the fractional calculus modeling. Finally, we report our numerical findings to verify the theoretical analysis.</p></abstract> <kwd-group>
<kwd>coupled oscillator</kwd>
<kwd>Euler&#x02013;Lagrange equations</kwd>
<kwd>fractional derivative</kwd>
<kwd>nonsingular kernel</kwd>
<kwd>numerical method</kwd>
</kwd-group>
<contract-num rid="cn001">JMDC(100%.2019.FPHY.826)</contract-num>
<contract-num rid="cn002">TBAG-117F473</contract-num>
<contract-sponsor id="cn001">Frontiers Foundation<named-content content-type="fundref-id">10.13039/501100004905</named-content></contract-sponsor>
<contract-sponsor id="cn002">T&#x000FC;rkiye Bilimsel ve Teknolojik Arastirma Kurumu<named-content content-type="fundref-id">10.13039/501100004410</named-content></contract-sponsor>
<counts>
<fig-count count="7"/>
<table-count count="0"/>
<equation-count count="45"/>
<ref-count count="32"/>
<page-count count="9"/>
<word-count count="3918"/>
</counts>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec sec-type="intro" id="s1">
<title>1. Introduction</title>
<p>There are two main approaches in the classical mechanics to get the equations of motion for a dynamical system: Newtonian and Lagrangian. However, in the first approach, which is a force-based one, we encounter with some difficulties since all acting forces need to be set up while sometimes they are not clear. The second approach was invented by Joseph Louis Lagrange, a French Mathematician. This approach is considered as a useful technique to find the equations of motion for many kinds of physical processes [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>]. During the past decade, the Lagrangian method has been used to solve some interesting systems such as Atwood&#x00027;s machine, coupled and spring pendulums, and many others.</p>
<p>The fractional calculus (FC) is a branch of mathematical analysis, which deals with the non-integer integral and derivative operators. The application of the FC has been extensively expanded in different fields of the basic and engineering sciences [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>]. Over the past few decades, the classical mechanics has been extended by using the new aspects of the FC. In Riewe [<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>], the non-conservative Lagrangian systems were studied by Riewe using the concept of the FC. Indeed, the author employed the fractional-order derivatives to define conjugate momenta and formulated the fractional Hamilton equations. In Laskin [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>], Laskin studied the path of L&#x000E9;vy flights by using a fractional path integral scheme. In Laskin [<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>], he also developed the fractional quantum mechanics and proved the hermiticity property of the Hamilton operator in fractional sense. Afterwards, the works by Riewe and Laskin were followed by many scientists and several interesting papers were published in this area [<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B19">19</xref>]. According to these studies, the asymptotic behavior of many physical systems was explored by using the fractional Lagrangian (or the fractional Hamiltonian), which leads to the fractional Euler-Lagrange equations (FELEs) [<xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>&#x02013;<xref ref-type="bibr" rid="B22">22</xref>]. However, an important issue here is to solve these equations by an appropriate approximation method [<xref ref-type="bibr" rid="B23">23</xref>]. These techniques include the Adams-Bashforth-Moulton scheme [<xref ref-type="bibr" rid="B24">24</xref>], variational iteration method [<xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>], Adomian decomposition method [<xref ref-type="bibr" rid="B26">26</xref>], and the Gr&#x000FC;nwald&#x02013;Letnikov approximation [<xref ref-type="bibr" rid="B27">27</xref>].</p>
<p>According to the recent studies in the literature, the complex behavior of physical systems can be represented more precisely by the FC approach. However, some natural phenomena with nonlocal characteristic may not be described properly by the classical fractional derivatives (FDs) due to the appearance of singular kernel in the definition of these operators. Thus, an alternative analytical approach is needed to model and analyze the nonlocal dynamics in a proper manner. To solve this difficulty, a new type of the fractional operator with Mittag-Leffler (ML) kernel (ABC) was developed in Baleanu and Atangana [<xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>] and applied to some practical cases [<xref ref-type="bibr" rid="B29">29</xref>]. Indeed, due to the presence of nonsingular kernel, this new definition shows a completely different property compared to the classical FDs, and hence, it can describe the nonlocal dynamics and capture different features of realistic systems more appropriately than the standard FC. Nevertheless, more practical cases should be examined via the ABC operator and some new and efficient numerical methods need to be designed to solve these fractional equations effectively. Motivated by the above discussion, the aim of this paper is to investigate the free motion of a coupled oscillator by using the newly introduced ABC fractional operator with ML kernel. We give a theoretical analysis to formulate the corresponding FELEs. Also, we provide an efficient numerical scheme to solve the aforementioned fractional equations effectively. In accordance with the obtained results, we conclude that a flexible model is provided by using the FC as the fractional order can be varied between 0 and 1. Due to this impressive feature, the new hidden aspects of the coupled oscillator system can be explored, which are not visible in the classic integer manner.</p>
<p>The rest of this paper is organized as follows. In section 2, some preliminary results regarding the fractional operators are given. Section 3 introduces the classical and fractional descriptions of the coupled oscillator. In section 4, an efficient numerical technique is proposed to solve the derived FELEs. In section 5, numerical simulations are presented, and finally, the paper is closed by some conclusions in the last section.</p></sec>
<sec id="s2">
<title>2. Preliminaries</title>
<p>This section gives some definitions and preliminaries regarding the fractional operator with ML kernel (ABC) [<xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>]. For &#x003C6; &#x02208; &#x0210D;<sup>1</sup>(0, <italic>b</italic>), the (left) ABC fractional operator of order <italic>q</italic> &#x02208; (0, 1) is defined by</p>
<disp-formula id="E1"><label>(1)</label><mml:math id="M1"><mml:mmultiscripts><mml:mi>D</mml:mi><mml:mprescripts/><mml:mn>0</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:msubsup><mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mover accent='true'><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>S</italic>(<italic>q</italic>) denotes a normalization function with <italic>S</italic>(0) &#x0003D; <italic>S</italic>(1) &#x0003D; 1 and <italic>E</italic><sub><italic>q</italic></sub>(<italic>t</italic>) is the one&#x02013;parameter ML function. The corresponding right fractional operator of order <italic>q</italic> &#x02208; (0, 1) is also expressed as</p>
<disp-formula id="E2"><label>(2)</label><mml:math id="M2"><mml:mmultiscripts><mml:mi>D</mml:mi><mml:mprescripts/><mml:mn>t</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:msubsup><mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>E</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>[</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:msup><mml:mo stretchy='false'>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mover accent='true'><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>The integral operators associated with the definitions (1) and (2) are, respectively, described by</p>
<disp-formula id="E3"><label>(3)</label><mml:math id="M3"><mml:mmultiscripts><mml:mi>I</mml:mi><mml:mprescripts/><mml:mn>0</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:msubsup><mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>&#x00393;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E4"><label>(4)</label><mml:math id="M4"><mml:mmultiscripts><mml:mi>I</mml:mi><mml:mprescripts/><mml:mn>t</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:msubsup><mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>&#x00393;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle></mml:math></disp-formula>
<p>The following useful relations hold between the above&#x02013;mentioned differential and integral operators</p>
<disp-formula id="E5"><label>(5)</label><mml:math id="M5"><mml:mmultiscripts><mml:mi>I</mml:mi><mml:mprescripts/><mml:mn>0</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:msubsup><mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mmultiscripts><mml:mi>D</mml:mi><mml:mprescripts/><mml:mn>0</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:msubsup><mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E6"><label>(6)</label><mml:math id="M6"><mml:mmultiscripts><mml:mi>I</mml:mi><mml:mprescripts/><mml:mn>t</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:msubsup><mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mmultiscripts><mml:mi>D</mml:mi><mml:mprescripts/><mml:mn>t</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:msubsup><mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msubsup><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003C6;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>For more details and discussions, we refer the interested readers to Baleanu and Atangana [<xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>] and Abdeljawad and Baleanu [<xref ref-type="bibr" rid="B30">30</xref>].</p></sec>
<sec id="s3">
<title>3. The Classical and Fractional Description</title>
<p>In this section, we consider a coupled oscillator system and provide a fully description of its dynamical equations both in the classical and fractional manner. For this purpose, we consider the physical system shown in <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure 1</xref>, which consists of two coupled carts with masses <italic>m</italic><sub>1</sub> and <italic>m</italic><sub>2</sub> attached to their respective walls by two identical springs (with force constant <italic>k</italic>) and to each other by another spring (with force constant <italic>k</italic><sub>2</sub>). It is of interest to mention that in some books this system is known as the diatomic molecules.</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>Figure 1</label>
<caption><p>Two coupled carts with different masses.</p></caption>
<graphic xlink:href="fphy-07-00196-g0001.tif"/>
</fig>
<p>Assuming that all springs are massless, we aim to obtain the classical Euler&#x02013;Lagrange equations (CELEs) for the physical system under consideration. To this end, first we write the instantaneous kinetic and potential energies of the system, respectively, by the formulas</p>
<disp-formula id="E7"><label>(7)</label><mml:math id="M7"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x01E8B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</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:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x01E8B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E8"><label>(8)</label><mml:math id="M8"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</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:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Then the classical Lagrangian <italic>L</italic><sub><italic>c</italic></sub>(<italic>t</italic>) is given in the form</p>
<disp-formula id="E9"><label>(9)</label><mml:math id="M9"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>U</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x01E8B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</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:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>&#x01E8B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><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:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</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:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Substituting the Lagrangian (9) into the CELEs (<inline-formula><mml:math id="M10"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><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 stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>-</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>L</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>c</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>&#x02202;</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x01E8B;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <italic>i</italic> &#x0003D; 1, 2), we obtain</p>
<disp-formula id="E10"><label>(10)</label><mml:math id="M11"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E11"><label>(11)</label><mml:math id="M12"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>&#x000A8;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>-</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Now, we aim to derive the classical Hamiltonian equations (CHEs) of motion. For this purpose, first we introduce the following generalized momenta</p>
<disp-formula id="E12"><label>(12)</label><mml:math id="M13"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x0205F;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>c</mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Substituting Equations (9) and (12) into the Hamilton function <italic>H</italic>(<italic>t</italic>) &#x0003D; &#x01E8B;<sub>1</sub>(<italic>t</italic>)<italic>P</italic><sub>1</sub>(<italic>t</italic>) &#x0002B; &#x01E8B;<sub>2</sub>(<italic>t</italic>)<italic>P</italic><sub>2</sub>(<italic>t</italic>) &#x02212; <italic>L</italic><sub><italic>c</italic></sub>(<italic>t</italic>), we provide</p>
<disp-formula id="E13"><label>(13)</label><mml:math id="M14"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><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;&#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>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Then the CHEs of motion for the coupled oscillator are obtained from</p>
<disp-formula id="E14"><label>(14)</label><mml:math id="M15"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x0205F;</mml:mtext><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E15"><label>(15)</label><mml:math id="M16"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>P</mml:mi><mml:mo>&#x002D9;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mi>H</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>which lead to the same results as the CELEs (10)&#x02013;(11). Nevertheless, as it was pointed out in Agrawal [<xref ref-type="bibr" rid="B31">31</xref>], the theory of the calculus of variations cannot capture many laws of the natural phenomena; for example, the behavior of nonconservative systems cannot be described properly by the dynamical equations achieved in accordance with the traditional energy approach. On the other hand, the FC has overcome this limitation as it can characterize the behavior of many complex physical systems including hereditary properties. Accordingly, in the following, we investigate the fractional Lagrangian for the coupled oscillator in order to expose its new features. To this end, we modify the classical Lagrangian (9) according to the ABC operator defined by Equation (1)</p>
<disp-formula id="E16"><label>(16)</label><mml:math id="M17"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mmultiscripts><mml:mi>D</mml:mi><mml:mprescripts/><mml:mn>0</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:msubsup><mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mmultiscripts><mml:mi>D</mml:mi><mml:mprescripts/><mml:mn>0</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:msubsup><mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>k</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Substituting <italic>L</italic><sub><italic>f</italic></sub>(<italic>t</italic>) from Equation (16) into the formula <inline-formula><mml:math id="M18"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mmultiscripts><mml:mi>D</mml:mi><mml:mprescripts/><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:msubsup><mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msubsup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mmultiscripts><mml:mi>D</mml:mi><mml:mprescripts/><mml:mn>0</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:msubsup><mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mmultiscripts><mml:mi>D</mml:mi><mml:mprescripts/><mml:mn>0</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:msubsup><mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msubsup><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mmultiscripts><mml:mi>D</mml:mi><mml:mprescripts/><mml:mi>t</mml:mi></mml:mmultiscripts><mml:msubsup><mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, <italic>i</italic> &#x0003D; 1, 2, yields the following FELEs</p>
<disp-formula id="E17"><label>(17)</label><mml:math id="M19"><mml:mmultiscripts><mml:mi>D</mml:mi><mml:mprescripts/><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:msubsup><mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msubsup><mml:mmultiscripts><mml:mi>D</mml:mi><mml:mprescripts/><mml:mn>0</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:msubsup><mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E18"><label>(18)</label><mml:math id="M20"><mml:mmultiscripts><mml:mi>D</mml:mi><mml:mprescripts/><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:msubsup><mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msubsup><mml:mmultiscripts><mml:mi>D</mml:mi><mml:mprescripts/><mml:mn>0</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:msubsup><mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:math></disp-formula>
<p>where <inline-formula><mml:math id="M21"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math></inline-formula>, <inline-formula><mml:math id="M22"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msqrt></mml:math></inline-formula>, and <inline-formula><mml:math id="M23"><mml:mi>r</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula>. As can be seen, the FELEs (17)&#x02013;(18) are reduced to the CELEs (10)&#x02013;(11) when <italic>q</italic> goes to 1.</p>
<p>Now, we are going to attain the fractional Hamiltonian equations (FHEs) of motion. To do so, we consider the fractional Hamilton function as follows</p>
<disp-formula id="E19"><label>(19)</label><mml:math id="M24"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mmultiscripts><mml:mi>D</mml:mi><mml:mprescripts/><mml:mn>0</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:msubsup><mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mmultiscripts><mml:mi>D</mml:mi><mml:mprescripts/><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:msubsup><mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mmultiscripts><mml:mi>D</mml:mi><mml:mprescripts/><mml:mn>0</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:msubsup><mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mmultiscripts><mml:mi>D</mml:mi><mml:mprescripts/><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:msubsup><mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>P</italic><sub>1, 1</sub>(<italic>t</italic>), <italic>P</italic><sub>1, 2</sub>(<italic>t</italic>), <italic>P</italic><sub>2, 1</sub>(<italic>t</italic>), and <italic>P</italic><sub>2, 2</sub>(<italic>t</italic>) are the following generalized momenta</p>
<disp-formula id="E20"><label>(20)</label><mml:math id="M25"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>C</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>C</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x0205F;</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>C</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mtext>&#x000A0;</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>C</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x0205F;</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>L</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Thus, the fractional Hamilton function is obtained by substituting Equation (16) and (20) into Equation (19)</p>
<disp-formula id="E21"><label>(21)</label><mml:math id="M26"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mmultiscripts><mml:mi>D</mml:mi><mml:mprescripts/><mml:mn>0</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:msubsup><mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi>m</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mmultiscripts><mml:mi>D</mml:mi><mml:mprescripts/><mml:mn>0</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:msubsup><mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:msup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:mfrac><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>k</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Accordingly, the FHEs of motion are concluded as follows</p>
<disp-formula id="E22"><label>(22)</label><mml:math id="M27"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mmultiscripts><mml:mi>D</mml:mi><mml:mprescripts/><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:msubsup><mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mmultiscripts><mml:mi>D</mml:mi><mml:mprescripts/><mml:mn>0</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:msubsup><mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x021D2;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mmultiscripts><mml:mi>D</mml:mi><mml:mprescripts/><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:msubsup><mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msubsup><mml:mmultiscripts><mml:mi>D</mml:mi><mml:mprescripts/><mml:mn>0</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:msubsup><mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E23"><label>(23)</label><mml:math id="M28"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtext>&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02202;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mmultiscripts><mml:mi>D</mml:mi><mml:mprescripts/><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:msubsup><mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mmultiscripts><mml:mi>D</mml:mi><mml:mprescripts/><mml:mn>0</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:msubsup><mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>P</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x021D2;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mmultiscripts><mml:mi>D</mml:mi><mml:mprescripts/><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:msubsup><mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msubsup><mml:mmultiscripts><mml:mi>D</mml:mi><mml:mprescripts/><mml:mn>0</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:msubsup><mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Here, it is notable that the FHEs (22)&#x02013;(23) are the same as the previously derived FELEs (17)&#x02013;(18) and reduced to the CELEs (10)&#x02013;(11) as <italic>q</italic> &#x02192; 1.</p></sec>
<sec id="s4">
<title>4. Numerical Method</title>
<p>In this section, we propose an efficient numerical technique to solve the FELEs (17)&#x02013;(18) [or the FHEs (22)&#x02013;(23)]. In order to this, we first define the new state variables <inline-formula><mml:math id="M29"><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>C</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math id="M30"><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow></mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>C</mml:mi></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi>D</mml:mi><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:math></inline-formula>. Thus, the Equations (17)&#x02013;(18) are rewritten as</p>
<disp-formula id="E24"><label>(24)</label><mml:math id="M31"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mmultiscripts><mml:mi>D</mml:mi><mml:mprescripts/><mml:mn>0</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:msubsup><mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mmultiscripts><mml:mi>D</mml:mi><mml:mprescripts/><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:msubsup><mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mmultiscripts><mml:mi>D</mml:mi><mml:mprescripts/><mml:mn>0</mml:mn><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:msubsup><mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mmultiscripts><mml:mi>D</mml:mi><mml:mprescripts/><mml:mi>t</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>A</mml:mi><mml:mi>B</mml:mi><mml:mi>C</mml:mi></mml:mrow></mml:mmultiscripts><mml:msubsup><mml:mrow></mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mi>&#x003B1;</mml:mi></mml:msubsup><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>Applying the definition of the left and right integral operators (3) and (4), we derive the following system of fractional integral equations</p>
<disp-formula id="E25"><label>(25)</label><mml:math id="M32"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>&#x00393;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mi>t</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>&#x00393;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>&#x00393;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>&#x00393;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mstyle displaystyle='true'><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo>&#x0222B;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mi>b</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>t</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mi>d</mml:mi><mml:mi>&#x003C4;</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>Now, we consider a uniform mesh on [0, <italic>b</italic>] with the time step size <inline-formula><mml:math id="M33"><mml:mi>h</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math></inline-formula> in which <italic>N</italic> is an arbitrary positive integer. Moreover, we represent the numerical approximation of <italic>x</italic><sub><italic>i</italic></sub>(<italic>t</italic><sub><italic>j</italic></sub>) and <inline-formula><mml:math id="M34"><mml:msub><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:mrow><mml:mi>i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> by <italic>x</italic><sub><italic>i, j</italic></sub> and <inline-formula><mml:math id="M35"><mml:msub><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:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math></inline-formula>, respectively, where <italic>t</italic><sub><italic>j</italic></sub> &#x0003D; 0 &#x0002B; <italic>jh</italic> (0 &#x02264; <italic>j</italic> &#x02264; <italic>N</italic>) is the time at node <italic>j</italic>. Applying the Euler method to discretize the convolution integrals in (25), we derive</p>
<disp-formula id="E26"><label>(26)</label><mml:math id="M36"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><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>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><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:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><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: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>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></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>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><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:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><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:msub><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:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><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>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><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:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</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:msub><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:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E27"><label>(27)</label><mml:math id="M37"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x022EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x022EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x022EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mtext>&#x02003;&#x02003;&#x02003;&#x02003;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x022EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msup><mml:msubsup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x022EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x022EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E28"><label>(28)</label><mml:math id="M38"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><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>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><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:msub><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><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: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>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></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>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>-</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><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:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><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:msub><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:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><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>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi>H</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><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:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi>x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo>&#x0007E;</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</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:msub><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:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>-</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E29"><label>(29)</label><mml:math id="M39"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x022EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x022EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x022EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><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;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x022EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign='left'><mml:mtd columnalign='left'><mml:mrow><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msup><mml:msubsup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x022EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x022EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>where</p>
<disp-formula id="E30"><label>(30)</label><mml:math id="M40"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x02026;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></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>&#x022EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x022EE;</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:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x02026;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x0205F;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x0205F;</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi></mml:mfrac><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x0205F;</mml:mtext><mml:mi>j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mo>&#x02026;</mml:mo><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mn>1.</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>By defining the augmented matrices <italic>A</italic><sub><italic>N, q</italic></sub> and <italic>B</italic><sub><italic>N, q</italic></sub> such as</p>
<disp-formula id="E31"><label>(31)</label><mml:math id="M41"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x022EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x0205F;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>H</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mi>T</mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x022EE;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>&#x022EF;</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>q</mml:mi><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>the system of Equations (26)&#x02013;(29) is combined in a compact form as follows</p>
<disp-formula id="E32"><label>(32)</label><mml:math id="M42"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msup><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msup><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msup><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msup><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where</p>
<disp-formula id="E33"><label>(33)</label><mml:math id="M43"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x022EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x0205F;</mml:mtext><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x022EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x0205F;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x022EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<disp-formula id="E34"><label>(34)</label><mml:math id="M44"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x022EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>&#x0205F;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x022EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>x</mml:mi><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x0205F;</mml:mtext><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi>i</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mo>&#x022EE;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>x</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mi>i</mml:mi></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Rearranging Equation (32), we provide</p>
<disp-formula id="E35"><label>(35)</label><mml:math id="M45"><mml:mrow><mml:mo>{</mml:mo><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:math></disp-formula>
<p>where <italic>I</italic> is the (<italic>N</italic> &#x0002B; 1) &#x000D7; (<italic>N</italic> &#x0002B; 1) identity matrix and</p>
<disp-formula id="E36"><label>(36)</label><mml:math id="M46"><mml:mtable class="eqnarray" columnalign="right center left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msup><mml:msub><mml:mi>A</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>,</mml:mo><mml:mtext>&#x0205F;</mml:mtext><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi>I</mml:mi><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mi>q</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>S</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mi>h</mml:mi><mml:mi>q</mml:mi></mml:msup><mml:msub><mml:mi>B</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>Finally, we attain the following system of linear algebraic equations</p>
<disp-formula id="E37"><label>(37)</label><mml:math id="M47"><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi>I</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mi>r</mml:mi><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>I</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>I</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:msub><mml:mi>C</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mrow><mml:mo>&#x02212;</mml:mo><mml:mo stretchy='false'>(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo>&#x0002B;</mml:mo><mml:mfrac><mml:mn>1</mml:mn><mml:mi>r</mml:mi></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi>&#x003C9;</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn><mml:mn>2</mml:mn></mml:msubsup><mml:mo stretchy='false'>)</mml:mo><mml:msub><mml:mi>D</mml:mi><mml:mrow><mml:mi>N</mml:mi><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>q</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd><mml:mi>I</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></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;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;&#x000A0;</mml:mtext><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>1</mml:mn></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mrow><mml:mo>[</mml:mo><mml:mtable columnalign='left'><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi>X</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mover accent='true'><mml:mi>X</mml:mi><mml:mo>&#x002DC;</mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>,</mml:mo><mml:mi>b</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable><mml:mo>]</mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></disp-formula>
<p>which can be implemented easily by any linear solver. Note that the convergence of the fractional Euler method in the ABC sense was studied by Baleanu et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B32">32</xref>] and the error bound was also reported. This verifies the validity of all numerical results provided in this paper. For more details on the stability and convergence analysis in this case, the interested reader can refer to Baleanu et al. [<xref ref-type="bibr" rid="B32">32</xref>].</p></sec>
<sec id="s5">
<title>5. Simulation Results and Discussion</title>
<p>In this section, we investigate the dynamical behavior of the FELEs of motion for the coupled oscillator expressed by Equations (17)&#x02013;(18) considering different values of the fractional order <italic>q</italic>. To this aim, we take into account the following three cases for the physical system under study:</p>
<p><bold>Case 1: A symmetric initial position</bold>. In this case, we consider the initial and terminal conditions as <italic>x</italic><sub>1</sub>(0) &#x0003D; &#x02212;<italic>x</italic><sub>2</sub>(0) &#x0003D; 1 and <inline-formula><mml:math id="M48"><mml:msub><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:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>40</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><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:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">(</mml:mo><mml:mrow><mml:mn>40</mml:mn></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math></inline-formula>, respectively. The other parameters are also assumed to be <italic>k</italic> &#x0003D; 2, <italic>k</italic><sub>2</sub> &#x0003D; 4, <italic>m</italic><sub>1</sub> &#x0003D; 3, <italic>m</italic><sub>2</sub> &#x0003D; 7, and <italic>q</italic> &#x0003D; 0.96, 0.965, 0.97, 0.975, 0.98, 0.985, 0.99, 0.995, 0.999. Simulation results for this case are shown in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figures 2</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F3">3</xref> as compared to the solution of the CELEs (10)&#x02013;(11).</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>Figure 2</label>
<caption><p>The plots of <italic>x</italic><sub>1</sub>(<italic>t</italic>) in the fractional sense (blue) and classical sense (red): a symmetric initial position <italic>x</italic><sub>1</sub>(0) &#x0003D; &#x02212;<italic>x</italic><sub>2</sub>(0) &#x0003D; 1.</p></caption>
<graphic xlink:href="fphy-07-00196-g0002.tif"/>
</fig>
<fig id="F3" position="float">
<label>Figure 3</label>
<caption><p>The plots of <italic>x</italic><sub>2</sub>(<italic>t</italic>) in the fractional sense (blue) and classical sense (red): a symmetric initial position <italic>x</italic><sub>1</sub>(0) &#x0003D; &#x02212;<italic>x</italic><sub>2</sub>(0) &#x0003D; 1.</p></caption>
<graphic xlink:href="fphy-07-00196-g0003.tif"/>
</fig>
<p><bold>Case 2: An anti&#x02013;symmetric initial position</bold>. In this case, we take into account the initial condition as <italic>x</italic><sub>1</sub>(0) &#x0003D; <italic>x</italic><sub>2</sub>(0) &#x0003D; 1 while the terminal condition and other parameters take the same values as in the previous case. Simulation and comparative results for this case are depicted in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figures 4</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F5">5</xref>.</p>
<fig id="F4" position="float">
<label>Figure 4</label>
<caption><p>The plots of <italic>x</italic><sub>1</sub>(<italic>t</italic>) in the fractional sense (blue) and classical sense (red): an anti&#x02013;symmetric initial position <italic>x</italic><sub>1</sub>(0) &#x0003D; <italic>x</italic><sub>2</sub>(0) &#x0003D; 1.</p></caption>
<graphic xlink:href="fphy-07-00196-g0004.tif"/>
</fig>
<fig id="F5" position="float">
<label>Figure 5</label>
<caption><p>The plots of <italic>x</italic><sub>2</sub>(<italic>t</italic>) in the fractional sense (blue) and classical sense (red): an anti&#x02013;symmetric initial position <italic>x</italic><sub>1</sub>(0) &#x0003D; <italic>x</italic><sub>2</sub>(0) &#x0003D; 1.</p></caption>
<graphic xlink:href="fphy-07-00196-g0005.tif"/>
</fig>
<p><bold>Case 3: A weak coupled oscillator</bold>. Finally, we take into consideration a weak coupled oscillator in which <italic>k</italic> &#x0003D; 10 and <italic>k</italic><sub>2</sub> &#x0003D; 0.1 (<italic>k</italic>&#x0226B;<italic>k</italic><sub>2</sub>). The initial condition is also assumed to be <italic>x</italic><sub>1</sub>(0) &#x0003D; 1, <italic>x</italic><sub>2</sub>(0) &#x0003D; 0, and the other parameters remain unchanged as in the previous cases. Simulation results of the Euler&#x02013;Lagrange equations for both fractional and classical cases are plotted in <xref ref-type="fig" rid="F6">Figures 6</xref>, <xref ref-type="fig" rid="F7">7</xref>.</p>
<fig id="F6" position="float">
<label>Figure 6</label>
<caption><p>The plots of <italic>x</italic><sub>1</sub>(<italic>t</italic>) in the fractional sense (blue) and classical sense (red): a weak coupled oscillator (<italic>k</italic> &#x0226B; <italic>k</italic><sub>2</sub>).</p></caption>
<graphic xlink:href="fphy-07-00196-g0006.tif"/>
</fig>
<fig id="F7" position="float">
<label>Figure 7</label>
<caption><p>The plots of <italic>x</italic><sub>2</sub>(<italic>t</italic>) in the fractional sense (blue) and classical sense (red): a weak coupled oscillator (<italic>k</italic> &#x0226B; <italic>k</italic><sub>2</sub>).</p></caption>
<graphic xlink:href="fphy-07-00196-g0007.tif"/>
</fig>
<p>As can be seen from <xref ref-type="fig" rid="F2">Figures 2</xref>&#x02013;<xref ref-type="fig" rid="F7">7</xref>, the numerical solution of the FELEs not only represents different asymptotic behaviors for different values of <italic>q</italic> but also tends to the solution of the CELEs as <italic>q</italic> goes to 1. This confirms that the FC provides a flexible model, which is able to extract hidden aspects of the physical system under study while this feature is unavailable when we use the ordinary time&#x02013;derivatives.</p></sec>
<sec sec-type="conclusions" id="s6">
<title>6. Conclusions</title>
<p>This paper studied the concept of the FC to evaluate the equations of motion for a coupled oscillator. In this study, the classical and fractional Lagrangian were established, and then, the FELEs of motion were formulated including the recently introduced ABC operator with ML kernel. In order to solve the aforementioned equations numerically, an efficient approximation method was also suggested, which employed the Euler formula to discretize the convolution integral. Applying this powerful new technique, the FELEs for the considered problem were converted into a system of linear algebraic equations. Simulation results reported in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figures 2</xref>&#x02013;<xref ref-type="fig" rid="F7">7</xref> indicated that the behavior of the FELEs varied with the fractional order <italic>q</italic>, and recovered the solution of the CELEs as <italic>q</italic> &#x02192; 1. This verifies the advantage of the FC to provide a flexible model capable of extracting hidden aspects of the coupled oscillator system while this property is not available in the presence of ordinary time&#x02013;derivatives.</p></sec>
<sec sec-type="data-availability-statement" id="s7">
<title>Data Availability Statement</title>
<p>All datasets analyzed for this study are included in the article/supplementary material.</p></sec>
<sec id="s8">
<title>Author Contributions</title>
<p>All authors contributed equally to each part of this work. All authors read and approved the final manuscript.</p>
<sec>
<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>
</body>
<back>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<label>1.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Greiner</surname> <given-names>W</given-names></name></person-group>. <source>Classical Mechanics, Systems of Particles and Hamiltonian Dynamics.</source> <publisher-loc>Berlin; Heidelberg</publisher-loc>: <publisher-name>Springer&#x02013;Verlag</publisher-name> (<year>2010</year>).</citation></ref>
<ref id="B2">
<label>2.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Tariboon</surname> <given-names>J</given-names></name> <name><surname>Ntouyas</surname> <given-names>SK</given-names></name> <name><surname>Agarwal</surname> <given-names>P</given-names></name></person-group>. <article-title>New concepts of fractional quantum calculus and applications to impulsive fractional q-difference equations</article-title>. <source>Adv Diff Equat.</source> (<year>2015</year>) <volume>2015</volume>:<fpage>18</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1186/s13662-014-0348-8</pub-id></citation></ref>
<ref id="B3">
<label>3.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hammouch</surname> <given-names>Z</given-names></name> <name><surname>Mekkaoui</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Agarwal</surname> <given-names>P</given-names></name></person-group>. <article-title>Optical solitons for the Calogero-Bogoyavlenskii-Schiff equation in (2 &#x0002B; 1) dimensions with time-fractional conformable derivative</article-title>. <source>Eur Phys J Plus.</source> (<year>2018</year>) <volume>133</volume>:<fpage>248</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1140/epjp/i2018-12096-8</pub-id></citation></ref>
<ref id="B4">
<label>4.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Saad</surname> <given-names>KM</given-names></name> <name><surname>Iyiola</surname> <given-names>OS</given-names></name> <name><surname>Agarwal</surname> <given-names>P</given-names></name></person-group>. <article-title>An effective homotopy analysis method to solve the cubic isothermal auto-catalytic chemical system</article-title>. <source>AIMS Math</source>. (<year>2018</year>) <volume>3</volume>:<fpage>183</fpage>&#x02013;<lpage>94</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3934/Math.2018.1.183</pub-id></citation></ref>
<ref id="B5">
<label>5.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Turalska</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>West</surname> <given-names>BJ</given-names></name></person-group>. <article-title>Fractional dynamics of individuals in complex networks</article-title>. <source>Front Phys.</source> (<year>2018</year>) <volume>6</volume>:<fpage>110</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fphy.2018.00110</pub-id></citation></ref>
<ref id="B6">
<label>6.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Jajarmi</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Hajipour</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Mohammadzadeh</surname> <given-names>E</given-names></name> <name><surname>Baleanu</surname> <given-names>D</given-names></name></person-group>. <article-title>A new approach for the nonlinear fractional optimal control problems with external persistent disturbances</article-title>. <source>J Franklin Instit</source>. (<year>2018</year>) <volume>335</volume>:<fpage>3938</fpage>&#x02013;<lpage>67</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jfranklin.2018.03.012</pub-id></citation></ref>
<ref id="B7">
<label>7.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Hajipour</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Jajarmi</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Baleanu</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Sun</surname> <given-names>HG</given-names></name></person-group>. <article-title>On an accurate discretization of a variable-order fractional reaction-diffusion equation</article-title>. <source>Commun Nonlin Sci Numer Simul.</source> (<year>2019</year>) <volume>69</volume>:<fpage>119</fpage>&#x02013;<lpage>33</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cnsns.2018.09.004</pub-id></citation></ref>
<ref id="B8">
<label>8.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Yusuf</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Inc</surname> <given-names>M</given-names></name> <name><surname>Aliyu</surname> <given-names>AI</given-names></name> <name><surname>Baleanu</surname> <given-names>D</given-names></name></person-group>. <article-title>Optical solitons possessing beta derivative of the Chen-Lee-Liu equation in optical fiber</article-title>. <source>Front Phys</source>. (<year>2019</year>) <volume>7</volume>:<fpage>34</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fphy.2019.00034</pub-id></citation></ref>
<ref id="B9">
<label>9.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Morales-Delgado</surname> <given-names>VF</given-names></name> <name><surname>G&#x000F3;mez-Aguilar</surname> <given-names>JF</given-names></name> <name><surname>Saad</surname> <given-names>KM</given-names></name> <name><surname>Khan</surname> <given-names>MA</given-names></name> <name><surname>Agarwal</surname> <given-names>P</given-names></name></person-group>. <article-title>Analytic solution for oxygen diffusion from capillary to tissues involving external force effects: a fractional calculus approach</article-title>. <source>Phys A</source>. (<year>2019</year>) <volume>523</volume>:<fpage>48</fpage>&#x02013;<lpage>65</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physa.2019.02.018</pub-id></citation></ref>
<ref id="B10">
<label>10.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Riewe</surname> <given-names>F</given-names></name></person-group>. <article-title>Nonconservative Lagrangian and Hamiltonian mechanics</article-title>. <source>Phys Rev E.</source> (<year>1996</year>) <volume>53</volume>:<fpage>1890</fpage>&#x02013;<lpage>9</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.53.1890</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">9964451</pub-id></citation></ref>
<ref id="B11">
<label>11.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Laskin</surname> <given-names>N</given-names></name></person-group>. <article-title>Fractional quantum mechanics</article-title>. <source>Phys Rev E.</source> (<year>2000</year>) <volume>62</volume>:<fpage>3135</fpage>&#x02013;<lpage>45</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.62.3135</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">11088808</pub-id></citation></ref>
<ref id="B12">
<label>12.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Laskin</surname> <given-names>N</given-names></name></person-group>. <article-title>Fractional quantum mechanics</article-title>. <source>Phys Rev E.</source> (<year>2002</year>) <volume>66</volume>:<fpage>056108</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.66.056108</pub-id></citation></ref>
<ref id="B13">
<label>13.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Agila</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Baleanu</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Eid</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Irfanoglu</surname> <given-names>B</given-names></name></person-group>. <article-title>A freely damped oscillating fractional dynamic system modeled by fractional Euler-Lagrange equations</article-title>. <source>J Vibrat Control.</source> (<year>2018</year>) <volume>24</volume>:<fpage>1228</fpage>&#x02013;<lpage>38</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1177/1077546316685228</pub-id></citation></ref>
<ref id="B14">
<label>14.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Almeida</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Morgado</surname> <given-names>ML</given-names></name></person-group>. <article-title>The Euler-Lagrange and Legendre equations for functionals involving distributed-order fractional derivatives</article-title>. <source>Appl Math Comput</source>. (<year>2018</year>) <volume>331</volume>:<fpage>394</fpage>&#x02013;<lpage>403</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.amc.2018.03.022</pub-id></citation></ref>
<ref id="B15">
<label>15.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Baleanu</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Jajarmi</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Asad</surname> <given-names>JH</given-names></name> <name><surname>Blaszczyk</surname> <given-names>T</given-names></name></person-group>. <article-title>The motion of a bead sliding on a wire in fractional sense</article-title>. <source>Acta Phys Polon A.</source> (<year>2017</year>) <volume>131</volume>:<fpage>1561</fpage>&#x02013;<lpage>4</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.12693/APhysPolA.131.1561</pub-id></citation></ref>
<ref id="B16">
<label>16.</label>
<citation citation-type="web"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Baleanu</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Asad</surname> <given-names>JH</given-names></name> <name><surname>Jajarmi</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <article-title>The fractional model of spring pendulum: new features within different kernels</article-title>. <source>Proc Roman Acad Ser A.</source> (<year>2018</year>) <volume>19</volume>:<fpage>447</fpage>&#x02013;<lpage>54</lpage>. Available online at: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://acad.ro/sectii2002/proceedings/doc2018-3/05-Baleanu.pdf">https://acad.ro/sectii2002/proceedings/doc2018-3/05-Baleanu.pdf</ext-link></citation></ref>
<ref id="B17">
<label>17.</label>
<citation citation-type="web"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Baleanu</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Asad</surname> <given-names>JH</given-names></name> <name><surname>Jajarmi</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <article-title>New aspects of the motion of a particle in a circular cavity</article-title>. <source>Proc Roman Acad Ser A.</source> (<year>2018</year>) <volume>19</volume>:<fpage>361</fpage>&#x02013;<lpage>7</lpage>. Available online at: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://acad.ro/sectii2002/proceedings/doc2018-2/Art07Baleanu.pdf">https://acad.ro/sectii2002/proceedings/doc2018-2/Art07Baleanu.pdf</ext-link></citation></ref>
<ref id="B18">
<label>18.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Baleanu</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Jajarmi</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Asad</surname> <given-names>JH</given-names></name></person-group>. <article-title>Classical and fractional aspects of two coupled pendulums</article-title>. <source>Roman Rep Phys</source>. (<year>2019</year>) <volume>71</volume>:<fpage>103</fpage>.</citation></ref>
<ref id="B19">
<label>19.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Baleanu</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Sajjadi</surname> <given-names>SS</given-names></name> <name><surname>Jajarmi</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Asad</surname> <given-names>JH</given-names></name></person-group>. <article-title>New features of the fractional Euler-Lagrange equations for a physical system within non-singular derivative operator</article-title>. <source>Eur Phys J Plus.</source> (<year>2019</year>) <volume>134</volume>:<fpage>181</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1140/epjp/i2019-12561-x</pub-id></citation></ref>
<ref id="B20">
<label>20.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Chung</surname> <given-names>WS</given-names></name></person-group>. <article-title>Fractional Newton mechanics with conformable fractional derivative</article-title>. <source>J Comput Appl Math.</source> (<year>2015</year>) <volume>290</volume>:<fpage>150</fpage>&#x02013;<lpage>8</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.cam.2015.04.049</pub-id></citation></ref>
<ref id="B21">
<label>21.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Baleanu</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Asad</surname> <given-names>JH</given-names></name> <name><surname>Petras</surname> <given-names>I</given-names></name></person-group>. <article-title>Numerical solution of the fractional Euler-Lagrange&#x00027;s equations of a thin elastica model</article-title>. <source>Nonlin Dyn</source>. (<year>2015</year>) <volume>81</volume>:<fpage>97</fpage>&#x02013;<lpage>102</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11071-015-1975-7</pub-id></citation></ref>
<ref id="B22">
<label>22.</label>
<citation citation-type="web"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Agila</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Baleanu</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Eid</surname> <given-names>R</given-names></name> <name><surname>Irfanoglu</surname> <given-names>R</given-names></name></person-group>. <article-title>Applications of the extended fractional Euler-Lagrange equations model to freely oscillating dynamical systems</article-title>. <source>Roman J Phys</source>. (<year>2016</year>) <volume>61</volume>:<fpage>350</fpage>&#x02013;<lpage>9</lpage>. Available online at: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.nipne.ro/rjp/2016_61_3-4/RomJPhys.61.p350.pdf">http://www.nipne.ro/rjp/2016_61_3-4/RomJPhys.61.p350.pdf</ext-link></citation></ref>
<ref id="B23">
<label>23.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Guezane-Lakoud</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Khaldi</surname> <given-names>R</given-names></name></person-group>. <article-title>Solutions for a nonlinear fractional Euler Lagrange type equation</article-title>. <source>SeMA J.</source> (<year>2019</year>) <volume>76</volume>:<fpage>195</fpage>&#x02013;<lpage>202</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s40324-018-0170-4</pub-id></citation></ref>
<ref id="B24">
<label>24.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Diethelm</surname> <given-names>K</given-names></name> <name><surname>Ford</surname> <given-names>NJ</given-names></name> <name><surname>Freed</surname> <given-names>AD</given-names></name></person-group>. <article-title>A predictor-corrector approach for the numerical solution of fractional differential equations</article-title>. <source>Nonlin Dyn</source>. (<year>2002</year>) <volume>29</volume>:<fpage>3</fpage>&#x02013;<lpage>22</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1023/A:1016592219341</pub-id></citation></ref>
<ref id="B25">
<label>25.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Momani</surname> <given-names>S</given-names></name> <name><surname>Odibat</surname> <given-names>Z</given-names></name> <name><surname>Alawneh</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <article-title>Variational iteration method for solving the space- and time-fractional KdV equation</article-title>. <source>Numer Methods Part Differ Equat</source>. (<year>2008</year>) <volume>24</volume>:<fpage>262</fpage>&#x02013;<lpage>71</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/num.20247</pub-id></citation></ref>
<ref id="B26">
<label>26.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Prakash</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Verma</surname> <given-names>V</given-names></name></person-group>. <article-title>Numerical method for fractional model of Newell-Whitehead-Segel equation</article-title>. <source>Front Phys</source>. (<year>2019</year>) <volume>7</volume>:<fpage>15</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fphy.2019.00015</pub-id></citation></ref>
<ref id="B27">
<label>27.</label>
<citation citation-type="book"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Kilbas</surname> <given-names>AA</given-names></name> <name><surname>Srivastava</surname> <given-names>HM</given-names></name> <name><surname>Trujillo</surname> <given-names>JJ</given-names></name></person-group>. <source>Theory and Applications of Fractional Differential Equations.</source> <publisher-loc>Amsterdam</publisher-loc>: <publisher-name>Elsevier</publisher-name> (<year>2006</year>).</citation></ref>
<ref id="B28">
<label>28.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Baleanu</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Atangana</surname> <given-names>A</given-names></name></person-group>. <article-title>New fractional derivatives with nonlocal and non-singular kernel: theory and application to heat transfer model</article-title>. <source>Therm Sci</source>. (<year>2016</year>) <volume>20</volume>:<fpage>763</fpage>&#x02013;<lpage>9</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.2298/TSCI160111018A</pub-id></citation></ref>
<ref id="B29">
<label>29.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Tateishi</surname> <given-names>AA</given-names></name> <name><surname>Ribeiro</surname> <given-names>HV</given-names></name> <name><surname>Lenzi</surname> <given-names>EK</given-names></name></person-group>. <article-title>The role of fractional time-derivative operators on anomalous diffusion</article-title>. <source>Front Phys</source>. (<year>2017</year>) <volume>5</volume>:<fpage>52</fpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3389/fphy.2017.00052</pub-id></citation></ref>
<ref id="B30">
<label>30.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Abdeljawad</surname> <given-names>T</given-names></name> <name><surname>Baleanu</surname> <given-names>D</given-names></name></person-group>. <article-title>Integration by parts and its applications of a new nonlocal fractional derivative with Mittag&#x02013;Leffler nonsingular kernel</article-title>. <source>J Nonlin Sci Appl.</source> (<year>2017</year>) <volume>10</volume>:<fpage>1098</fpage>&#x02013;<lpage>107</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.22436/jnsa.010.03.20</pub-id></citation></ref>
<ref id="B31">
<label>31.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Agrawal</surname> <given-names>OP</given-names></name></person-group>. <article-title>Formulation of Euler-Lagrange equations for fractional variational problems</article-title>. <source>J Math Anal Appl.</source> (<year>2002</year>) <volume>272</volume>:<fpage>368</fpage>&#x02013;<lpage>79</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0022-247X(02)00180-4</pub-id></citation></ref>
<ref id="B32">
<label>32.</label>
<citation citation-type="journal"><person-group person-group-type="author"><name><surname>Baleanu</surname> <given-names>D</given-names></name> <name><surname>Jajarmi</surname> <given-names>A</given-names></name> <name><surname>Hajipour</surname> <given-names>M</given-names></name></person-group>. <article-title>On the nonlinear dynamical systems within the generalized fractional derivatives with Mittag-Leffler kernel</article-title>. <source>Nonlin Dyn.</source> (<year>2018</year>) <volume>94</volume>:<fpage>397</fpage>&#x02013;<lpage>414</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s11071-018-4367-y</pub-id></citation></ref>
</ref-list>
<fn-group>
<fn fn-type="financial-disclosure"><p><bold>Funding.</bold> DB was supported by the Scientific and Technological Research Council of Turkey (T&#x000DC;B&#x00130;TAK), Grant No: TBAG&#x02013;117F473.</p>
</fn>
</fn-group>
</back>
</article>