<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?><!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.0 20120330//EN" "JATS-journalpublishing1.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">VMSTA</journal-id>
<journal-title-group><journal-title>Modern Stochastics: Theory and Applications</journal-title></journal-title-group>
<issn pub-type="epub">2351-6054</issn>
<issn pub-type="ppub">2351-6046</issn>
<issn-l>2351-6046</issn-l>
<publisher>
<publisher-name>VTeX</publisher-name><publisher-loc>Mokslininkų g. 2A, 08412 Vilnius, Lithuania</publisher-loc>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">VMSTA106</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.15559/18-VMSTA106</article-id>
<article-categories><subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Research Article</subject></subj-group></article-categories>
<title-group>
<article-title>Stable Lévy diffusion and related model fitting</article-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author">
<contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0003-0021-6955</contrib-id>
<name><surname>Chakraborty</surname><given-names>Paramita</given-names></name><email xlink:href="mailto:chakrabp@stat.sc.edu">chakrabp@stat.sc.edu</email><xref ref-type="aff" rid="j_vmsta106_aff_001">a</xref><xref ref-type="corresp" rid="cor1">∗</xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Guo</surname><given-names>Xu</given-names></name><email xlink:href="mailto:guoxu1014@hkbu.edu.hk">guoxu1014@hkbu.edu.hk</email><xref ref-type="aff" rid="j_vmsta106_aff_002">b</xref>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name><surname>Wang</surname><given-names>Hong</given-names></name><email xlink:href="mailto:hwang@math.sc.edu">hwang@math.sc.edu</email><xref ref-type="aff" rid="j_vmsta106_aff_003">c</xref>
</contrib>
<aff id="j_vmsta106_aff_001"><label>a</label>Department of Statistics, <institution>University of South Carolina</institution>, Columbia, SC, <country>USA</country></aff>
<aff id="j_vmsta106_aff_002"><label>b</label>Department of Mathematics, <institution>Hong Kong Baptist University</institution>, <country>Hong Kong</country></aff>
<aff id="j_vmsta106_aff_003"><label>c</label>Department of Mathematics, <institution>University of South Carolina</institution>, Columbia, SC, <country>USA</country></aff>
</contrib-group>
<author-notes>
<corresp id="cor1"><label>∗</label>Corresponding author.</corresp>
</author-notes>
<pub-date pub-type="ppub"><year>2018</year></pub-date>
<pub-date pub-type="epub"><day>9</day><month>7</month><year>2018</year></pub-date><volume content-type="ahead-of-print">0</volume><issue>0</issue><fpage>1</fpage><lpage>21</lpage>
<history>
<date date-type="received"><day>15</day><month>3</month><year>2018</year></date>
<date date-type="rev-recd"><day>25</day><month>5</month><year>2018</year></date>
<date date-type="accepted"><day>4</day><month>6</month><year>2018</year></date>
</history>
<permissions><copyright-statement>© 2018 The Author(s). Published by VTeX</copyright-statement><copyright-year>2018</copyright-year>
<license license-type="open-access" xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<license-p>Open access article under the <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">CC BY</ext-link> license.</license-p></license></permissions>
<abstract>
<p>A fractional advection-dispersion equation (fADE) has been advocated for heavy-tailed flows where the usual Brownian diffusion models fail. A stochastic differential equation (SDE) driven by a stable Lévy process gives a forward equation that matches the space-fractional advection-dispersion equation and thus gives the stochastic framework of particle tracking for heavy-tailed flows. For constant advection and dispersion coefficient functions, the solution to such SDE itself is a stable process and can be derived easily by least square parameter fitting from the observed flow concentration data. However, in a more generalized scenario, a closed form for the solution to a stable SDE may not exist. We propose a numerical method for solving/generating a stable SDE in a general set-up. The method incorporates a discretized finite volume scheme with the characteristic line to solve the fADE or the forward equation for the Markov process that solves the stable SDE. Then we use a numerical scheme to generate the solution to the governing SDE using the fADE solution. Also, often the functional form of the advection or dispersion coefficients are not known for a given plume concentration data to start with. We use a Levenberg–Marquardt (L-M) regularization method to estimate advection and dispersion coefficient function from the observed data (we present the case for a linear advection) and proceed with the SDE solution construction described above.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<label>Keywords</label>
<kwd>Stable Lévy Diffusion</kwd>
<kwd>fractional diffusion</kwd>
<kwd>fractional advection-dispersion</kwd>
<kwd>heavy-tailed particle tracking</kwd>
</kwd-group>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="j_vmsta106_s_001">
<label>1</label>
<title>Introduction</title>
<p>The usual hydrological model for contamination/tracer transport through a porous media is given by a second order advection-dispersion equation (ADE) of the form <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_001"><alternatives>
<mml:math><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">D</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\frac{\partial c}{\partial t}=-\frac{\partial }{\partial x}[v(x)c]+\frac{{\partial }^{2}}{\partial {x}^{2}}[D(x)c]$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, where <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_002"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$c(x,t)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the tracer concentration at time <italic>t</italic>, location <italic>x</italic>, <italic>v</italic> is the drift velocity and <italic>D</italic> is related to the diffusivity of the media [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta106_ref_004">4</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta106_ref_015">15</xref>]. The probabilistic approach to describe this flow from a mesoscopic view is given by the hypothesis that the path of a randomly chosen tracer particle is a Markov process that solves a stochastic differential equation (SDE) driven by Brownian motion. The basis of this hypothesis is that the conditional probability density function of this Markov process solves a forward equation of the same form as the ADE [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta106_ref_007">7</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta106_ref_006">6</xref>].</p>
<p>However, for some heavy-tailed flows, the second order diffusion model can be inadequate. For such cases a model called the fractional advection-dispersion equation or fADE of the following form has been proposed [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta106_ref_027">27</xref>]: 
<disp-formula id="j_vmsta106_eq_001">
<label>(1.1)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">[</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo fence="true" maxsize="2.03em" minsize="2.03em">[</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">D</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo fence="true" maxsize="2.03em" minsize="2.03em">]</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \frac{\partial c}{\partial t}=-\frac{\partial }{\partial x}\big[v(x)c\big]+\frac{{\partial }^{\alpha -1}}{\partial {x}^{\alpha -1}}\bigg[D(x)\frac{\partial c}{\partial x}\bigg].\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
For the current discussion, we will consider a one-dimensional concentration <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_003"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$c(x,t)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> where <italic>x</italic> denotes the distance from the origin of the plume, <italic>v</italic> is the drift velocity and <italic>D</italic> is a function that changes with the diffusion of the tracer. The fractional differentiation order <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_004"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\alpha \in (1,2)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> controls the tail of the flow. Here the fractional derivative of order <italic>α</italic> for any function <italic>f</italic> is defined as in [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta106_ref_003">3</xref>] by: 
<disp-formula id="j_vmsta106_eq_002">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Γ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">[</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">]</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \frac{{d}^{\alpha }f(x)}{d{x}^{\alpha }}=\frac{-1}{\varGamma (1-\alpha )}{\underset{0}{\overset{\infty }{\int }}}\big[f(x-u)-f(x)+u{f^{\prime }}(x)\big]\alpha {y}^{-1-\alpha }du.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
The negative fractional derivative is given by <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_005"><alternatives>
<mml:math><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">g</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\frac{{d}^{\alpha }f(x)}{d{(-x)}^{\alpha }}=\frac{{d}^{\alpha }g(x)}{d{x}^{\alpha }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, where <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_006"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">g</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$g(x)=f(-x)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p>If we assume that the diffusion coefficient <italic>D</italic> is location invariant, then the fADE can be associated with an SDE driven by an <italic>α</italic>-stable Lévy process <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_007"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <xref ref-type="fn" rid="j_vmsta106_fn_001">1</xref><fn id="j_vmsta106_fn_001"><label><sup>1</sup></label>
<p>Following the parametrization in [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta106_ref_022">22</xref>] <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_008"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">∼</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Stable</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X_{t}}\sim \mathit{Stable}(\alpha ,\beta ,\mu ,\sigma )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> where <italic>α</italic> is the index of stability, <italic>β</italic> is the skewness parameter, <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_009"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\mu =0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the location parameter and <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_010"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\sigma =1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the scale parameter.</p></fn> of the form: 
<disp-formula id="j_vmsta106_eq_003">
<label>(1.2)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ d{Y_{t}}=a({Y_{t}})dt+b({Y_{t}})d{X_{t}}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Following the Brownian diffusion argument, in the heavy-tailed diffusion model, we assume a random particle’s position at time <italic>t</italic> is given by the process <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_011"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Y_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> that solves SDE (<xref rid="j_vmsta106_eq_003">1.2</xref>). It can be shown that <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_012"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Y_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is a Markov process [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta106_ref_001">1</xref>]. Let us denote the transition probability density function of <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_013"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Y_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> by <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_014"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${p_{{y_{0}}}}(y,t)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, i.e. <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_015"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo largeop="false" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">A</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$P({Y_{t}}\in A|{Y_{0}}={y_{0}})={\int _{A}}{p_{{y_{0}}}}(y,t)dy$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. For the initial distribution <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_016"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\mu (u)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> the pdf of <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_017"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Y_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is given by 
<disp-formula id="j_vmsta106_eq_004">
<label>(1.3)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ p(y,t)=\int {p_{u}}(y,t)\mu (u)du,\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
e.g., for a ground water tracer concentration modeling it is reasonable to assume that all particles start at location <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_018"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${y_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> at time <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_019"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$t=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> hence <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_020"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\mu (u)=I(u={y_{0}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. If <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_021"><alternatives>
<mml:math><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$1<\alpha <2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, it can be shown [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta106_ref_010">10</xref>] that <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_022"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$p(y,t)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> solves the forward equation: 
<disp-formula id="j_vmsta106_eq_005">
<label>(1.4)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">[</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">]</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mo fence="true" maxsize="2.03em" minsize="2.03em">[</mml:mo><mml:mspace width="-0.1667em"/><mml:mo>−</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">cos</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="2.03em" minsize="2.03em">(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="2.03em" minsize="2.03em">)</mml:mo><mml:mspace width="-0.1667em"/><mml:mo fence="true" maxsize="2.03em" minsize="2.03em">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="-0.1667em"/><mml:mspace width="-0.1667em"/><mml:mo>·</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">[</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">]</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msup><mml:mrow><mml:mo fence="true" maxsize="2.03em" minsize="2.03em">[</mml:mo><mml:mspace width="-0.1667em"/><mml:mo>−</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">cos</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="2.03em" minsize="2.03em">(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="2.03em" minsize="2.03em">)</mml:mo><mml:mspace width="-0.1667em"/><mml:mo fence="true" maxsize="2.03em" minsize="2.03em">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mspace width="-0.1667em"/><mml:mspace width="-0.1667em"/><mml:mo>·</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">[</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">]</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}\frac{\partial p(y,t)}{\partial t}=-\frac{\partial }{\partial y}\big[a(y)p(y,t)\big]& +\frac{(1+\beta )}{2}{\bigg[\hspace{-0.1667em}-\cos \bigg(\frac{\pi \alpha }{2}\bigg)\hspace{-0.1667em}\bigg]}^{-1}\hspace{-0.1667em}\hspace{-0.1667em}\cdot \frac{{\partial }^{\alpha }}{\partial {y}^{\alpha }}\big[{b}^{\alpha }(y)p(y,t)\big]\\{} & +\frac{(1-\beta )}{2}{\bigg[\hspace{-0.1667em}-\cos \bigg(\frac{\pi \alpha }{2}\bigg)\hspace{-0.1667em}\bigg]}^{-1}\hspace{-0.1667em}\hspace{-0.1667em}\cdot \frac{{\partial }^{\alpha }}{\partial {(-y)}^{\alpha }}\big[{b}^{\alpha }(y)p(y,t)\big].\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Typically the coefficient functions <italic>a</italic> and <italic>b</italic> depend on <italic>t</italic> via <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_023"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Y_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> as in (<xref rid="j_vmsta106_eq_003">1.2</xref>) hence the terms in the forward equation are expressed as <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_024"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$a(y)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_025"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$b(y)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, where <italic>y</italic> is supposed to be in the range space of <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_026"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Y_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. However, without loss of generality, the functions can also be considered as a mapping from <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_027"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi><mml:mo>×</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$T\times \mathbb{R}\to \mathbb{R}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> as <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_028"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$a(y,t)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_029"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$b(y,t)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and the associated forward equation will remain the same.</p>
<p>Thus for a location invariant <italic>D</italic>, the fADE in (<xref rid="j_vmsta106_eq_001">1.1</xref>) can be written as: 
<disp-formula id="j_vmsta106_eq_006">
<label>(1.5)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">[</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">]</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">D</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo fence="true" maxsize="2.03em" minsize="2.03em">[</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">C</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo fence="true" maxsize="2.03em" minsize="2.03em">]</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \frac{\partial C}{\partial t}=-\frac{\partial }{\partial x}\big[v(x,t)C\big]+D(t)\frac{{\partial }^{\alpha }}{\partial {x}^{\alpha }}\bigg[\frac{\partial C}{\partial x}\bigg],\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
which essentially has the same form as the forward equation given in (<xref rid="j_vmsta106_eq_005">1.4</xref>) with <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_030"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\beta =1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_031"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$a(x,t)=v(x,t)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_032"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">cos</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≡</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">D</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${[-\cos (\frac{\pi \alpha }{2})]}^{-1}{b}^{\alpha }(x,t)\equiv D(t)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. This shows that in a heavy-tailed plume that follows fADE (<xref rid="j_vmsta106_eq_006">1.5</xref>), the position <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_033"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Y_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> of a randomly chosen tracer particle at time <italic>t</italic> solves SDE (<xref rid="j_vmsta106_eq_003">1.2</xref>). Choosing <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_034"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≠</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\beta \ne 1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> will allow the particle transition in forward or backward direction.</p>
<p>In most practical tracking scenarios, the plume data consists of observed tracer concentration values <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_035"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$c(x,t)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> over a range of locations at certain time points. We write <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_036"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$p(y,t)={K_{t}}c(y,t)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, where <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_037"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${K_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is a suitable scale parameter that adjusts the total mass for <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_038"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$c(x,t)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> so that <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_039"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mo largeop="false" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\int _{\mathbb{R}}}p(y,t)dy=1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> for each <italic>t</italic>.</p>
<p>In case <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_040"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>·</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$v(\cdot )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_041"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">D</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>·</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$D(\cdot )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are constants, (<xref rid="j_vmsta106_eq_003">1.2</xref>) reduces to <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_042"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Y_{t}}=at+b{X_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> with <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_043"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$a=v$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_044"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">cos</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">D</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$b={[-\cos (\frac{\pi \alpha }{2})D]}^{1/\alpha }$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and consequently, <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_045"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Y_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> itself is a stable process. The parameters of this stable process then can be estimated using the observed data (see [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta106_ref_011">11</xref>] for details). However, when the coefficient functions are not constants, the solution to the SDE in (<xref rid="j_vmsta106_eq_003">1.2</xref>) may not have a closed form.</p>
<p>In this paper, we present a numerical method to solve <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_046"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Y_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> through the fitted fADE equation using the observed tracer concentration data. Also, often for a groundwater contamination modeling problem the functional form of the advection or dispersion coefficients are not known to start with. In that case, the proper advection and dispersion coefficient functions are needed to be estimated. This presents an inverse problem. We formulate this inverse problem as an optimization problem and develop a Levenberg–Marquardt (L-M) regularization method to obtain the proper advection and dispersion coefficient function from the observed data (the case for a linear drift function is presented here). Then we proceed to generate <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_047"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Y_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> using these fitted coefficient functions. The detailed methodology is described in Section <xref rid="j_vmsta106_s_002">2</xref>. Section <xref rid="j_vmsta106_s_008">3</xref> provides an illustrative example. Section <xref rid="j_vmsta106_s_009">4</xref> includes concluding remarks.</p>
</sec>
<sec id="j_vmsta106_s_002" sec-type="methods">
<label>2</label>
<title>Methodology</title>
<p>We propose a method for generating a weak solution for the SDE given in (<xref rid="j_vmsta106_eq_003">1.2</xref>). The core technique is the standard probability integral transformation. Suppose the probability density function (pdf) of the solution process <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_048"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Y_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> at a given time point <italic>t</italic> is given by <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_049"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$p(y,t)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and the cumulative distribution function (CDF) is defined by <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_050"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo largeop="false" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi>∞</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${F_{{Y_{t}}}}(x)={\int _{-\infty }^{x}}p(y,t)dy$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Since <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_051"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">∼</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">Uniform</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$F({Y_{t}})\sim \mathit{Uniform}(0,1)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta106_ref_021">21</xref>], a random observation of <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_052"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Y_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, say <italic>y</italic>, can be generated by <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_053"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${F_{{Y_{t}}}^{-1}}(u)=y$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> where <italic>u</italic> is a random observation from <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_054"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">Uniform</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\mathit{Uniform}(0,1)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. For the present problem, closed form of <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_055"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$p(t,y)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is not available, and we use point-wise numerical approximations to estimate <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_056"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$p(y,t)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> for any fixed <italic>t</italic> and fixed <italic>y</italic>. Therefore we can only use a numerical scheme to approximate <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_057"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${F_{{Y_{t}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_058"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${F_{{Y_{t}}}^{-1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<sec id="j_vmsta106_s_003">
<label>2.1</label>
<title>Simulating a solution process for an SDE driven by a heavy-tailed stable process</title>
<p>For a heavy-tailed plume where the particle path can be modeled by the SDE in (<xref rid="j_vmsta106_eq_003">1.2</xref>), the forward equation is of the form (<xref rid="j_vmsta106_eq_006">1.5</xref>). To generate the solution to this SDE we can consider two scenarios: (i) we may want to solve an SDE with a given form of coefficient functions <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_059"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>·</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$v(\cdot )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_060"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">D</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>·</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$D(\cdot )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and driven by a given <italic>α</italic>-stable process; (ii) a more practical problem when only the tracer concentrations at different time points over a range of locations are observed from a plume, while the coefficient functions need to be estimated along with the parameters of the driving process <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_061"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">X</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${X_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> in (<xref rid="j_vmsta106_eq_003">1.2</xref>) from the observed concentration values.</p>
<p>In either case, first, we find <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_062"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$p(t,y)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> that solves the forward equation (<xref rid="j_vmsta106_eq_005">1.4</xref>) with given or estimated coefficient functions and then generate <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_063"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Y_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> using these <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_064"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$p(t,y)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>’s.</p>
<p><underline><inline-formula id="j_vmsta106_ineq_065"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Y_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <bold>Simulation Steps</bold></underline><bold>:</bold> 
<def-list><def-item><term><bold>Step 1: Numerical Solution for</bold> <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_066"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$p(t,y)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><bold>:</bold></term><def>
<p>Assuming the probability density <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_067"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$p(y,t)={K_{t}}c(y,t)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, we estimate <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_068"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${K_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <italic>α</italic> and <italic>β</italic> from the observed data that assumed to satisfy fADE (<xref rid="j_vmsta106_eq_006">1.5</xref>). <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_069"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$p(y,t)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> can be solved numerically using a discretization scheme from the forward equation (<xref rid="j_vmsta106_eq_005">1.4</xref>). In case the coefficient functions in (<xref rid="j_vmsta106_eq_005">1.4</xref>) are not known, an inverse problem optimization technique can be used for estimating the parameters. See Section <xref rid="j_vmsta106_s_004">2.2</xref> for details of this step.</p>
<p>In either case the discretization method provides only point-wise approximation of <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_070"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$p(y,t)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> values for given <italic>t</italic> and <italic>y</italic> and not a closed functional form.</p></def></def-item><def-item><term><bold>Step 2: Generating</bold> <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_071"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Y_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula><bold>:</bold></term><def>
<p>To generate <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_072"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Y_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> for a fixed <italic>t</italic> using an inverse CDF transformation, we present a straightforward scheme with a trapezoidal rule to approximate <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_073"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${F_{{Y_{t}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_074"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${F_{{Y_{t}}}^{-1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Approximate <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_075"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Y_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>’s can be simulated using <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_076"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$p(y,t)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>’s from step 1 as follows:
<list>
<list-item id="j_vmsta106_li_001">
<label>(a)</label>
<p>Choose suitable grid <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_077"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${y_{0}}<{y_{1}}<\cdots <{y_{n}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and solve for <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_078"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$p({y_{i}},t)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> as mentioned in step 1. The endpoints <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_079"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${y_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_080"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${y_{n}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> can be chosen so that <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_081"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$p(y,t)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is small or negligible for <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_082"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$y<{y_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> or <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_083"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$y>{y_{n}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. The fitted coefficient and parameters from the observed data in step 1 can be used for any <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_084"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${y_{i}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>’s.</p>
</list-item>
<list-item id="j_vmsta106_li_002">
<label>(b)</label>
<p>Approximate <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_085"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${F_{{Y_{t}}}}({y_{i}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> by <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_086"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\hat{F}_{{Y_{t}}}}({y_{i}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> for <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_087"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$i=1,2,\dots ,n$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, using the trapezoidal rule: 
<disp-formula id="j_vmsta106_eq_007">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mo>⋮</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:mo>⋮</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{\hat{F}_{{Y_{t}}}}({y_{1}})& =({y_{1}}-{y_{0}})\frac{p({y_{1}},t)+p({y_{0}},t)}{2},\\{} {\hat{F}_{{Y_{t}}}}({y_{2}})& ={\hat{F}_{{Y_{t}}}}({y_{1}})+({y_{2}}-{y_{1}})\frac{p({y_{2}},t)+p({y_{1}},t)}{2},\\{} \vdots \\{} {\hat{F}_{{Y_{t}}}}({y_{r}})& ={\hat{F}_{{Y_{t}}}}({y_{r-1}})+({y_{r}}-{y_{r-1}})\frac{p({y_{r}},t)+p({y_{r-1}},t)}{2},\\{} \vdots \\{} {\hat{F}_{{Y_{t}}}}({y_{n}})& ={\hat{F}_{{Y_{t}}}}({y_{n-1}})+({y_{n}}-{y_{n-1}})\frac{p({y_{n}},t)+p({y_{n-1}},t)}{2}.\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
</list-item>
<list-item id="j_vmsta106_li_003">
<label>(c)</label>
<p>For a randomly generated <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_088"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">Uniform</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\mathit{Uniform}(0,1)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> observation <italic>u</italic>, find its placement in the grid, i.e. <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_089"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${y_{r}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_090"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${y_{r+1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> such that <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_091"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\hat{F}_{{Y_{t}}}}({y_{r}})\le u<{\hat{F}_{{Y_{t}}}}({y_{r+1}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, for some <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_092"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$r\in \{0,1,\dots ,n\}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. A way of generating associated random observation of <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_093"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Y_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> or <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_094"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${F_{{Y_{t}}}^{-1}}(u)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> (approximated) as <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_095"><alternatives>
<mml:math><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\hat{y}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is described below: 
<disp-formula id="j_vmsta106_eq_008">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="{" close=""><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="10.0pt" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" columnalign="left left"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>;</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mi>i</mml:mi><mml:mi>f</mml:mi><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \hat{y}=\left\{\begin{array}{l@{\hskip10.0pt}l}{y_{r}},& if\hspace{2.5pt}u={y_{r}};\\{} {y_{r}}+\frac{u-{\hat{F}_{{Y_{t}}}}({y_{r}})}{p(t,{y_{r}})},& if\hspace{2.5pt}{y_{r}}<u<{y_{r+1}}.\end{array}\right.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
In case <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_096"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$u<{\hat{F}_{{Y_{t}}}}({y_{0}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> set <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_097"><alternatives>
<mml:math><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\hat{y}={y_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and if <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_098"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≥</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$u\ge {\hat{F}_{{Y_{t}}}}({y_{n}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> set <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_099"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$y={y_{n}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
</list-item>
<list-item id="j_vmsta106_li_004">
<label>(d)</label>
<p>To generate <italic>N</italic> i.i.d approximated random observations <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_100"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\hat{y}_{1}},{\hat{y}_{2}},\dots ,{\hat{y}_{N}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> of <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_101"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Y_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, start with randomly generated independent <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_102"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">Uniform</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\mathit{Uniform}(0,1)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> observations <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_103"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">u</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${u_{1}},{u_{2}},\dots {u_{N}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and then repeat step (c). Note that the efficiency of this approximation will depend on the spacing of the chosen grid since we are actually generating sample from distribution <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_104"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\hat{F}_{{Y_{t}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> here and <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_105"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\hat{F}_{{Y_{t}}}}\to {F_{{Y_{t}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> as <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_106"><alternatives>
<mml:math><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">max</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">→</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\underset{0\le i\le n}{\max }|{y_{i+1}}-{y_{i}}|\to 0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> following the convergence property of the standard trapezoidal rule.</p>
</list-item>
</list></p>
</def></def-item></def-list></p>
</sec>
<sec id="j_vmsta106_s_004">
<label>2.2</label>
<title>A formulation for a numerical solution of the forward equation</title>
<p>In this subsection, we will present a finite volume scheme with the characteristic line for solving a forward equation of the form (<xref rid="j_vmsta106_eq_005">1.4</xref>). To incorporate a discretized finite volume scheme with proper boundary condition, we re-parameterize the forward equation with fractional order <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_107"><alternatives>
<mml:math><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$2-\lambda $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> with <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_108"><alternatives>
<mml:math><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$0<\lambda <1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> (consistent with the construction described in [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta106_ref_025">25</xref>]) as follows: 
<disp-formula id="j_vmsta106_eq_009">
<label>(2.1)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable displaystyle="true" columnspacing="0pt" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">[</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">D</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">]</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="2em"/><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \begin{aligned}& \frac{\partial p}{\partial t}+\frac{\partial }{\partial x}a(x)p-\frac{\partial }{\partial x}\big[b(t)\big({\gamma _{{x_{l}}}}{D_{x}^{-\lambda }}+{(1-\gamma )_{x}}{D_{{x_{r}}}^{-\lambda }}\big)Dp\big]=0,\hspace{1em}{x_{l}}<x<{x_{r}},\\{} & p({x_{l}},t)=0,\hspace{2em}p({x_{r}},t)=0,\hspace{1em}0<t<T.\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Essentially, compared to (<xref rid="j_vmsta106_eq_005">1.4</xref>) the fractional derivative order <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_109"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\alpha =2-\lambda $]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, while <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_110"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\gamma =\frac{1+\beta }{2}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> indicates the relative weight of forward versus backward transition. <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_111"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow/><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${_{{x_{l}}}}{D_{x}^{-\lambda }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_112"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow/><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${_{x}}{D_{{x_{r}}}^{-\lambda }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> represent the left and right fractional integral operators defined as 
<disp-formula id="j_vmsta106_eq_010">
<label>(2.2)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable displaystyle="true" columnspacing="0pt" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow/><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>:</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Γ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">s</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">s</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">s</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow/><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>:</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Γ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">s</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">f</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">s</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">s</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \begin{aligned}{_{{x_{l}}}}{D_{x}^{-\lambda }}f(x):& =\frac{1}{\varGamma (\beta )}{\int _{{x_{l}}}^{x}}{(x-s)}^{\lambda -1}f(s)\mathrm{d}s,\\{} {_{x}}{D_{{x_{r}}}^{-\lambda }}f(x):& =\frac{1}{\varGamma (\beta )}{\int _{x}^{{x_{r}}}}{(s-x)}^{\lambda -1}f(s)\mathrm{d}s.\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
To comply with the boundary conditions, <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_113"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$x={x_{l}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_114"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$x={x_{r}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are set to be the inflow and outflow boundaries respectively [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta106_ref_025">25</xref>], while <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_115"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$a({x_{l}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_116"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$a({x_{r}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are assumed to be non-negative.</p>
<sec id="j_vmsta106_s_005">
<label>2.2.1</label>
<title>The discretized finite volume scheme and the accumulation terms</title>
<p>Let us define a partition <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_117"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\mathcal{P}_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> on the time interval <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_118"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$[0,T]$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and a partition <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_119"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\mathcal{P}_{x}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> on the space interval <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_120"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$[{x_{l}},{x_{r}}]$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> 
<disp-formula id="j_vmsta106_eq_011">
<label>(2.3)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable displaystyle="true" columnspacing="0pt" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>:</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>:</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mo stretchy="false">⋯</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \begin{aligned}{\mathcal{P}_{t}}:0& ={t_{0}}<{t_{1}}<\cdots <{t_{N}}=T,\\{} {\mathcal{P}_{x}}:{x_{l}}& ={x_{0}}<{x_{1}}<\cdots <{x_{I}}={x_{r}},\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
with <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_121"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\Delta {t_{n}}={t_{n}}-{t_{n-1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> for <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_122"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$n=1,\dots ,N$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_123"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\Delta {x_{i}}={x_{i}}-{x_{i-1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> for <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_124"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$i=1,\dots ,I$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Let <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_125"><alternatives>
<mml:math><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\bar{{\mathcal{P}_{x}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> be the dual partition of <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_126"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\mathcal{P}_{x}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> defined by <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_127"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${x_{i-1/2}}=\frac{1}{2}({x_{i-1}}+{x_{i}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> with <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_128"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\Delta {x_{i+1/2}}={x_{i+1/2}}-{x_{i-1/2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> for <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_129"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$i=1,\dots ,I-1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> as well as <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_130"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\Delta {x_{1/2}}={x_{1/2}}-{x_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_131"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\Delta {x_{I+1/2}}={x_{I}}-{x_{I-1/2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p>Let <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_132"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$y=r(\theta ;\bar{x},\bar{t})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> be a continuous and piecewise-smooth curve that passes through the point <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_133"><alternatives>
<mml:math><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\bar{x}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> at time <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_134"><alternatives>
<mml:math><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">¯</mml:mo></mml:mover></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\bar{t}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, such that <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_135"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$r(\theta ;{x_{i-1/2}},{t_{n}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_136"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">θ</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$r(\theta ;{x_{i+1/2}},{t_{n}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> do not meet each other during the time period <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_137"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$[{t_{n-1}},{t_{n}}]$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. We define a space-time control volume <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_138"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\varOmega _{i}^{n}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> by extending the cell <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_139"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$[{x_{i-1/2}},{x_{i+1/2}}]$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> along the curve <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_140"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$r(t;x,{t_{n}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> from <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_141"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$t={t_{n}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> to <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_142"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$t={t_{n-1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> 
<disp-formula id="j_vmsta106_eq_012">
<label>(2.4)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">{</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>:</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">}</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\varOmega _{i}^{n}}=\big\{(x,t):r(t;{x_{i-1/2}},{t_{n}})<x<r(t;{x_{i+1/2}},{t_{n}}),\hspace{1em}{t_{n-1}}<t<{t_{n}}\big\}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Assuming the prism <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_143"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\varOmega _{i}^{n}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> does not intersect the boundary <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_144"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$x={x_{l}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_145"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$x={x_{r}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> of the domain during the time period <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_146"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$[{t_{n-1}},{t_{n}}]$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, let <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_147"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${x}^{\ast }=r({t_{n-1}};x,{t_{n}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> be the foot at time <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_148"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${t_{n-1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> of the curve with head <italic>x</italic> at time <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_149"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${t_{n}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p>Integrating equation (<xref rid="j_vmsta106_eq_009">2.1</xref>) over the control volume <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_150"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\varOmega _{i}^{n}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> we get 
<disp-formula id="j_vmsta106_eq_013">
<label>(2.5)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.61em" minsize="1.61em">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.61em" minsize="1.61em">)</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.61em" minsize="1.61em" stretchy="true">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\int _{{\varOmega _{i}^{n}}}}\frac{\partial p}{\partial t}dxdt+{\int _{{t_{n-1}}}^{{t_{n}}}}\Big(a(x)p-b(t)\frac{{\partial }^{1-\lambda }}{\partial {x}^{1-\lambda }}p\Big){\Big|_{r(t;{x_{i-1/2}},{t_{n}})}^{r(t;{x_{i+1/2}},{t_{n}})}}dt=0.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Without loss of generality, the accumulation term in (<xref rid="j_vmsta106_eq_012">2.4</xref>) can be evaluated by assuming 
<disp-formula id="j_vmsta106_eq_014">
<label>(2.6)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {x_{i-1/2}^{\ast }}<{x_{i-1/2}}<{x_{i+1/2}^{\ast }}<{x_{i+1/2}},\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
and accumulation term can be re-written as follows: 
<disp-formula id="j_vmsta106_eq_015">
<label>(2.7)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo fence="true" maxsize="2.45em" minsize="2.45em">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace width="0.2222em"/><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo fence="true" maxsize="2.45em" minsize="2.45em">]</mml:mo><mml:mspace width="0.2222em"/><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mspace width="1em"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo fence="true" maxsize="2.45em" minsize="2.45em">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace width="0.2222em"/><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo fence="true" maxsize="2.45em" minsize="2.45em">]</mml:mo><mml:mspace width="0.2222em"/><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo fence="true" maxsize="2.45em" minsize="2.45em">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace width="0.2222em"/><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo fence="true" maxsize="2.45em" minsize="2.45em">]</mml:mo><mml:mspace width="0.2222em"/><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{\int _{{\varOmega _{i}^{n}}}}\frac{\partial p}{\partial t}dxdt& ={\int _{{x_{i-1/2}^{\ast }}}^{{x_{i-1/2}}}}\Bigg[{\int _{{t_{n-1}}}^{t(x;{x_{i-1/2}},{t_{n}})}}\frac{\partial p}{\partial t}\hspace{0.2222em}dt\Bigg]\hspace{0.2222em}dx\\{} & \hspace{1em}+{\int _{{x_{i-1/2}}}^{{x_{i+1/2}^{\ast }}}}\Bigg[{\int _{{t_{n-1}}}^{{t_{n}}}}\frac{\partial p}{\partial t}\hspace{0.2222em}dt\Bigg]\hspace{0.2222em}dx+{\int _{{x_{i+1/2}^{\ast }}}^{{x_{i+1/2}}}}\Bigg[{\int _{t(x;{x_{i+1/2}},{t_{n}})}^{{t_{n}}}}\frac{\partial p}{\partial t}\hspace{0.2222em}dt\Bigg]\hspace{0.2222em}dx.\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Here the notation <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_151"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$t(x;{x_{i-1/2}},{t_{n}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> represents the time instant that the curve <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_152"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$r(t;,{x_{i-1/2}},{t_{n}})=x$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. The notation <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_153"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$t(x;{x_{i+1/2}},{t_{n}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is defined similarly.</p>
<p>A simple calculation of the second term on the right-hand side of (<xref rid="j_vmsta106_eq_015">2.7</xref>) yields 
<disp-formula id="j_vmsta106_eq_016">
<label>(2.8)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo fence="true" maxsize="2.45em" minsize="2.45em">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace width="0.2222em"/><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo fence="true" maxsize="2.45em" minsize="2.45em">]</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\int _{{x_{i-1/2}}}^{{x_{i+1/2}^{\ast }}}}\Bigg[{\int _{{t_{n-1}}}^{{t_{n}}}}\frac{\partial p}{\partial t}\hspace{0.2222em}dt\Bigg]dx={\int _{{x_{i-1/2}}}^{{x_{i+1/2}^{\ast }}}}p(x,{t_{n}})dx-{\int _{{x_{i-1/2}}}^{{x_{i+1/2}^{\ast }}}}p(x,{t_{n-1}})dx.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
The first and third terms on the right-hand side of (<xref rid="j_vmsta106_eq_015">2.7</xref>) are integrated as follows 
<disp-formula id="j_vmsta106_eq_017">
<label>(2.9)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo fence="true" maxsize="2.45em" minsize="2.45em">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace width="0.2222em"/><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo fence="true" maxsize="2.45em" minsize="2.45em">]</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mspace width="1em"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace width="0.2222em"/><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.2222em"/><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}& {\int _{{x_{i-1/2}^{\ast }}}^{{x_{i-1/2}}}}\Bigg[{\int _{{t_{n-1}}}^{t(x;{x_{i-1/2}},{t_{n}})}}\frac{\partial p}{\partial t}\hspace{0.2222em}dt\Bigg]dx\\{} & \hspace{1em}={\int _{{t_{n-1}}}^{{t_{n}}}}p\big(r(t;{x_{i-1/2}},{t_{n}}),t\big)\frac{\partial r(t;{x_{i-1/2}},{t_{n}})}{\partial t}\hspace{0.2222em}dt-{\int _{{x_{i-1/2}^{\ast }}}^{{x_{i-1/2}}}}p(x,{t_{n-1}})\hspace{0.2222em}dx,\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
and 
<disp-formula id="j_vmsta106_eq_018">
<label>(2.10)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo fence="true" maxsize="2.45em" minsize="2.45em">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace width="0.2222em"/><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo fence="true" maxsize="2.45em" minsize="2.45em">]</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mspace width="1em"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.2222em"/><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}& {\int _{{x_{i+1/2}^{\ast }}}^{{x_{i+1/2}}}}\Bigg[{\int _{t(x;{x_{i+1/2}},{t_{n}})}^{{t_{n}}}}\frac{\partial p}{\partial t}\hspace{0.2222em}dx\Bigg]dt\\{} & \hspace{1em}={\int _{{x_{i+1/2}^{\ast }}}^{{x_{i+1/2}}}}p(x,{t_{n}})\hspace{0.2222em}dx-{\int _{{t_{n-1}}}^{{t_{n}}}}p\big(r(t;{x_{i+1/2}},{t_{n}}),t\big)\frac{\partial r(t;{x_{i+1/2}},{t_{n}})}{\partial t}\hspace{2.5pt}dt.\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>Incorporating equations (<xref rid="j_vmsta106_eq_016">2.8</xref>)–(<xref rid="j_vmsta106_eq_027">2.18</xref>) into (<xref rid="j_vmsta106_eq_015">2.7</xref>) we get 
<disp-formula id="j_vmsta106_eq_019">
<label>(2.11)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable displaystyle="true" columnspacing="0pt" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msub><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mspace width="1em"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace width="0.2222em"/><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mspace width="1em"/><mml:mo>−</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mspace width="0.2222em"/><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \begin{aligned}{\int _{{\varOmega _{i}^{n}}}}\frac{\partial p}{\partial t}dxdt& ={\int _{{x_{i-1/2}}}^{{x_{i+1/2}}}}p(x,{t_{n}})dx-{\int _{{x_{i-1/2}^{\ast }}}^{{x_{i+1/2}^{\ast }}}}p(x,{t_{n-1}})dx\\{} & \hspace{1em}+{\int _{{t_{n-1}}}^{{t_{n}}}}p\big(r(t;{x_{i-1/2}},{t_{n}}),t\big)\frac{\partial r(t;{x_{i-1/2}},{t_{n}})}{\partial t}\hspace{0.2222em}dt\\{} & \hspace{1em}-{\int _{{t_{n-1}}}^{{t_{n}}}}p\big(r(t;{x_{i+1/2}},{t_{n}}),t\big)\frac{\partial r(t;{x_{i+1/2}},{t_{n}})}{\partial t}\hspace{0.2222em}dt.\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
The derivation shows that (<xref rid="j_vmsta106_eq_019">2.11</xref>) does not depend on the assumption (<xref rid="j_vmsta106_eq_012">2.4</xref>).</p>
<p>Now we just set the space-time boundaries <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_154"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$r(t;{x_{i\pm 1/2}},{t_{n}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> of the control volume <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_155"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\varOmega _{i}^{n}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> to be the characteristic curves, which are defined by the initial value problem of the ordinary differential equation 
<disp-formula id="j_vmsta106_eq_020">
<label>(2.12)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="2em"/><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \frac{dr}{dt}=a(r,t),\hspace{2em}r(t;x,{t_{n}})\hspace{2.5pt}{|_{t={t_{n}}}}=x.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
That is, because the characteristics <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_156"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$r(t;{x_{i\pm 1/2}},{t_{n}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are assumed to be tracked exactly and hence the residual advection term vanishes naturally.</p>
<p>Substituting (<xref rid="j_vmsta106_eq_019">2.11</xref>) for the accumulation term in (<xref rid="j_vmsta106_eq_013">2.5</xref>), we obtain a locally conservative reference equation on an interior space-time control volume <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_157"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\varOmega _{i}^{n}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> as follows: 
<disp-formula id="j_vmsta106_eq_021">
<label>(2.13)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable displaystyle="true" columnspacing="0pt" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.2222em"/><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mspace width="0.2222em"/><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mspace width="2em"/><mml:mo>−</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mspace width="0.2222em"/><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mspace width="1em"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \begin{aligned}& {\int _{{x_{i-1/2}}}^{{x_{i+1/2}}}}p(x,{t_{n}})\hspace{0.2222em}dx+{\int _{{t_{n-1}}}^{{t_{n}}}}F(p,b)\big(r(t;{x_{i+1/2}},{t_{n}}),t\big)\hspace{0.2222em}dt\\{} & \hspace{2em}-{\int _{{t_{n-1}}}^{{t_{n}}}}F(p,b)\big(r(t;{x_{i-1/2}},{t_{n}}),t\big)\hspace{0.2222em}dt\\{} & \hspace{1em}={\int _{{x_{i-1/2}^{\ast }}}^{{x_{i+1/2}^{\ast }}}}p(x,{t_{n-1}})\hspace{2.5pt}dx,\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
which can be approximated as 
<disp-formula id="j_vmsta106_eq_022">
<label>(2.14)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable displaystyle="true" columnspacing="0pt" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.2222em"/><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">[</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">]</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mspace width="1em"/><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \begin{aligned}& {\int _{{x_{i-1/2}}}^{{x_{i+1/2}}}}p(x,{t_{n}})\hspace{0.2222em}dx+\Delta t\big[F(p,b)({x_{i+1/2}},{t_{n}})-F(p,b)({x_{i-1/2}},{t_{n}})\big]\\{} & \hspace{1em}={\int _{{x_{i-1/2}^{\ast }}}^{{x_{i+1/2}^{\ast }}}}p(x,{t_{n-1}})\hspace{2.5pt}dx,\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
with the Lagrangian interface fluxes 
<disp-formula id="j_vmsta106_eq_023">
<label>(2.15)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ F(p,b)\big(r(t;{x_{i\pm 1/2}},{t_{n}}),t\big):=-b\hspace{2.5pt}\frac{{\partial }^{1-\lambda }}{\partial {x}^{1-\lambda }}p\big(r(t;{x_{i\pm 1/2}},{t_{n}}),t\big).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>Note that the interface fluxes <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_158"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$F(p,b)(r(t;{x_{i\pm 1/2}},{t_{n}}),t)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are defined across the space-time boundary <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_159"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$r(t;{x_{i-1/2}},{t_{n}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_160"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$r(t;{x_{i+1/2}},{t_{n}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> of the space-time control volume <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_161"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Ω</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\varOmega _{i}^{n}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p>To discretize equation (<xref rid="j_vmsta106_eq_009">2.1</xref>), we further let <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_162"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\{{\phi _{i}}\}_{i=1}^{I}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> be a set of hat functions such that <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_163"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\phi _{i}}({x_{i}})=1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_164"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\phi _{i}}({x_{j}})=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> for <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_165"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≠</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$j\ne i$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Hence the finite volume approximation <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_166"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${p_{h}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> to the true solution <italic>p</italic> can be expressed as 
<disp-formula id="j_vmsta106_eq_024">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">h</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {p_{h}}(x)={\sum \limits_{j=1}^{I-1}}{p_{j}}{\phi _{j}}(x).\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
and the finite volume scheme on the interval <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_167"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$[{x_{i-1/2}},{x_{i+1/2}}]$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> for <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_168"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$i=1,\dots ,I-1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> has the form 
<disp-formula id="j_vmsta106_eq_025">
<label>(2.16)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.2222em"/><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:munderover><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\int _{{x_{i-1/2}}}^{{x_{i+1/2}}}}p(x,{t_{n}})\hspace{0.2222em}dx+\Delta t{\sum \limits_{j=1}^{I-1}}{p_{j}^{n}}{z_{i,j}}={\int _{{x_{i-1/2}^{\ast }}}^{{x_{i+1/2}^{\ast }}}}p(x,{t_{n-1}})\hspace{2.5pt}dx,\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where, <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_169"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${[{z_{i,j}}]_{i,j=1}^{I-1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the coefficient matrix of the fractional term, and is given by 
<disp-formula id="j_vmsta106_eq_026">
<label>(2.17)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">[</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">D</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mspace width="2em"/><mml:mspace width="1em"/><mml:mo>−</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">D</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">]</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \begin{array}{r}\displaystyle {z_{i,j}}=b\big[\big({\gamma _{0}}{D_{{x_{i-1/2}}}^{-\lambda }}+{(1-\gamma )_{{x_{1-1/2}}}}{D_{1}^{-\lambda }}\big)D{\phi _{j}}({x_{i-1/2,{t_{n}}}})\\{} \displaystyle \hspace{2em}\hspace{1em}-\big({\gamma _{0}}{D_{{x_{+1/2}}}^{-\lambda }}+{(1-\gamma )_{{x_{1+1/2}}}}{D_{1}^{-\lambda }}\big)D{\phi _{j}}({x_{i+1/2,{t_{n}}}})\big].\end{array}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>Assuming the trial functions <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_170"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$p(x,{t_{n}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are chosen to be piecewise linear functions on <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_171"><alternatives>
<mml:math><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$[{x_{l}},{x_{r}}]$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> with respect to the fixed spatial partition <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_172"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\mathcal{P}_{x}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, we evaluate the accumulation term at time step <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_173"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${t_{n}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> in the finite volume scheme (<xref rid="j_vmsta106_eq_025">2.16</xref>) analytically as 
<disp-formula id="j_vmsta106_eq_027">
<label>(2.18)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∫</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mspace width="0.2222em"/><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>8</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">[</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="normal">Δ</mml:mi><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">]</mml:mo><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\int _{{x_{i-1/2}}}^{{x_{i+1/2}}}}p(x,{t_{n}})\hspace{0.2222em}dx=\frac{1}{8}\big[\Delta {x_{i}}({p_{i-1}^{n}}+3{p_{i}^{n}})+\Delta {x_{i+1}}(3{p_{i}^{n}}+{p_{i+1}^{n}})\big].\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
<p>In addition, we can compute <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_174"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${x_{i-1/2}^{\ast }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_175"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>∗</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${x_{i+1/2}^{\ast }}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> at time step <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_176"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${t_{n-1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> via a backward approximate characteristic tracking. Since the trial function <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_177"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$p(x,{t_{n-1}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is also piecewise linear with respect to the fixed spatial partition <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_178"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\mathcal{P}_{x}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> at time <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_179"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${t_{n-1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, we can evaluate the accumulation term at time step <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_180"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${t_{n-1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> analytically. Because the accumulation term at time step <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_181"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${t_{n-1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> affects only the right-hand side of the finite volume scheme (<xref rid="j_vmsta106_eq_025">2.16</xref>), the scheme retains a symmetric and positive-definite coefficient matrix. Furthermore, the finite volume scheme (<xref rid="j_vmsta106_eq_025">2.16</xref>) is locally conservative, even if the characteristics are computed approximately.</p>
</sec>
<sec id="j_vmsta106_s_006">
<label>2.2.2</label>
<title>The fractional diffusion term and the stiffness matrix</title>
<p>The finite volume scheme (<xref rid="j_vmsta106_eq_025">2.16</xref>) appears similar to the one for the canonical second-order diffusion equation, but has a fundamental difference. Although the hat functions <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_182"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\phi _{j}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> have local support, (<xref rid="j_vmsta106_eq_010">2.2</xref>) reveals that <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_183"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow/><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${_{{x_{l}}}}{D_{x}^{-\lambda }}{\phi _{j}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_184"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow/><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">D</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ϕ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${_{x}}{D_{{x_{r}}}^{-\lambda }}{\phi _{j}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> have global support. Therefore, the stiffness matrix <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_185"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">Z</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$Z:={[{z_{i,j}}]_{i,j=1}^{I-1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is a full matrix, which requires <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_186"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">O</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$O({N}^{2})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> of memory to store. Numerical schemes for space-fractional differential equations were traditionally solved by the Gaussian type direct solvers that require <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_187"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">O</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$O({N}^{3})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> of computations [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta106_ref_013">13</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta106_ref_014">14</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta106_ref_018">18</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta106_ref_019">19</xref>]. In recent years, there have been some other notable developments in methods for solving the algebraic linear systems arising from discretization of fractional-order problems, especially for space dimension higher than one (see [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta106_ref_009">9</xref>]); we plan to explore them in our future work.</p>
<p>To simplify the computation of the diffusion term, we have to explore the structure of the stiffness matrix <italic>Z</italic> [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta106_ref_017">17</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta106_ref_026">26</xref>]. The entries of the stiffness matrix <italic>Z</italic> are presented below.</p>
<p>Its diagonal entries are given by: 
<disp-formula id="j_vmsta106_eq_028">
<label>(2.19)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable displaystyle="true" columnspacing="0pt" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Γ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Γ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo maxsize="2.03em" minsize="2.03em" fence="true" mathvariant="normal">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo maxsize="2.03em" minsize="2.03em" fence="true" mathvariant="normal">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mspace width="1em"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Γ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo maxsize="2.03em" minsize="2.03em" fence="true" mathvariant="normal">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo maxsize="2.03em" minsize="2.03em" fence="true" mathvariant="normal">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mspace width="1em"/><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Γ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Γ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo maxsize="2.03em" minsize="2.03em" fence="true" mathvariant="normal">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo maxsize="2.03em" minsize="2.03em" fence="true" mathvariant="normal">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \begin{aligned}{z_{i,i}}& =\frac{1}{\varGamma (\lambda +1){2}^{\lambda }}b\gamma {h}^{\lambda -1}+\frac{1}{\varGamma (\lambda +1)}b(1-\gamma ){h}^{\lambda -1}\bigg(2{\left(\frac{1}{2}\right)}^{\lambda }-{\left(\frac{3}{2}\right)}^{\lambda }\bigg)\\{} & \hspace{1em}+\frac{1}{\varGamma (\lambda +1)}b\gamma {h}^{\lambda -1}\bigg(2{\left(\frac{1}{2}\right)}^{\lambda }-{\left(\frac{3}{2}\right)}^{\lambda }\bigg)\\{} & \hspace{1em}+\frac{1}{\varGamma (\lambda +1){2}^{\lambda }}b(1-\gamma ){h}^{\lambda -1}\\{} & =\frac{1}{\varGamma (\lambda +1)}b{h}^{\lambda -1}\bigg({2}^{-\lambda }+2{\left(\frac{1}{2}\right)}^{\lambda }-{\left(\frac{3}{2}\right)}^{\lambda }\bigg),\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
for <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_188"><alternatives>
<mml:math><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$1\le i\le I-1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p>Whereas, the sub-triangular entries of the matrix <italic>Z</italic> are given by: 
<disp-formula id="j_vmsta106_eq_029">
<label>(2.20)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable displaystyle="true" columnspacing="0pt" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Γ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo maxsize="2.03em" minsize="2.03em" fence="true" mathvariant="normal">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo maxsize="2.03em" minsize="2.03em" fence="true" mathvariant="normal">)</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Γ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mspace width="1em"/><mml:mo>−</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Γ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo maxsize="2.03em" minsize="2.03em" fence="true" mathvariant="normal">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo maxsize="2.03em" minsize="2.03em" fence="true" mathvariant="normal">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Γ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo maxsize="2.03em" minsize="2.03em" fence="true" mathvariant="normal">(</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo maxsize="2.03em" minsize="2.03em" fence="true" mathvariant="normal">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \begin{aligned}{z_{i,i-1}}& =-\frac{1}{\varGamma (\lambda +1)}b\gamma {h}^{\lambda -1}\bigg(2{\left(\frac{1}{2}\right)}^{\lambda }-{\left(\frac{3}{2}\right)}^{\lambda }\bigg)-\frac{1}{\varGamma (\lambda +1){2}^{\lambda }}b(1-\gamma ){h}^{\lambda -1}\\{} & \hspace{1em}-\frac{1}{\varGamma (\lambda +1)}b\gamma {h}^{\lambda -1}\bigg({\left(\frac{5}{2}\right)}^{\lambda }-2{\left(\frac{3}{2}\right)}^{\lambda }+{\left(\frac{1}{2}\right)}^{\lambda }\bigg)\\{} & =\frac{1}{\varGamma (\lambda +1)}b{h}^{\lambda -1}\bigg(3{\left(\frac{3}{2}\right)}^{\lambda }\gamma -3{\left(\frac{1}{2}\right)}^{\lambda }\gamma -{\left(\frac{5}{2}\right)}^{\lambda }\gamma -{2}^{-\lambda }(1-\gamma )\bigg),\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
for <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_189"><alternatives>
<mml:math><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$2\le i\le I-1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and 
<disp-formula id="j_vmsta106_eq_030">
<label>(2.21)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable displaystyle="true" columnspacing="0pt" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Γ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo maxsize="2.03em" minsize="2.03em" fence="true" mathvariant="normal">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo maxsize="2.03em" minsize="2.03em" fence="true" mathvariant="normal">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mspace width="1em"/><mml:mo>−</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Γ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo maxsize="2.03em" minsize="2.03em" fence="true" mathvariant="normal">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo maxsize="2.03em" minsize="2.03em" fence="true" mathvariant="normal">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \begin{aligned}{z_{i,j}}& =\frac{1}{\varGamma (\lambda +1)}b\gamma {h}^{\lambda -1}\bigg({\left(i-j+\frac{1}{2}\right)}^{\lambda }-2{\left(i-j-\frac{1}{2}\right)}^{\lambda }+{\left(i-j-\frac{3}{2}\right)}^{\lambda }\bigg)\\{} & \hspace{1em}-\frac{1}{\varGamma (\lambda +1)}b\gamma {h}^{\lambda -1}\bigg({\left(i-j+\frac{3}{2}\right)}^{\lambda }-2{\left(i-j+\frac{1}{2}\right)}^{\lambda }+{\left(i-j-\frac{1}{2}\right)}^{\lambda }\bigg)\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
for <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_190"><alternatives>
<mml:math><mml:mn>3</mml:mn><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$3\le i\le I-1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_191"><alternatives>
<mml:math><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$1\le j\le i-2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p>The super-triangular entries of matrix <italic>Z</italic> can be also derived as 
<disp-formula id="j_vmsta106_eq_031">
<label>(2.22)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Γ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo maxsize="2.03em" minsize="2.03em" fence="true" mathvariant="normal">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo maxsize="2.03em" minsize="2.03em" fence="true" mathvariant="normal">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mspace width="1em"/><mml:mo>−</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Γ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>−</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Γ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo maxsize="2.03em" minsize="2.03em" fence="true" mathvariant="normal">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo maxsize="2.03em" minsize="2.03em" fence="true" mathvariant="normal">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Γ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo maxsize="2.03em" minsize="2.03em" fence="true" mathvariant="normal">(</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mspace width="1em"/><mml:mo>−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>5</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mo maxsize="2.03em" minsize="2.03em" fence="true" mathvariant="normal">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{z_{i,i+1}}& =-\frac{1}{\varGamma (\lambda +1)}b(1-\gamma ){h}^{\lambda -1}\bigg({\left(\frac{1}{2}\right)}^{\lambda }-2{\left(\frac{3}{2}\right)}^{\lambda }+{\left(\frac{5}{2}\right)}^{\lambda }\bigg)\\{} & \hspace{1em}-\frac{1}{\varGamma (\lambda +1){2}^{\lambda }}b\gamma {h}^{\lambda -1}-\frac{1}{\varGamma (\lambda +1)}b(1-\gamma ){h}^{\lambda -1}\bigg(2{\left(\frac{1}{2}\right)}^{\lambda }-{\left(\frac{3}{2}\right)}^{\lambda }\bigg)\\{} & =\frac{1}{\varGamma (\lambda +1)}b{h}^{\lambda -1}\bigg(3{\left(\frac{3}{2}\right)}^{\lambda }(1-\gamma )-3{\left(\frac{1}{2}\right)}^{\lambda }(1-\gamma )\\{} & \hspace{1em}-{\left(\frac{5}{2}\right)}^{\lambda }(1-\gamma )-{2}^{-\lambda }\gamma \bigg),\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
for <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_192"><alternatives>
<mml:math><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$1\le i\le I-2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and 
<disp-formula id="j_vmsta106_eq_032">
<label>(2.23)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true" columnalign="right left" columnspacing="0pt"><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd class="align-even"><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Γ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo maxsize="2.03em" minsize="2.03em" fence="true" mathvariant="normal">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mspace width="1em"/><mml:mo>−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo maxsize="2.03em" minsize="2.03em" fence="true" mathvariant="normal">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mspace width="1em"/><mml:mo>−</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Γ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">h</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo maxsize="2.03em" minsize="2.03em" fence="true" mathvariant="normal">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="align-odd"/><mml:mtd class="align-even"><mml:mspace width="1em"/><mml:mo>−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo maxsize="2.03em" minsize="2.03em" fence="true" mathvariant="normal">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[\begin{aligned}{z_{i,j}}& =\frac{1}{\varGamma (\lambda +1)}b(1-\gamma ){h}^{\lambda -1}\bigg(2{\left(j-i+\frac{1}{2}\right)}^{\lambda }\\{} & \hspace{1em}-{\left(j-i-\frac{1}{2}\right)}^{\lambda }-{\left(j-i+\frac{3}{2}\right)}^{\lambda }\bigg)\\{} & \hspace{1em}-\frac{1}{\varGamma (\lambda +1)}b(1-\gamma ){h}^{\lambda -1}\bigg(2{\left(j-i-\frac{1}{2}\right)}^{\lambda }\\{} & \hspace{1em}-{\left(j-i-\frac{3}{2}\right)}^{\lambda }-{\left(j-i+\frac{1}{2}\right)}^{\lambda }\bigg)\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
for <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_193"><alternatives>
<mml:math><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$1\le j\le I-3$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_194"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$j+2\le i\le I-1$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="j_vmsta106_s_007">
<label>2.2.3</label>
<title>Estimation of coefficient function</title>
<p>We present the case where the drift coefficient function in fADE (<xref rid="j_vmsta106_eq_006">1.5</xref>) (and therefore in equation (<xref rid="j_vmsta106_eq_009">2.1</xref>)) is assumed to be a piecewise linear function of <italic>x</italic>, 
<disp-formula id="j_vmsta106_eq_033">
<label>(2.24)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="{" close=""><mml:mrow><mml:mtable columnspacing="10.0pt" equalrows="false" columnlines="none" equalcolumns="false" columnalign="left left"><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mtext>if</mml:mtext><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd class="array"><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd><mml:mtd class="array"><mml:mtext>if</mml:mtext><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&lt;</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mfenced></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ a(x)=\left\{\begin{array}{l@{\hskip10.0pt}l}{a_{0}}-{a_{1}}x,& \text{if}\hspace{2.5pt}{x_{l}}\le x\le {x_{m}},\\{} {a_{2}}-{a_{3}}x,& \text{if}\hspace{2.5pt}{x_{m}}<x\le {x_{r}},\end{array}\right.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where parameters <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_195"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${a_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_196"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${a_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_197"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${a_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_198"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${a_{3}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are to be estimated from the observed concentration data. The main idea on this part is to obtain certain measurements through physical or mechanical experiments, and then use the data to calibrate these parameters in the fADE (see [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta106_ref_016">16</xref>]). This is an inverse problem: based on the initial guess <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_199"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${p_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> of the equation (<xref rid="j_vmsta106_eq_009">2.1</xref>), and certain observation (or desired) data such as values of the state variable <bold>g</bold> at the final time, we attempt to seek for the constant parameters <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_200"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${a_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_201"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${a_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_202"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${a_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_203"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${a_{3}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> from the governing differential equation (<xref rid="j_vmsta106_eq_009">2.1</xref>).</p>
<p>We formulate the inverse problem as an optimization and develop a Levenberg–Marquardt (L-M) regularization method (see, [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta106_ref_012">12</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta106_ref_020">20</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta106_ref_024">24</xref>]) to iteratively identify the parameter. It is known that the inverse problem usually requires multiple runs of the forward problem. Considering the computational cost of the forward problem is already high, the inverse problem could become infeasible. Hence we propose an optimization algorithm for the parameter estimation.</p>
<p>Here we only present the details of the fitting of <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_204"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${a_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_205"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${a_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. The other two parameters <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_206"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${a_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_207"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${a_{3}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> can be estimated similarly. The parameter identification of <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_208"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${a_{0}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_209"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${a_{1}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> can be formulated as follows: let <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_210"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="bold-italic">α</mml:mi><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\boldsymbol{\alpha }:=\{{a_{0}},{a_{1}}\}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, then to find <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_211"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\alpha _{inv}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> that satisfies 
<disp-formula id="j_vmsta106_eq_034">
<label>(2.25)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>arg</mml:mtext><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">α</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mi mathvariant="script">G</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">α</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover><mml:msup><mml:mrow><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">[</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">α</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\alpha _{inv}}=\text{arg}\hspace{2.5pt}\hspace{2.5pt}\underset{\boldsymbol{\alpha }}{\min }\hspace{2.5pt}\hspace{2.5pt}\mathcal{G}(\boldsymbol{\alpha }):=\frac{1}{2}{\sum \limits_{i=1}^{M}}{\big[p({x_{i}},t;\boldsymbol{\alpha })-\hat{p}({x_{i}},t)\big]}^{2},\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where, <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_212"><alternatives>
<mml:math><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\hat{p}({x_{i}},t)={\hat{K}_{t}}c({x_{i}},t)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> for observed concentration <italic>c</italic> at location <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_213"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${x_{i}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, time <italic>t</italic>.</p>
<p>In case the data is available for time points <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_214"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">R</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${t_{1}},{t_{2}},\dots ,{t_{R}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> we rewrite equation (<xref rid="j_vmsta106_eq_034">2.25</xref>) as 
<disp-formula id="j_vmsta106_eq_035">
<label>(2.26)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable displaystyle="true" columnspacing="0pt" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>arg</mml:mtext><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:munder><mml:mrow><mml:mo movablelimits="false">min</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">α</mml:mi></mml:mrow></mml:munder><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mi mathvariant="script">G</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">α</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd/><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">R</mml:mi></mml:mrow></mml:munderover>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mo largeop="true" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mstyle></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:munderover><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msup><mml:mrow><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">[</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">α</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">]</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \begin{aligned}{\alpha _{inv}}& =\text{arg}\hspace{2.5pt}\hspace{2.5pt}\underset{\boldsymbol{\alpha }}{\min }\hspace{2.5pt}\hspace{2.5pt}\mathcal{G}(\boldsymbol{\alpha })\\{} & =\frac{1}{2}{\sum \limits_{k=1}^{R}}{\sum \limits_{i=1}^{{M_{k}}}}{w_{k}}{\big[p({x_{{t_{k}},i}},{t_{k}};\boldsymbol{\alpha })-\hat{p}({x_{{t_{k}}i}},{t_{k}})\big]}^{2},\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
here <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_215"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${x_{{t_{k}},i}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the <italic>i</italic>th observed location at time <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_216"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${t_{k}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_217"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">w</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${w_{k}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is the weight assigned for the sample set available for the same time point. (For example the data set used in Section <xref rid="j_vmsta106_s_008">3</xref> has <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_218"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">R</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>3</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$R=3$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>).</p>
<p>An iteration algorithm such as the Newton method with line searching could be employed to find the solution to (<xref rid="j_vmsta106_eq_035">2.26</xref>). Basically, the Newton algorithm for minimizing (<xref rid="j_vmsta106_eq_035">2.26</xref>) uses the first and second derivatives of the objective function <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_219"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="script">G</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">α</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\mathcal{G}(\boldsymbol{\alpha })$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>: 
<disp-formula id="j_vmsta106_eq_036">
<label>(2.27)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>′</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script">G</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>″</mml:mo></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\boldsymbol{\alpha }_{k+1}}={\boldsymbol{\alpha }_{k}}-\frac{{\mathcal{G}^{\prime }}({\boldsymbol{\alpha }_{k}})}{{\mathcal{G}^{\prime\prime }}({\boldsymbol{\alpha }_{k}})},\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where <italic>k</italic> represents the <italic>k</italic>th iteration. It is easy to check that (<xref rid="j_vmsta106_eq_036">2.27</xref>) is equivalent to solve 
<disp-formula id="j_vmsta106_eq_037">
<label>(2.28)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\boldsymbol{\alpha }_{k+1}}={\boldsymbol{\alpha }_{k}}-{\big({\mathbf{J}_{k}^{T}}{\mathbf{J}_{k}}\big)}^{-1}{\mathbf{J}_{k}^{T}}{\mathbf{r}_{k}},\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where 
<disp-formula id="j_vmsta106_eq_038">
<label>(2.29)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable displaystyle="true" columnspacing="0pt" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" fence="true" mathvariant="normal">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>;</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo>;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">R</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo maxsize="1.19em" minsize="1.19em" fence="true" mathvariant="normal">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mtext>with</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mfenced separators="" open="(" close=")"><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">α</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">α</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">α</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi>∂</mml:mi><mml:mi mathvariant="bold-italic">α</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:mfenced><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \begin{aligned}{\mathbf{J}_{k}}& ={\big({\mathbf{J}}^{1};{\mathbf{J}}^{2};\dots ;{\mathbf{J}}^{R}\big)}^{T},\hspace{1em}\text{with}\\{} {\mathbf{J}}^{i}& =\left(\frac{\partial p({x_{{t_{i}},1}},{t_{i}};\boldsymbol{\alpha })}{\partial \boldsymbol{\alpha }},\dots ,\frac{\partial p({x_{{t_{i}},{M_{i}}}},{t_{i}};\boldsymbol{\alpha })}{\partial \boldsymbol{\alpha }}\right),\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
and 
<disp-formula id="j_vmsta106_eq_039">
<label>(2.30)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mtable displaystyle="true" columnspacing="0pt" columnalign="right left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>;</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo>;</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">R</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:mtext>with</mml:mtext></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mtd><mml:mtd><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="1em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">α</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \begin{aligned}{\mathbf{r}_{k}}& ={\big({\mathbf{r}}^{1};{\mathbf{r}}^{2};\dots ;{\mathbf{r}}^{R}\big)}^{T},\hspace{1em}\text{with}\\{} {\mathbf{r}}^{i}& =({r_{i,1}},\dots ,{r_{i,{M_{i}}}}),\hspace{1em}{r_{i,j}}=p({x_{{t_{i}},j}},{t_{i}};\boldsymbol{\alpha })-\hat{p}({x_{{t_{i}},j}},{t_{i}}),\end{aligned}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
for <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_220"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$j=1,\dots ,{M_{i}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_221"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">R</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$i=1,2,\dots ,R$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Note that in practice, we always use the finite difference 
<disp-formula id="j_vmsta106_eq_040">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">α</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">j</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>;</mml:mo><mml:mi mathvariant="bold-italic">α</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \frac{p({x_{{t_{i}},j}},{t_{i}};\boldsymbol{\alpha }+\delta )-p({x_{{t_{i}},j}},{t_{i}};\boldsymbol{\alpha })}{\delta }\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
with a small enough <italic>δ</italic> to approximate the derivatives in (<xref rid="j_vmsta106_eq_038">2.29</xref>).</p>
<p>However, the Newton method may fail to work because of <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_222"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\mathbf{J}_{k}^{T}}{\mathbf{J}_{k}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> may be nearly zero. Therefore, the search direction <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_223"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${d_{k}}:=-{\mathbf{J}_{k}^{T}}{\mathbf{r}_{k}}/{\mathbf{J}_{k}^{T}}{\mathbf{J}_{k}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> may not point in a decent direction.</p>
<p>A common technique to overcome this kind of problem is the L-M algorithm (or Levenberg algorithm since a single parameter case is considered in this paper), which modifies (<xref rid="j_vmsta106_eq_036">2.27</xref>) by the following formulation 
<disp-formula id="j_vmsta106_eq_041">
<label>(2.31)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ϱ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\boldsymbol{\alpha }_{k+1}}={\boldsymbol{\alpha }_{k}}-{\big({\mathbf{J}_{k}^{T}}{\mathbf{J}_{k}}+{\varrho _{k}}{I_{2}}\big)}^{-1}{\mathbf{J}_{k}^{T}}{\mathbf{r}_{k}},\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_224"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ϱ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\varrho _{k}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is a positive penalty parameter, and <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_225"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${I_{2}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is a <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_226"><alternatives>
<mml:math><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>×</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$2\times 2$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> identity matrix. The method coincides with the Newton algorithm when <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_227"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ϱ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\varrho _{k}}=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>; and it gives a step closer to the gradient descent direction when <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_228"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ϱ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\varrho _{k}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> is large.</p>
<p><underline><bold>Algorithm A: Parameter Identification Algorithm</bold></underline><bold>:</bold></p>
<p>Given the observation data <bold>g</bold> and an initial guess <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_229"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mo fence="true" stretchy="false">{</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo fence="true" stretchy="false">}</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\boldsymbol{\alpha }_{0}}={\{{a_{0}},{a_{1}}\}}_{0}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, choose <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_230"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\rho \in (0,1)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_231"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\sigma \in (0,1/2)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_232"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ϱ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">&gt;</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\varrho _{0}}>0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and <italic>δ</italic> small enough. For <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_233"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$k=0,1,\dots ,M$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, (let <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_234"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">M</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$M={M_{1}}+{M_{2}}+{M_{3}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>),</p>
<list>
<list-item id="j_vmsta106_li_005">
<label>(1)</label>
<p>Solve the equation (<xref rid="j_vmsta106_eq_009">2.1</xref>) corresponding to <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_235"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\boldsymbol{\alpha }_{k}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_236"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\boldsymbol{\alpha }_{k}}+\delta $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> respectively to obtain <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_237"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>·</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>·</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$p(\cdot ,\cdot ,{\boldsymbol{\alpha }_{k}})$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_238"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>·</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>·</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">δ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$p(\cdot ,\cdot ,{\boldsymbol{\alpha }_{k}}+\delta )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
</list-item>
<list-item id="j_vmsta106_li_006">
<label>(2)</label>
<p>Compute <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_239"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\mathbf{J}_{k}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_240"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\mathbf{r}_{k}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, and update the search direction 
<disp-formula id="j_vmsta106_eq_042">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ϱ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>−</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>.</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\mathbf{d}_{k}}:=-{\big({\mathbf{J}_{k}^{T}}{\mathbf{J}_{k}}+{\varrho _{k}}{I_{2}}\big)}^{-1}{\mathbf{J}_{k}^{T}}{\mathbf{r}_{k}}.\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula>
</p>
</list-item>
<list-item id="j_vmsta106_li_007">
<label>(3)</label>
<p>Determine the search step <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_241"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\rho }^{m}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> by Armijo rule: 
<disp-formula id="j_vmsta106_eq_043">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mi mathvariant="script">G</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" maxsize="1.19em" minsize="1.19em">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mi mathvariant="script">G</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>+</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">J</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \mathcal{G}\big({\boldsymbol{\alpha }_{k}}+{\rho }^{m}{\mathbf{d}_{k}}\big)\le \mathcal{G}({\boldsymbol{\alpha }_{k}})+\sigma {\rho }^{m}{\mathbf{d}_{k}}{\mathbf{J}_{k}^{T}}{\mathbf{r}_{k}}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
where <italic>m</italic> is the smallest non-negative integer.</p>
</list-item>
<list-item id="j_vmsta106_li_008">
<label>(4)</label>
<p>If <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_242"><alternatives>
<mml:math><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo stretchy="false">≤</mml:mo><mml:mtext>Tolerance level</mml:mtext></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$|{\rho }^{m}{\mathbf{d}_{k}}|\le \text{Tolerance level}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, then stop and let <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_243"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">n</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\alpha _{inv}}:={\boldsymbol{\alpha }_{k}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Otherwise, update 
<disp-formula id="j_vmsta106_eq_044">
<alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold-italic">α</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>+</mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ρ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="bold">d</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="2em"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ϱ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi><mml:mo>+</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>:</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">ϱ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">k</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ {\boldsymbol{\alpha }_{k+1}}:={\boldsymbol{\alpha }_{k}}+{\rho }^{m}{\mathbf{d}_{k}},\hspace{2em}{\varrho _{k+1}}:={\varrho _{k}}/2,\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
and go to the first step for the iteration again.</p>
</list-item>
</list>
<p>Algorithm A summarizes the proposed parameter estimation steps through the inverse problem approach which includes the details of the L-M method. In particular, the Armijo rule [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta106_ref_002">2</xref>] in the third step, known as one of the inexact line search techniques, is imposed to ensure the objective function <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_244"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="script">G</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\mathcal{G}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> has sufficient descent. Other rules and the related convergence theory can be found in [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta106_ref_024">24</xref>].</p>
</sec>
</sec>
</sec>
<sec id="j_vmsta106_s_008">
<label>3</label>
<title>An illustrative example</title>
<p>In this section, we use a heavy-tailed groundwater tracer concentration data to illustrate the methodology described in Section <xref rid="j_vmsta106_s_002">2</xref>. The data comes from natural-gradient tracer tests conducted at the MacroDispersion Experimental (MADE) site at Columbus Air Force Base in northeastern Mississippi, precisely the MADE-2 tritium plume data [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta106_ref_008">8</xref>]. The data consists of the maximum concentration measured in vertical slices perpendicular to the direction of plume travel, at day 27, day 132, day 224, and day 328 days after injection (see Figure 4 in [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta106_ref_005">5</xref>]).</p>
<p>In [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta106_ref_011">11</xref>], an fADE with constant drift and diffusion coefficient was fitted to the same data. With constant coefficient functions, the resulting solution process <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_245"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Y_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> in the SDE (<xref rid="j_vmsta106_eq_003">1.2</xref>) itself is a stable process. The parameters of the fitted stable process were estimated using the least-square method.</p>
<p>Here we are considering an fADE that may have variable coefficients. For the fits presented in this section, the diffusion coefficient is still assumed to be location invariant, but we use a piecewise linear drift function of the form (<xref rid="j_vmsta106_eq_033">2.24</xref>). The choice of <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_246"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${x_{l}},\hspace{2.5pt}{x_{m}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_247"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${x_{r}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are subjective but should comply with the boundary conditions. <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_248"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">l</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${x_{l}}=0$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> (starting location), <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_249"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">r</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>300</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${x_{r}}=300$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> (beyond the observed location range) and <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_250"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>9.375</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${x_{m}}=9.375$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> (a rough mid-location of the observed range) were set for the current simulation. We used the fitted parameter values from the constant coefficient model [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta106_ref_011">11</xref>] as initial values for the simulation; these parameter values are included in Appendix <xref rid="j_vmsta106_app_001">A</xref>. Then we used the data to estimate the linear drift and to obtain <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_251"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$p(x,t)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> that solves (<xref rid="j_vmsta106_eq_009">2.1</xref>) by the methodology presented in Section <xref rid="j_vmsta106_s_002">2</xref>. <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_252"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">c</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">x</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$c(x,t)=Kp(x,t)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> gives the fitted concentration that solves fADE associated with (<xref rid="j_vmsta106_eq_009">2.1</xref>).</p>
<p>The concentrations fitted by the proposed method for the MADE site data at day 224 and day 328 are included here.</p>
<p><bold>Fitted parameters for the MADE site data at day 224:</bold> <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_253"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.110</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${a_{0}}=0.110$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_254"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.00032</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${a_{1}}=0.00032$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_255"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.0003</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${a_{2}}=0.0003$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_256"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.00019</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${a_{3}}=0.00019$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_257"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.1859783</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$b=0.1859783$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_258"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.80</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\lambda =0.80$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_259"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.9999</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\gamma =0.9999$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_260"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>56778.24</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$K=56778.24$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<table-wrap id="j_vmsta106_tab_001">
<label>Table 1.</label>
<caption>
<p>Observed and fitted tracer concentrations for MADE data at day 224</p>
</caption>
<table>
<thead>
<tr>
<td colspan="3" style="vertical-align: top; text-align: center; border-top: solid thin; border-bottom: solid thin; border-left: solid thin; border-right: solid thin">Day 224</td>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td colspan="3" style="vertical-align: top; text-align: center; border-bottom: solid thin; border-left: solid thin; border-right: solid thin"><italic>x</italic> = location, <italic>C</italic> = tracer concentration</td>
</tr>
</tbody><tbody>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-bottom: solid thin; border-left: solid thin; border-right: solid thin"><italic>x</italic></td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-bottom: solid thin; border-right: solid thin">Observed <italic>C</italic></td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-bottom: solid thin; border-right: solid thin">Fitted <italic>C</italic></td>
</tr>
</tbody><tbody>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">2.1000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">3378.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">2871.7248</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">2.9000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">1457.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">3187.0093</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">3.6000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">6494.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">3529.6230</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">6.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">1335.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">4027.3618</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">6.6000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">7705.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">3321.0305</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">6.8000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">2206.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">3086.6518</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">6.9000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">1291.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">2969.4625</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">7.2000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">4515.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">2734.3773</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">8.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">3598.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">2361.1656</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">8.7000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">2447.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">2083.3103</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">9.7000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">2831.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">1809.0524</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">10.8000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">2208.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">1586.8821</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">12.7000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">849.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">1273.2312</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">13.5000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">2213.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">1169.6987</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">16.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">1485.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">935.2569</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">27.5000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">443.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">442.0004</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">31.8000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">165.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">356.0560</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">40.3000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">291.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">245.6054</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">48.8000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">237.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">178.6647</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">57.5000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">76.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">134.2397</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">66.3000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">54.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">103.7457</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">74.8000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">137.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">82.8644</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">83.4000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">37.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">67.3318</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">100.7000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">28.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">46.5417</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">117.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">51.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">34.4212</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">166.6000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">18.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">16.5498</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">183.5000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">28.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">13.9355</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">218.5000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">9.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">11.4791</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-bottom: solid thin; border-left: solid thin; border-right: solid thin">268.7000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-bottom: solid thin; border-right: solid thin">6.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-bottom: solid thin; border-right: solid thin">10.1389</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p><bold>Fitted parameters for day 328 MADE site data:</bold> <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_261"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>0</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.105</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${a_{0}}=0.105$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_262"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.00030</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${a_{1}}=0.00030$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_263"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.0005</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${a_{2}}=0.0005$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_264"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.00018</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${a_{3}}=0.00018$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_265"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.2233695</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$b=0.2233695$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_266"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.79</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\lambda =0.79$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_267"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">γ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.9999</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\gamma =0.9999$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_268"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>37195.05</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$K=37195.05$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<table-wrap id="j_vmsta106_tab_002">
<label>Table 2.</label>
<caption>
<p>Observed and fitted tracer concentrations for MADE data at day 328</p>
</caption>
<table>
<thead>
<tr>
<td colspan="3" style="vertical-align: top; text-align: center; border-top: solid thin; border-bottom: solid thin; border-left: solid thin; border-right: solid thin">Day 328</td>
</tr>
</thead>
<tbody>
<tr>
<td colspan="3" style="vertical-align: top; text-align: center; border-bottom: solid thin; border-left: solid thin; border-right: solid thin"><italic>x</italic> = location, <italic>C</italic> = tracer concentration</td>
</tr>
</tbody><tbody>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-bottom: solid thin; border-left: solid thin; border-right: solid thin"><italic>x</italic></td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-bottom: solid thin; border-right: solid thin">Observed <italic>C</italic></td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-bottom: solid thin; border-right: solid thin">Fitted <italic>C</italic></td>
</tr>
</tbody><tbody>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">2.1000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">1762.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">2001.9586</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">3.6000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">4157.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">3264.5572</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">5.5000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">2018.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">1982.1889</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">6.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">1295.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">1653.7130</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">6.6000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">2742.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">1436.3243</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">6.8000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">798.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">1405.9525</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">6.9000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">661.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">1390.7665</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">7.2000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">4721.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">1323.8183</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">8.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">2877.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">1132.2689</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">8.7000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">946.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">1050.1787</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">9.7000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">3140.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">920.6741</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">10.8000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">2075.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">819.8101</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">12.7000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">1636.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">689.5556</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">13.5000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">1569.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">646.4434</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">16.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">869.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">536.8714</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">16.3000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">1825.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">525.8232</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">17.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">286.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">501.7569</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">18.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">597.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">470.2962</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">27.5000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">127.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">281.0554</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">31.8000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">49.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">231.1571</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">40.3000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">108.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">163.9576</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">48.8000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">75.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">121.3509</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">57.5000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">95.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">92.2235</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">66.3000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">38.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">71.8197</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">74.8000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">126.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">57.6513</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">83.4000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">54.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">47.0086</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">100.7000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">19.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">32.6278</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">117.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">46.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">24.1752</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">166.6000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">25.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">11.6326</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">183.5000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">22.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">9.4787</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-left: solid thin; border-right: solid thin">218.5000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">11.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-right: solid thin">7.0942</td>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-bottom: solid thin; border-left: solid thin; border-right: solid thin">268.7000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-bottom: solid thin; border-right: solid thin">8.0000</td>
<td style="vertical-align: top; text-align: right; border-bottom: solid thin; border-right: solid thin">6.0752</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<fig id="j_vmsta106_fig_001">
<label>Fig. 1.</label>
<caption>
<p>The fitted and observed concentration at day 224 for MADE site data</p>
</caption>
<graphic xlink:href="vmsta-0-0-vmsta106-g001.jpg"/>
</fig>
<fig id="j_vmsta106_fig_002">
<label>Fig. 2.</label>
<caption>
<p>The fitted and observed concentration with log scale at day 224 for MADE site data</p>
</caption>
<graphic xlink:href="vmsta-0-0-vmsta106-g002.jpg"/>
</fig>
<fig id="j_vmsta106_fig_003">
<label>Fig. 3.</label>
<caption>
<p>The fitted and observed concentration at day 328 for MADE site data</p>
</caption>
<graphic xlink:href="vmsta-0-0-vmsta106-g003.jpg"/>
</fig>
<p><bold>Comments</bold>:</p>
<fig id="j_vmsta106_fig_004">
<label>Fig. 4.</label>
<caption>
<p>Fitted and observed concentration with log scale at day 328 for MADE site data</p>
</caption>
<graphic xlink:href="vmsta-0-0-vmsta106-g004.jpg"/>
</fig>
<list>
<list-item id="j_vmsta106_li_009">
<label>1.</label>
<p>The fit above uses piecewise linear drift velocity and location invariant diffusion coefficient as opposed to constant drift but same diffusion coefficient used in [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta106_ref_011">11</xref>]. The fitted curves in Figures <xref rid="j_vmsta106_fig_002">2</xref> and <xref rid="j_vmsta106_fig_004">4</xref> show a better tail fit here compared to similar plots in [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta106_ref_011">11</xref>]. The fractional order <italic>α</italic> for the fADE with constant coefficient was fitted as 1.09 and 1.05 for day 224 and day 328 respectively in [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta106_ref_011">11</xref>]. Here the fitted fractional order <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_269"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">λ</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\alpha (=2-\lambda )$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> are 1.2 and 1.19 for day 224 and day 328 respectively. Since the new fit improves on the fit in [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta106_ref_011">11</xref>], this indicates that a better drift velocity fit may lead to an adjustment of the fractional order to improve the tail fit in the fADE. Ideally, the drift velocity function might be mechanically estimated from a properly designed field experiment while the diffusion coefficient and the fractional order can be estimated as described in this paper for an even better fADE fit.</p>
</list-item>
<list-item id="j_vmsta106_li_010">
<label>2.</label>
<p>Using simulation step 2, iid sample of size 1000 for <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_270"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Y_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> was generated at <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_271"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>day</mml:mtext><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mn>224</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$t=\text{day}\hspace{2.5pt}224$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_272"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mtext>day</mml:mtext><mml:mspace width="2.5pt"/><mml:mn>328</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$t=\text{day}\hspace{2.5pt}328$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Histograms for the generated samples in Figures <xref rid="j_vmsta106_fig_005">5</xref> and <xref rid="j_vmsta106_fig_006">6</xref> are fairly consistent with the observed concentration (or observed density) data. These figures indicate that although we had adopted a numerical approach to generate <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_273"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Y_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>’s, the simulation method is efficient enough to follow the underlying probability distribution.</p>
</list-item>
</list>
<fig id="j_vmsta106_fig_005">
<label>Fig. 5.</label>
<caption>
<p>Histogram of 1000 <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_274"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Y_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> values generated by the proposed method at <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_275"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>224</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$t=224$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. The red line shows the fitted pdf from (<xref rid="j_vmsta106_eq_009">2.1</xref>) and blue dots show observed density = observed concentration /<italic>K</italic> (data estimates <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_276"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>56778.24</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$K=56778.24$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>)</p>
</caption>
<graphic xlink:href="vmsta-0-0-vmsta106-g005.jpg"/>
</fig>
<fig id="j_vmsta106_fig_006">
<label>Fig. 6.</label>
<caption>
<p>Histogram of 1000 <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_277"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Y_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> values generated by the proposed method at <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_278"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>328</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$t=328$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. The red line shows the fitted pdf from (<xref rid="j_vmsta106_eq_009">2.1</xref>) and blue dots show observed density = observed concentration /<italic>K</italic> (data estimates <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_279"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>37195.05</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$K=37195.05$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>)</p>
</caption>
<graphic xlink:href="vmsta-0-0-vmsta106-g006.jpg"/>
</fig>
</sec>
<sec id="j_vmsta106_s_009">
<label>4</label>
<title>Discussion</title>
<p>The trapezoidal rule provides a very simple and quick numerical approximation of the CDF of <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_280"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Y_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> in (<xref rid="j_vmsta106_eq_003">1.2</xref>) and for its inverse in the proposed simulation step 2. A more sophisticated numerical method like Simpson’s rule or other higher order Newton–Cotes formula or quadrature rules [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta106_ref_023">23</xref>] can be used to obtain a more accurate <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_281"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\hat{F}_{{Y_{t}}}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, but the procedure will be much more computationally taxing.</p>
<p>The method described here can be used to simulate a large number of observations (approximated) from <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_282"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Y_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. With the usual particle tracking insights, these simulated values can also be used to build empirical confidence intervals for the fitted concentration values.</p>
<p>Let us consider <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_283"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo>=</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo>−</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">F</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$P[{Y_{t}}\in (a,b)]={F_{{Y_{t}}}}(b)-{F_{{Y_{t}}}}(a)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. This is the probability that a randomly chosen tracer particle will be in a given interval <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_284"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(a,b)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> at a time point <italic>t</italic>. For example, in groundwater pollution modeling this expression can be an important one that estimates the chance that the pollution will reach a certain area after a certain time. Using i.i.d. random simulations <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_285"><alternatives>
<mml:math><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mo>…</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Y_{t}^{(1)}},{Y_{t}^{(2)}},\dots ,{Y_{t}^{(N)}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> of <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_286"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Y_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, an empirical estimate for this probability can be given by <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_287"><alternatives>
<mml:math><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mover><mml:mo>=</mml:mo><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo largeop="false" movablelimits="false">∑</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi mathvariant="italic">I</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">i</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\hat{P}=\frac{1}{N}{\sum _{i=1}^{N}}I[{Y_{t}^{(i)}}\in (a,b)]$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Then by the central limit theorem <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_288"><alternatives>
<mml:math><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mover></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\hat{P}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> asymptotically follows the normal distribution with mean <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_289"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$P[{Y_{t}}\in (a,b)]$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> and variance <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_290"><alternatives>
<mml:math><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\frac{P[{Y_{t}}\in (a,b)](1-P[{Y_{t}}\in (a,b)])}{N}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>. Hence for large <italic>N</italic>’s, an asymptotic <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_291"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mn>100</mml:mn><mml:mi mathvariant="normal">%</mml:mi></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(1-\alpha )100\% $]]></tex-math></alternatives></inline-formula> confidence interval for <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_292"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$P[{Y_{t}}\in (a,b)]$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> can be given by 
<disp-formula id="j_vmsta106_eq_045">
<label>(4.1)</label><alternatives>
<mml:math display="block"><mml:mtable displaystyle="true"><mml:mtr><mml:mtd><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mover><mml:mo>∓</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">z</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mn>1</mml:mn><mml:mo>−</mml:mo><mml:mover accent="true"><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi></mml:mrow><mml:mo stretchy="false">ˆ</mml:mo></mml:mover><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">N</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math>
<tex-math><![CDATA[\[ \hat{P}\mp {z_{\alpha /2}}\sqrt{\frac{\hat{P}(1-\hat{P})}{N}}\]]]></tex-math></alternatives>
</disp-formula> 
Now noting that density <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_293"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$p(y,t)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> can be approximated by <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_294"><alternatives>
<mml:math><mml:mstyle displaystyle="false"><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mn>1</mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:mo>−</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mstyle><mml:mi mathvariant="italic">P</mml:mi><mml:mo fence="true" stretchy="false">[</mml:mo><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo stretchy="false">∈</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo fence="true" stretchy="false">]</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\frac{1}{b-a}P[{Y_{t}}\in (a,b)]$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> with a small interval <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_295"><alternatives>
<mml:math><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">a</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">b</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$(a,b)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, the simulated <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_296"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Y_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> values can be used to calculate the confidence intervals for the fitted densities. See [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta106_ref_011">11</xref>] for detailed asymptotic confidence interval construction steps and related results associated with the empirical density function that is calculated using the generated <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_297"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Y_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>’s.</p>
<p>Assuming that the observed concentrations are scaled versions of density <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_298"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">p</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">y</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal">,</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$p(y,t)$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> of <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_299"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Y_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, one can repeat simulation step 2 described in Section <xref rid="j_vmsta106_s_003">2.1</xref> without solving the forward equation to generate <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_300"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Y_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>’s. However, the grid used for the simulation will be limited only to the fixed observed data location points. Since <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_301"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Y_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>’s are simulated through numerical approximation the performance of this simulation depends on the grid spacing used. Thus the fitted fADE in simulation step 1 not only gives us the better understanding of the underlying process but also is essential for generating a good approximate process that resembles <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_302"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Y_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> by enabling the use of a finer grid for the numerical approximation. Further, modeling the underlying fADE process facilitates better prediction than mere extrapolation from an observed sample set.</p>
<p>On the other hand, an fADE can be fitted to the observed concentration by simulation step 1 only, without describing the underlying stochastic process. But the stochastic diffusion description is useful for understanding the mesoscopic flow and particle tracking methods. Further, generating the solution to the SDE associated with the fADE can be used to construct confidence intervals for the fADE fits that account for the error of estimation by a sample set.</p>
<p>In conclusion, the fADE and the associated <italic>α</italic>-stable SDE are essential tools to model heavy-tailed diffusion. However, the model fitting part may get complicated if we consider any scenario other than constant drift and diffusion coefficients. A numerical scheme for solving the fADE and the related SDE with linear drift is presented here. The general ideas used in the simulation steps can be replicated for a more complicated form of the drift. We plan to explore such models in our future work along with the convergence and the efficiency of the numerical approximations applied here.</p>
</sec>
</body>
<back>
<app-group>
<app id="j_vmsta106_app_001"><label>A</label>
<title>Appendix</title>
<p>In [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta106_ref_011">11</xref>] the tracer trajectory <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_303"><alternatives>
<mml:math><mml:msub><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">Y</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${Y_{t}}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> of the MADE site data was assumed to follow an SDE of the form (<xref rid="j_vmsta106_eq_003">1.2</xref>) with constant parameters and hence itself was a stable process with index of stability <italic>α</italic>, skewness parameter <italic>β</italic>, location parameter <italic>v</italic> (same as the assumed constant drift velocity in (<xref rid="j_vmsta106_eq_006">1.5</xref>)) and scale parameter <italic>σ</italic>, where <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_304"><alternatives>
<mml:math><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo>=</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">D</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">t</mml:mi><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo><mml:mo movablelimits="false">cos</mml:mo><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">(</mml:mo><mml:mi mathvariant="italic">π</mml:mi><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mo mathvariant="normal" fence="true" stretchy="false">)</mml:mo><mml:mo stretchy="false">|</mml:mo></mml:math>
<tex-math><![CDATA[${\sigma }^{\alpha }=Dt|\cos (\pi \alpha /2)|$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> with constant diffusion coefficient function <italic>D</italic> in (<xref rid="j_vmsta106_eq_006">1.5</xref>).</p>
<p>The fitted values in [<xref ref-type="bibr" rid="j_vmsta106_ref_011">11</xref>] are:</p>
<p><bold>Day 224 fitted values:</bold> <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_305"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>5.137167</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\sigma =5.137167$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>, <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_306"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>43.915430</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\mu =43.915430$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>; <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_307"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.99</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\beta =0.99$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>; <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_308"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1.0915</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\alpha =1.0915$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>; <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_309"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.196051</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">day</mml:mtext></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$v=0.196051m/\textit{day}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_310"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">D</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.1859783</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">day</mml:mtext></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$D=0.1859783{m}^{\alpha }/\textit{day}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_311"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>56778.24</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$K=56778.24$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>.</p>
<p><bold>Day 328 fitted values:</bold> <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_312"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">σ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>5.380654</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\sigma =5.380654$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>; <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_313"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">μ</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>74.677975</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\mu =74.677975$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>; <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_314"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">β</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.99</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\beta =0.99$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>; <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_315"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>1.050998</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$\alpha =1.050998$]]></tex-math></alternatives></inline-formula>; <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_316"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">v</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.2276768</mml:mn><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">day</mml:mtext></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$v=0.2276768m/\textit{day}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_317"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">D</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>0.2233695</mml:mn><mml:msup><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">m</mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi mathvariant="italic">α</mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mo mathvariant="normal" stretchy="false">/</mml:mo><mml:mtext mathvariant="italic">day</mml:mtext></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$D=0.2233695{m}^{\alpha }/\textit{day}$]]></tex-math></alternatives></inline-formula> <inline-formula id="j_vmsta106_ineq_318"><alternatives>
<mml:math><mml:mi mathvariant="italic">K</mml:mi><mml:mo>=</mml:mo><mml:mn>37195.05</mml:mn></mml:math>
<tex-math><![CDATA[$K=37195.05$]]></tex-math></alternatives></inline-formula></p>
<p>These were used as initial values for the iterations in Section <xref rid="j_vmsta106_s_008">3</xref>.</p></app></app-group>
<ref-list id="j_vmsta106_reflist_001">
<title>References</title>
<ref id="j_vmsta106_ref_001">
<label>[1]</label><mixed-citation publication-type="book"> <string-name><surname>Applebaum</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name>: <source>Lévy Processes and Stochastic Calculus</source>. <publisher-name>Cambridge University Press</publisher-name> (<year>2004</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=2072890">MR2072890</ext-link>. <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1017/CBO9780511755323" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1017/CBO9780511755323</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta106_ref_002">
<label>[2]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Armijo</surname>, <given-names>L.</given-names></string-name>: <article-title>Minimization of functions having Lipschitz continuous partial derivatives</article-title>. <source>Pac. J. Math.</source> <volume>16</volume>, <fpage>1</fpage>–<lpage>3</lpage> (<year>1966</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=0191071">MR0191071</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta106_ref_003">
<label>[3]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Baeumer</surname>, <given-names>B.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Meerschaert</surname>, <given-names>M.M.</given-names></string-name>: <article-title>Stochastic solutions for fractional Cauchy problems</article-title>. <source>Fract. Calc. Appl. Anal.</source> <volume>4</volume>, <fpage>481</fpage>–<lpage>500</lpage> (<year>2001</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=1874479">MR1874479</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta106_ref_004">
<label>[4]</label><mixed-citation publication-type="book"> <string-name><surname>Bear</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>: <source>Dynamics of Fluids in Porous Media</source>. <publisher-name>Dover, Mineola</publisher-name>, <publisher-loc>New York</publisher-loc> (<year>1972</year>)</mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta106_ref_005">
<label>[5]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Benson</surname>, <given-names>D.A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Schumer</surname>, <given-names>R.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Meerschaert</surname>, <given-names>M.M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wheatcraft</surname>, <given-names>S.W.</given-names></string-name>: <article-title>Fractional dispersion, Lévy motion, and the MADE tracer tests</article-title>. <source>Transp. Porous Media</source> <volume>42</volume>(<issue>1–2</issue>), <fpage>211</fpage>–<lpage>240</lpage> (<year>2001</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=1948593">MR1948593</ext-link>. <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1023/A:1006733002131" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1023/A:1006733002131</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta106_ref_006">
<label>[6]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Bhattacharya</surname>, <given-names>R.N.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Gupta</surname>, <given-names>V.K.</given-names></string-name>: <article-title>A theoretical explanation of solute dispersion in saturated porous media at the Darcy scale</article-title>. <source>Water Resour. Res.</source> <volume>19</volume>(<issue>4</issue>), <fpage>938</fpage>–<lpage>944</lpage> (<year>1983</year>)</mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta106_ref_007">
<label>[7]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Bhattacharya</surname>, <given-names>R.N.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Gupta</surname>, <given-names>V.K.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Sposito</surname>, <given-names>G.</given-names></string-name>: <article-title>On the stochastic foundation of the theory of water flow through unsaturated soil</article-title>. <source>Water Resour. Res.</source> <volume>12</volume>(<issue>3</issue>) (<year>1976</year>)</mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta106_ref_008">
<label>[8]</label><mixed-citation publication-type="other"> <string-name><surname>Boggs</surname>, <given-names>J.M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Beard</surname>, <given-names>L.M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Long</surname>, <given-names>S.E.</given-names></string-name>, <string-name><surname>McGee</surname>, <given-names>M.P.</given-names></string-name>: Database for the second macro dispersion experiment (MADE-2). EPRI report TR-102072 (1993)</mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta106_ref_009">
<label>[9]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Breiten</surname>, <given-names>T.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Simoncini</surname>, <given-names>V.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Stoll</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>: <article-title>Low-rank solvers for fractional differential equations</article-title>. <source>Electron. Trans. Numer. Anal. (ETNA)</source> <volume>45</volume>, <fpage>107</fpage>–<lpage>132</lpage> (<year>2016</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=3498143">MR3498143</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta106_ref_010">
<label>[10]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Chakraborty</surname>, <given-names>P.</given-names></string-name>: <article-title>A stochastic differential equation model with jumps for fractional advection and dispersion</article-title>. <source>J. Stat. Phys.</source> <volume>136</volume>(<issue>3</issue>), <fpage>527</fpage>–<lpage>551</lpage> (<year>2009</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=2529683">MR2529683</ext-link>. <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1007/s10955-009-9794-1" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1007/s10955-009-9794-1</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta106_ref_011">
<label>[11]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Chakraborty</surname>, <given-names>P.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Meerschaert</surname>, <given-names>M.M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lim</surname>, <given-names>C.Y.</given-names></string-name>: <article-title>Parameter estimation for fractional transport: A particle tracking approach</article-title>. <source>Water Resour. Res.</source> <volume>45</volume>(<issue>10</issue>), <fpage>10415</fpage> (<year>2009</year>)</mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta106_ref_012">
<label>[12]</label><mixed-citation publication-type="book"> <string-name><surname>Chavent</surname>, <given-names>G.</given-names></string-name>: <source>Nonlinear Least Squares for Inverse Problems: Theoretical Foundations and Step-by-Step Guide for Applications</source>. <publisher-name>Springer</publisher-name>, <publisher-loc>Netherlands</publisher-loc> (<year>2009</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=2554448">MR2554448</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta106_ref_013">
<label>[13]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>del-Castillo-Negrete</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Carreras</surname>, <given-names>B.A.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Lynch</surname>, <given-names>V.E.</given-names></string-name>: <article-title>Fractional diffusion in plasma turbulence</article-title>. <source>Phys. Plasmas</source> <volume>11</volume>, <fpage>3854</fpage> (<year>2004</year>)</mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta106_ref_014">
<label>[14]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Ervin</surname>, <given-names>V.J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Roop</surname>, <given-names>J.P.</given-names></string-name>: <article-title>Variational formulation for the stationary fractional advection dispersion equation</article-title>. <source>Numer. Methods Partial Differ. Equ.</source> <volume>22</volume>, <fpage>558</fpage>–<lpage>576</lpage> (<year>2005</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=2212226">MR2212226</ext-link>. <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1002/num.20112" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1002/num.20112</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta106_ref_015">
<label>[15]</label><mixed-citation publication-type="book"> <string-name><surname>Fetter</surname>, <given-names>C.W.</given-names></string-name>: <source>Applied Hydrogeology</source>. <publisher-name>Prentice Hall</publisher-name>, <publisher-loc>New York</publisher-loc> (<year>2001</year>)</mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta106_ref_016">
<label>[16]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Fu</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>Z.</given-names></string-name>: <article-title>POD/DEIM reduced-order modeling of time-fractional partial differential equations with applications in parameter identification</article-title>. <source>J. Sci. Comput.</source> <volume>74</volume>, <fpage>220</fpage>–<lpage>243</lpage> (<year>2018</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=3742877">MR3742877</ext-link>. <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1007/s10915-017-0433-8" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1007/s10915-017-0433-8</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta106_ref_017">
<label>[17]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Jia</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>: <article-title>A preconditioned fast finite volume scheme for a fractional differential equation discretized on a locally refined composite mesh</article-title>. <source>J. Comput. Phys.</source> <volume>299</volume>, <fpage>842</fpage>–<lpage>862</lpage> (<year>2015</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=3384754">MR3384754</ext-link>. <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.jcp.2015.06.028" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1016/j.jcp.2015.06.028</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta106_ref_018">
<label>[18]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Liu</surname>, <given-names>F.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Anh</surname>, <given-names>V.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Turner</surname>, <given-names>I.</given-names></string-name>: <article-title>Numerical solution of the space fractional Fokker-Plank equation</article-title>. <source>J. Comput. Appl. Math.</source> <volume>166</volume>, <fpage>209</fpage>–<lpage>219</lpage> (<year>2004</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=2057973">MR2057973</ext-link>. <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.cam.2003.09.028" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1016/j.cam.2003.09.028</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta106_ref_019">
<label>[19]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Meerschaert</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Tadjeran</surname>, <given-names>C.</given-names></string-name>: <article-title>Finite difference approximations for fractional advection-dispersion flow equations</article-title>. <source>J. Comput. Appl. Math.</source> <volume>172</volume>, <fpage>65</fpage>–<lpage>77</lpage> (<year>2004</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=2091131">MR2091131</ext-link>. <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.cam.2004.01.033" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1016/j.cam.2004.01.033</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta106_ref_020">
<label>[20]</label><mixed-citation publication-type="book"> <string-name><surname>Nocedal</surname>, <given-names>J.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Wright</surname>, <given-names>S.J.</given-names></string-name>: <source>Numerical Optimization</source>. <publisher-name>Springer</publisher-name>, <publisher-loc>New York, USA</publisher-loc> (<year>2006</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=2244940">MR2244940</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta106_ref_021">
<label>[21]</label><mixed-citation publication-type="book"> <string-name><surname>Resnick</surname>, <given-names>S.</given-names></string-name>: <source>A Probability Path</source>. <publisher-name>Birkhäuser</publisher-name>, <publisher-loc>Boston</publisher-loc> (<year>2003</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=1664717">MR1664717</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta106_ref_022">
<label>[22]</label><mixed-citation publication-type="book"> <string-name><surname>Samorodnitsky</surname>, <given-names>G.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Taqqu</surname>, <given-names>M.S.</given-names></string-name>: <source>Stable Non-Gaussian Random Processes, Stochastic Models with Infinite Variance</source>. <publisher-name>Chapman &amp; Hall</publisher-name>, <publisher-loc>New York</publisher-loc> (<year>1994</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=1280932">MR1280932</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta106_ref_023">
<label>[23]</label><mixed-citation publication-type="book"> <string-name><surname>Scarborough</surname>, <given-names>J.B.</given-names></string-name>: <source>Numerical Mathematical Analysis</source>. <publisher-name>Johns Hopkins Press</publisher-name> (<year>1966</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=0198651">MR0198651</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta106_ref_024">
<label>[24]</label><mixed-citation publication-type="book"> <string-name><surname>Sun</surname>, <given-names>W.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Yuan</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>: <source>Optimization Theory and Methods: Nonlinear Programming</source>. <publisher-name>Springer</publisher-name>, <publisher-loc>New York, USA</publisher-loc> (<year>2006</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=2232297">MR2232297</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta106_ref_025">
<label>[25]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Al-Lawatia</surname>, <given-names>M.</given-names></string-name>: <article-title>A locally conservative Eulerian-Lagrangian control-volume method for transient advection-diffusion equations</article-title>. <source>Numer. Methods Partial Differ. Equ.</source> <volume>22</volume>, <fpage>577</fpage>–<lpage>599</lpage> (<year>2006</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=2212227">MR2212227</ext-link>. <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1002/num.20106" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1002/num.20106</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta106_ref_026">
<label>[26]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Wang</surname>, <given-names>H.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Du</surname>, <given-names>N.</given-names></string-name>: <article-title>A superfast-preconditioned iterative method for steady-state space-fractional diffusion equations</article-title>. <source>J. Comput. Phys.</source> <volume>240</volume>, <fpage>49</fpage>–<lpage>57</lpage> (<year>2013</year>). <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=3039244">MR3039244</ext-link>. <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.jcp.2012.07.045" xlink:type="simple">https://doi.org/10.1016/j.jcp.2012.07.045</ext-link></mixed-citation>
</ref>
<ref id="j_vmsta106_ref_027">
<label>[27]</label><mixed-citation publication-type="journal"> <string-name><surname>Zhang</surname>, <given-names>Y.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Benson</surname>, <given-names>D.</given-names></string-name>, <string-name><surname>Meerschaert</surname>, <given-names>M.M.</given-names></string-name>, <string-name><surname>LaBolle</surname>, <given-names>E.</given-names></string-name>: <article-title>Space-fractional advection-dispersion equations with variable parameters: Diverse formulas, numerical solutions, and application to the MADE-site data</article-title>. <source>Water Resour. Res.</source> <volume>43</volume>(<issue>5</issue>), <fpage>05439</fpage> (<year>2007</year>)</mixed-citation>
</ref>
</ref-list>
</back>
</article>