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    eng
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    <journal-title>
     Engineering
    </journal-title>
   </journal-title-group>
   <issn pub-type="epub">
    1947-3931
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   <issn publication-format="print">
    1947-394X
   </issn>
   <publisher>
    <publisher-name>
     Scientific Research Publishing
    </publisher-name>
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    10.4236/eng.2024.1610025
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    eng-136860
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     <subject>
      Articles
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     <subject>
      Engineering
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   <title-group>
    Hermite Finite Element Method for Vibration Problem of Euler-Bernoulli Beam on Viscoelastic Pasternak Foundation
   </title-group>
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       Pengfei
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       Ji
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       Zhe
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       Yin
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     aSchool of Mathematics and Statistics, Shandong Normal University, Jinan, China
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     25
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     10
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     2024
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    16
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      September
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      2024
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    <date date-type="accepted">
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      22,
     </day>
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      October
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      2024
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     © Copyright 2014 by authors and Scientific Research Publishing Inc. 
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     2014
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    <license>
     <license-p>
      This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
     </license-p>
    </license>
   </permissions>
   <abstract>
    Viscoelastic foundation plays a very important role in civil engineering. It can effectively disperse the structural load into the foundation soil and avoid the damage caused by the concentrated load. The model of Euler-Bernoulli beam on viscoelastic Pasternak foundation can be used to analyze the deformation and response of buildings under complex geological conditions. In this paper, we use Hermite finite element method to get the numerical approximation scheme for the vibration equation of viscoelastic Pasternak foundation beam. Convergence and error estimation are rigourously established. We prove that the fully discrete scheme has convergence order 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
       O
      </mi>
      <mrow>
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        (
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          τ
         </mi> 
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          2
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        </msup> 
        <mo>
         +
        </mo>
        <msup> 
         <mi>
          h
         </mi> 
         <mn>
          4
         </mn> 
        </msup> 
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        )
       </mo>
      </mrow>
     </mrow> 
    </math> , where 
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      τ
     </mi> 
    </math> is time step size and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
      h
     </mi> 
    </math> is space step size. Finally, we give four numerical examples to verify the validity of theoretical analysis.
   </abstract>
   <kwd-group> 
    <kwd>
     Viscoelastic Pasternak Foundation
    </kwd> 
    <kwd>
      Beam Vibration Equation
    </kwd> 
    <kwd>
      Hermite Finite Element Method
    </kwd> 
    <kwd>
      Error Estimation
    </kwd> 
    <kwd>
      Numerical Simulation
    </kwd>
   </kwd-group>
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  <sec id="s1">
   <title>1. Introduction</title>
   <p>Beams are one of the most common components in mechanical equipment and construction. With the rapid development of science and technology, a variety of large bridges have come out one after another. Bridges will produce bending deformation and violent vibration under various types of loads, hiding huge safety risks. Therefore, the damping problem must be considered in the design and construction of bridges. The viscoelastic foundation can effectively disperse the structural load to the foundation soil and reduce the deformation, which ensures the stability and safety of the whole structure. Studying the characteristics of viscoelastic foundation beams can adapt to the specific geological conditions and make the foundation design more accurate and reasonable.</p>
   <p>The beam vibration model on viscoelastic foundation is widely used in engineering practice. For example, in the field of aerospace and automotive manufacturing, viscoelastic beam structures can both store and dissipate energy, which is of great significance for noise and vibration control. In fact, many common structures in civil engineering, such as long bridges, tall buildings, tunnels and tracks, can be regarded as the viscoelastic foundation beam model. In order to study the static deflection and dynamic response of beams on different viscoelastic foundations, many researchers have used various models to do a lot of research. Senalp et al. <xref ref-type="bibr" rid="scirp.136860-1">
     [1]
    </xref> investigated the dynamic response of a finite-length Euler-Bernoulli beam on linear and nonlinear viscoelastic foundation which is subjected to the moving concentrated force. Babilio <xref ref-type="bibr" rid="scirp.136860-2">
     [2]
    </xref> studied the nonlinear dynamics of beams which rest on a linear viscoelastic foundation. Hörmann et al. <xref ref-type="bibr" rid="scirp.136860-3">
     [3]
    </xref> focused on investigating the initial-boundary value problem for an Euler-Bernoulli beam model characterized by a discontinuous bending stiffness, which is positioned on a viscoelastic foundation. Beskou and Muho <xref ref-type="bibr" rid="scirp.136860-4">
     [4]
    </xref> investigated the dynamic response of a simply supported elastic beam on viscoelastic Winkler foundation under a point load with variable speed. Elhuni and Basu <xref ref-type="bibr" rid="scirp.136860-5">
     [5]
    </xref> present a new method for dynamic analysis of Euler-Bernoulli beams resting on multi-layered viscoelastic foundation. Lu et al. <xref ref-type="bibr" rid="scirp.136860-6">
     [6]
    </xref> obtained the differential equation of the system for lateral vibration of a viscoelastic rotating beam with fractional derivative by using Hamilton principle. Snehasagar et al. <xref ref-type="bibr" rid="scirp.136860-7">
     [7]
    </xref> studied the effects produced by the viscoelastic modelling of pavement on the dynamics of vehicle-pavement coupled system. Praharaj and Datta <xref ref-type="bibr" rid="scirp.136860-8">
     [8]
    </xref> studied the transient response of plates on fractionally damped Kelvin-Voigt viscoelastic foundation model.</p>
   <p>However, the equation which can describe the beam vibration problem is a fourth-order partial differential equation. It is difficult to obtain the analytical solution of this kind of equation. In view of the important application value of beam vibration model, it also attracts many researchers to study its numerical method. Frýba et al. <xref ref-type="bibr" rid="scirp.136860-9">
     [9]
    </xref> made stochastic finite-element analysis for the beam on a random foundation with uncertain damping under moving force. Lou <xref ref-type="bibr" rid="scirp.136860-10">
     [10]
    </xref> proposed several new finite element methods to calculate the section force of Euler-Bernoulli beam on continuous viscoelastic foundation under concentrated moving load. Taeprasartsit <xref ref-type="bibr" rid="scirp.136860-11">
     [11]
    </xref> developed a finite element model of large amplitude free vibrations of thin functionally graded beams with immovably supported ends. Sánchez et al. <xref ref-type="bibr" rid="scirp.136860-12">
     [12]
    </xref> demonstrated the numerical simulation of non-symmetric laminated beams using the three-dimensional finite element program. Wang et al. <xref ref-type="bibr" rid="scirp.136860-13">
     [13]
    </xref> used mixed finite volume element method to solve the time-fractional damping beam vibration problem. Sun et al. <xref ref-type="bibr" rid="scirp.136860-14">
     [14]
    </xref> used the Hermite finite element method to solve the vibration problem of a beam with time fractional damping term.</p>
   <p>Euler-Bernoulli beams are widely used in construction and engineering because of their simple and refined theoretical expressions. In the following, we take a typical Euler-Bernoulli beam as an example to briefly introduce the derivation of the vibration equation of viscoelastic Pasternak foundation beam.</p>
   <p>First of all, the axis of the beam without deformation is taken as the x-axis on the premise of ignoring shear deformation and rotation of the section around the neutral axis. Assuming that the beam has a symmetric plane, the direction perpendicular to the x-axis in the symmetric plane is taken as the y-axis. Considering the force on the element with thickness 
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        d 
      </mtext> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>, we can obtain the dynamic equation of the element along the y direction</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ρ 
      </mi> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
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        x 
      </mi> 
      <mfrac> 
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           ∂ 
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           2 
         </mn> 
        </msup> 
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          u 
        </mi> 
       </mrow> 
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        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
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       <mi>
         F 
       </mi> 
       <mi>
         s 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           F 
         </mi> 
         <mi>
           s 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             F 
           </mi> 
           <mi>
             s 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        f 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math> (1)</p>
   <p>where 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ρ 
      </mi> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is the mass per unit length, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         F 
       </mi> 
       <mi>
         s 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> is the shear force, and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        f 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is the load on the beam. When the influence of shear deformation and section rotation is not considered, the micro-element body meets the condition of moment balance. Taking any point on the section as the center of moment, we get</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          M 
        </mi> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            M 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        M 
      </mi> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         F 
       </mi> 
       <mi>
         s 
       </mi> 
      </msub> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        f 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math> (2)</p>
   <p>where 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       M 
     </mi> 
    </math> is the bending moment. Ignoring high order small quantities, we can derive</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         F 
       </mi> 
       <mi>
         s 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          M 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math> (3)</p>
   <p>According to the analysis of material mechanics and the relationship between bending moment and deflection, we have</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        M 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mi>
        I 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math> (4)</p>
   <p>where 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       E 
     </mi> 
    </math> is the Young’s modulus, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       I 
     </mi> 
    </math> is the area moment of the beam with respect to the neutral axis. Substituting formula (3) and (4) into formula (1), we can obtain the bending vibration equation of the beam.</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mo>
             ∂ 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        ρ 
      </mi> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        f 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math> (5)</p>
   <p>If the beam is of equal section, it becomes</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mi>
        I 
      </mi> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
        </msup> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        ρ 
      </mi> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        f 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math> (6)</p>
   <p>Since Winkler first studied the characteristics of foundations, viscoelastic foundation beams have been widely concerned in science and engineering. He built a model of the foundation, which simulates the elastic factor by assuming infinitely close continuous linear springs. The image of Winkler model is shown in <xref ref-type="fig" rid="fig1">
     Figure 1
    </xref>.</p>
   <p>The vibration equation of the viscoelastic Winkler foundation beam can be obtained as follows:</p>
   <fig id="fig1" position="float">
    <label>Figure 1</label>
    <caption>
     <title>Figure 1. The model of viscoelastic Winkler foundation.</title>
    </caption>
    <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/8104613-rId48.jpeg?20241025044820" />
   </fig>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mi>
        I 
      </mi> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
        </msup> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        ρ 
      </mi> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        μ 
      </mi> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        k 
      </mi> 
      <mi>
        u 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        f 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          L 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          T 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math> (7)</p>
   <p>where 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ρ 
     </mi> 
    </math> is the density of beam material, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       A 
     </mi> 
    </math> is the cross sectional area, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       μ 
     </mi> 
    </math> is the viscosity coefficient, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       k 
     </mi> 
    </math> is the elastic coefficient, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       L 
     </mi> 
    </math> is the length of the beam, and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       T 
     </mi> 
    </math> is the length of the time interval.</p>
   <p>However, the Winkler model doesn’t do well in approximating the mechanical behavior of real foundation, which mainly fails to take into account the continuity or cohesion of the foundation. And it ignores the influence of foundation acting on the side of the beam. Pasternak proposed a new model that reconsiders the shear effect on the basis of Winkler model. Wang and Stephens <xref ref-type="bibr" rid="scirp.136860-15">
     [15]
    </xref> studied the natural frequencies of transverse vibration under a variety of classical boundary conditions by means of variable separation method, which concluded that the frequency of Pasternak-type foundation beams affected by shear is greater than that of Winkler-type foundation beams. Yu et al. <xref ref-type="bibr" rid="scirp.136860-16">
     [16]
    </xref> gave the dynamic response of an infinite beam on Pasternak foundation under arbitrary dynamic load in the form of an analytical solution. Cai et al. <xref ref-type="bibr" rid="scirp.136860-17">
     [17]
    </xref> proposed a fractional Pasternak-type foundation model to characterize the time-dependent properties. Miao et al. <xref ref-type="bibr" rid="scirp.136860-18">
     [18]
    </xref> obtained the analytical solution for the dynamic response of an infinite beam supported on Pasternak foundation under inclined travelling loads. All these results show that damping factors and shear factors have obvious effects on the transverse response of beams. Therefore, we introduced the Pasternak foundation model which is based on the comprehensive consideration of elasticity, damping and shear. The image of Pasternak model is shown in <xref ref-type="fig" rid="fig2">
     Figure 2
    </xref>.</p>
   <fig id="fig2" position="float">
    <label>Figure 2</label>
    <caption>
     <title>Figure 2. The model of viscoelastic Pasternak foundation.</title>
    </caption>
    <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/8104613-rId63.jpeg?20241025044820" />
   </fig>
   <p>The vibration equation of the viscoelastic Pasternak foundation beam can be obtained as follows:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mi>
        I 
      </mi> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
        </msup> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        ρ 
      </mi> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        μ 
      </mi> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        k 
      </mi> 
      <mi>
        u 
      </mi> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         G 
       </mi> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
      </msub> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        f 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          L 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          T 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math> (8)</p>
   <p>where 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         G 
       </mi> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> is the shear coefficient.</p>
   <p>In this paper, the numerical method of equation (8) is discussed. And it is organized as follows: In section 2, we use Hermite finite element method to deal with the vibration equation of viscoelastic Pasternak foundation beam. Semi-discrete scheme and fully discrete scheme are proposed, and the convergence order is proved respectively. In section 3, we present four numerical examples to verify the conclusions of the previous theoretical analysis. In section 4, the main conclusions of this paper are summarized.</p>
  </sec><sec id="s2">
   <title>2. Hermite Finite Element Scheme</title>
   <p>Consider the following vibration equation of viscoelastic Pasternak foundation beam</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        E 
      </mi> 
      <mi>
        I 
      </mi> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
        </msup> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        ρ 
      </mi> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        μ 
      </mi> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        k 
      </mi> 
      <mi>
        u 
      </mi> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         G 
       </mi> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
      </msub> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        f 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          L 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          T 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math> (9)</p>
   <p>Initial value conditions are given:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        u 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        φ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        ψ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          L 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math> (10)</p>
   <p>The boundary value conditions about beam structure with fixed supports at both ends can be written as</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        u 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        u 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          L 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          L 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mi>
        t 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          T 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math> (11)</p>
   <p>where 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        u 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is the deflection, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        φ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ψ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        f 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> are known smooth functions. The physical meanings of the remaining parameters are given in Section 1.</p>
   <p>When the finite element method is used to solve these equations, the time variable is usually taken as the parameter. We let 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        I 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          L 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> and introduce the Sobolev space 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         H 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msubsup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         I 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         { 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           H 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mrow> 
       <mo>
         } 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. Multiplying both sides of Equation (9) by 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         H 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msubsup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         I 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> and integrating, we have</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mo>
             ∂ 
           </mo> 
           <mn>
             4 
           </mn> 
          </msup> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mn>
             4 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          ρ 
        </mi> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mo>
             ∂ 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          μ 
        </mi> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           G 
         </mi> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
        </msub> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mo>
             ∂ 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math> (12)</p>
   <p>where 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ⋅ 
        </mo> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mo>
          ⋅ 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is the 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mtext>
         Ω 
       </mtext> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> inner product. Using Green’s formula and the initial-boundary value conditions, we can obtain the variational form: 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mo>
        ∀ 
      </mo> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         H 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msubsup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         I 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, find 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        u 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         H 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msubsup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         I 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> to satisfy</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         { 
       </mo> 
       <mtable columnalign="left"> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              E 
            </mi> 
            <mi>
              I 
            </mi> 
            <msub> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
             </mrow> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              ρ 
            </mi> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
            <msub> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              μ 
            </mi> 
            <msub> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mi>
               t 
             </mi> 
            </msub> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               G 
             </mi> 
             <mi>
               p 
             </mi> 
            </msub> 
            <msub> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </msub> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            . 
          </mo> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mi>
            φ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <msub> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mi>
            ψ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            . 
          </mo> 
         </mtd> 
        </mtr> 
       </mtable> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> (13)</p>
   <sec id="s2_1">
    <title>2.1. Semi-Discrete Scheme and Error Analysis</title>
    <p>The finite element semi-discrete scheme is derived below. Let 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         : 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <mo>
         ⋯ 
       </mo> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          M 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> be a uniform subdivision of interval 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          [ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ] 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         h 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mi>
          L 
        </mi> 
        <mi>
          M 
        </mi> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          j 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         j 
       </mi> 
       <mi>
         h 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         j 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mo>
         ⋯ 
       </mo> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>. The finite element space is</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          { 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mo>
           ∈ 
         </mo> 
         <msubsup> 
          <mi>
            H 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msubsup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            I 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           : 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mi>
            h 
          </mi> 
         </msub> 
         <mo>
           ∈ 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
          <mn>
            3 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          } 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (14)</p>
    <p>where 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mn>
          3 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> is the piecewise cubic Hermite polynomial on 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>. The Hermite interpolation method can satisfy the global continuity of the first derivative of u, which corresponds to two basis functions at each node. One is</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mi>
          φ 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                h 
              </mi> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              h 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
         if 
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <msub> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mi>
          φ 
        </mi> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mn>
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          </mo> 
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        </mrow> 
       </msubsup> 
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          ( 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          { 
        </mo> 
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                </mo> 
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                      x 
                    </mi> 
                    <mi>
                      i 
                    </mi> 
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                   <mo>
                     − 
                   </mo> 
                   <mi>
                     x 
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                      h 
                    </mi> 
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                      i 
                    </mi> 
                   </msub> 
                  </mrow> 
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                    x 
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                    i 
                  </mi> 
                 </msub> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
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                    i 
                  </mi> 
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               </mfrac> 
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                 + 
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                 1 
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                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
            </mrow> 
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              </mi> 
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                 i 
               </mi> 
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                 − 
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             </mi> 
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               &lt; 
             </mo> 
             <msub> 
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                x 
              </mi> 
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                i 
              </mi> 
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                   − 
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                     x 
                   </mi> 
                   <mo>
                     − 
                   </mo> 
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                    <mi>
                      x 
                    </mi> 
                    <mi>
                      i 
                    </mi> 
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                  </mrow> 
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                       i 
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                       + 
                     </mo> 
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                       1 
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                  ) 
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                   − 
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                    x 
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                   </mi> 
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                     + 
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                 + 
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               , 
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               if 
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             </mtext> 
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                x 
              </mi> 
              <mi>
                i 
              </mi> 
             </msub> 
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               ≤ 
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               x 
             </mi> 
             <mo>
               &lt; 
             </mo> 
             <msub> 
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                x 
              </mi> 
              <mrow> 
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                 i 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
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               <mn>
                 1 
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               , 
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            </mrow> 
           </mtd> 
          </mtr> 
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               , 
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            </mrow> 
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               , 
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          x 
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             − 
           </mo> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msub> 
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                x 
              </mi> 
              <mi>
                M 
              </mi> 
             </msub> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                h 
              </mi> 
              <mi>
                M 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
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        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mi>
              M 
            </mi> 
           </msub> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              h 
            </mi> 
            <mi>
              M 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
         if 
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <msub> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           M 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          M 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>The other is</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
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            ( 
          </mo> 
          <mn>
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            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
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          ( 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            x 
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        </mo> 
       </mrow> 
       <msup> 
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         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
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             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                x 
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           </mfrac> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
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           </mn> 
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          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
         if 
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <msub> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          0 
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       </msub> 
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         ≤ 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
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          φ 
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          i 
        </mi> 
        <mrow> 
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          <mo>
            ( 
          </mo> 
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         </mrow> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
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          ( 
        </mo> 
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          x 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
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         = 
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          { 
        </mo> 
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           <mtd columnalign="left"> 
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                 x 
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                 − 
               </mo> 
               <msub> 
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                  x 
                </mi> 
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                  i 
                </mi> 
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                  ( 
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                      x 
                    </mi> 
                    <mi>
                      i 
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                   <mo>
                     − 
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                   <mi>
                     x 
                   </mi> 
                  </mrow> 
                  <mrow> 
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                      h 
                    </mi> 
                    <mi>
                      i 
                    </mi> 
                   </msub> 
                  </mrow> 
                 </mfrac> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
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                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
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               , 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mtd> 
           <mtd columnalign="left"> 
            <mrow> 
             <mtext>
               if 
             </mtext> 
             <mtext>
                 
             </mtext> 
             <msub> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 i 
               </mi> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
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               ≤ 
             </mo> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mo>
               &lt; 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mi>
                i 
              </mi> 
             </msub> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
            </mrow> 
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          </mtr> 
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           <mtd columnalign="left"> 
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                ( 
              </mo> 
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                 x 
               </mi> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <msub> 
                <mi>
                  x 
                </mi> 
                <mi>
                  i 
                </mi> 
               </msub> 
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                ) 
              </mo> 
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                  ( 
                </mo> 
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                  <mrow> 
                   <mi>
                     x 
                   </mi> 
                   <mo>
                     − 
                   </mo> 
                   <msub> 
                    <mi>
                      x 
                    </mi> 
                    <mi>
                      i 
                    </mi> 
                   </msub> 
                  </mrow> 
                  <mrow> 
                   <msub> 
                    <mi>
                      h 
                    </mi> 
                    <mrow> 
                     <mi>
                       i 
                     </mi> 
                     <mo>
                       + 
                     </mo> 
                     <mn>
                       1 
                     </mn> 
                    </mrow> 
                   </msub> 
                  </mrow> 
                 </mfrac> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
                 <mn>
                   1 
                 </mn> 
                </mrow> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
              </mrow> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msup> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mtd> 
           <mtd columnalign="left"> 
            <mrow> 
             <mtext>
               if 
             </mtext> 
             <mtext>
                 
             </mtext> 
             <msub> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mi>
                i 
              </mi> 
             </msub> 
             <mo>
               ≤ 
             </mo> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mo>
               &lt; 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 i 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
             </msub> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mtd> 
          </mtr> 
          <mtr columnalign="left"> 
           <mtd columnalign="left"> 
            <mrow> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mtd> 
           <mtd columnalign="left"> 
            <mrow> 
             <mtext>
               otherwise 
             </mtext> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mtd> 
          </mtr> 
         </mtable> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mi>
          φ 
        </mi> 
        <mi>
          M 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            M 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <msup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mi>
                M 
              </mi> 
             </msub> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                h 
              </mi> 
              <mi>
                M 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </mfrac> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
         if 
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <msub> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           M 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          M 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>where 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         i 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mo>
         ⋯ 
       </mo> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mi>
         M 
       </mi> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>. The finite element space 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> is constructed on the basis functions of all 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          φ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          φ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
    <p>We propose a finite element semi-discrete scheme: 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mo>
         ∀ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>, find 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> to satisfy</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             h 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             h 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ρ 
         </mi> 
         <mi>
           A 
         </mi> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             h 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mi>
            h 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           μ 
         </mi> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             h 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mi>
            h 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mi>
            h 
          </mi> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mi>
            h 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            G 
          </mi> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
         </msub> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             h 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             h 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           f 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mi>
            h 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (15)</p>
    <p>We define bilinear form as follows:</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
         </msubsup> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              E 
            </mi> 
            <mi>
              I 
            </mi> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <msup> 
               <mo>
                 ∂ 
               </mo> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <msup> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msup> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <msup> 
               <mo>
                 ∂ 
               </mo> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msup> 
              <mi>
                v 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <msup> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msup> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               G 
             </mi> 
             <mi>
               p 
             </mi> 
            </msub> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <mi>
                v 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (16)</p>
    <p>We let 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <msup> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mo>
           ′ 
         </mo> 
        </msup> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mi>
            h 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mi>
              i 
            </mi> 
           </msub> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math>, and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> can be expressed as:</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <munderover> 
        <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
         <mo>
           ∑ 
         </mo> 
        </mstyle> 
        <mrow> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </mrow> 
        <mi>
          M 
        </mi> 
       </munderover> 
       <mrow> 
        <mo>
          [ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
         </msub> 
         <msubsup> 
          <mi>
            φ 
          </mi> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </msubsup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msub> 
          <msup> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
           <mo>
             ′ 
           </mo> 
          </msup> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
         </msub> 
         <msubsup> 
          <mi>
            φ 
          </mi> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </msubsup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          ] 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (17)</p>
    <p>Substituting it into the finite element semi-discrete scheme (15) and letting 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msubsup> 
        <mi>
          φ 
        </mi> 
        <mi>
          j 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            l 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           l 
         </mi> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>, we have</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <munderover> 
          <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
           <mo>
             ∑ 
           </mo> 
          </mstyle> 
          <mrow> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mo>
             = 
           </mo> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mi>
            M 
          </mi> 
         </munderover> 
         <mrow> 
          <mo>
            { 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mi>
              i 
            </mi> 
           </msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msubsup> 
              <mi>
                φ 
              </mi> 
              <mi>
                i 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
              </mrow> 
             </msubsup> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                φ 
              </mi> 
              <mi>
                j 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mi>
                  l 
                </mi> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
              </mrow> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <msub> 
            <msup> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mo>
               ′ 
             </mo> 
            </msup> 
            <mi>
              i 
            </mi> 
           </msub> 
           <mi>
             a 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msubsup> 
              <mi>
                φ 
              </mi> 
              <mi>
                i 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mn>
                  1 
                </mn> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
              </mrow> 
             </msubsup> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                φ 
              </mi> 
              <mi>
                j 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mi>
                  l 
                </mi> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
              </mrow> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msup> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msup> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                i 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∂ 
             </mo> 
             <msup> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msup> 
            </mrow> 
           </mfrac> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               ρ 
             </mi> 
             <mi>
               A 
             </mi> 
             <msubsup> 
              <mi>
                φ 
              </mi> 
              <mi>
                i 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
              </mrow> 
             </msubsup> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                φ 
              </mi> 
              <mi>
                j 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mi>
                  l 
                </mi> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
              </mrow> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msup> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msup> 
             <msub> 
              <msup> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mo>
                 ′ 
               </mo> 
              </msup> 
              <mi>
                i 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∂ 
             </mo> 
             <msup> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msup> 
            </mrow> 
           </mfrac> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               ρ 
             </mi> 
             <mi>
               A 
             </mi> 
             <msubsup> 
              <mi>
                φ 
              </mi> 
              <mi>
                i 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mn>
                  1 
                </mn> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
              </mrow> 
             </msubsup> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                φ 
              </mi> 
              <mi>
                j 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mi>
                  l 
                </mi> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
              </mrow> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∂ 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                i 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∂ 
             </mo> 
             <mi>
               t 
             </mi> 
            </mrow> 
           </mfrac> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               μ 
             </mi> 
             <msubsup> 
              <mi>
                φ 
              </mi> 
              <mi>
                i 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
              </mrow> 
             </msubsup> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                φ 
              </mi> 
              <mi>
                j 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mi>
                  l 
                </mi> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
              </mrow> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∂ 
             </mo> 
             <msub> 
              <msup> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mo>
                 ′ 
               </mo> 
              </msup> 
              <mi>
                i 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∂ 
             </mo> 
             <mi>
               t 
             </mi> 
            </mrow> 
           </mfrac> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               μ 
             </mi> 
             <msubsup> 
              <mi>
                φ 
              </mi> 
              <mi>
                i 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mn>
                  1 
                </mn> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
              </mrow> 
             </msubsup> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                φ 
              </mi> 
              <mi>
                j 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mi>
                  l 
                </mi> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
              </mrow> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            } 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             f 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msubsup> 
            <mi>
              φ 
            </mi> 
            <mi>
              j 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mi>
                l 
              </mi> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mo>
           ⋯ 
         </mo> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           M 
         </mi> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math> (18)</p>
    <p>According to the boundary conditions that 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          M 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, we can define</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         U 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <msup> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mo>
               ′ 
             </mo> 
            </msup> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <msup> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mo>
               ′ 
             </mo> 
            </msup> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <msup> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mo>
               ′ 
             </mo> 
            </msup> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mo>
             ⋯ 
           </mo> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               M 
             </mi> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <msup> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mo>
               ′ 
             </mo> 
            </msup> 
            <mrow> 
             <mi>
               M 
             </mi> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <msup> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mo>
               ′ 
             </mo> 
            </msup> 
            <mi>
              M 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mtext>
          T 
        </mtext> 
       </msup> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (19)</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         F 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            [ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               f 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                φ 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
              <mrow> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mn>
                  1 
                </mn> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
              </mrow> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               f 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                φ 
              </mi> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
              <mrow> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
              </mrow> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               f 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                φ 
              </mi> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
              <mrow> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mn>
                  1 
                </mn> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
              </mrow> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mo>
             ⋯ 
           </mo> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               f 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                φ 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 M 
               </mi> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
              </mrow> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               f 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                φ 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 M 
               </mi> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mn>
                  1 
                </mn> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
              </mrow> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               f 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                φ 
              </mi> 
              <mi>
                M 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mn>
                  1 
                </mn> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
              </mrow> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            ] 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mtext>
          T 
        </mtext> 
       </msup> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (20)</p>
    <p>Then Equation (18) can be rewritten in the following form</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <mi>
           U 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           U 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         C 
       </mi> 
       <mi>
         U 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         F 
       </mi> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (21)</p>
    <p>where 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mi>
         C 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> are all seven diagonal matrices. Then we can use numerical methods to solve the linear equations and get numerical solutions.</p>
    <p>To estimate the error, we define 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math> and introduce the biharmonic projection 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         : 
       </mo> 
       <msubsup> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msubsup> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         → 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> which satisfies</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         E 
       </mi> 
       <mi>
         I 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            D 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              R 
            </mi> 
            <mi>
              h 
            </mi> 
           </msub> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            D 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <msub> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mi>
            h 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              R 
            </mi> 
            <mi>
              h 
            </mi> 
           </msub> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mi>
            h 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          G 
        </mi> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           D 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              R 
            </mi> 
            <mi>
              h 
            </mi> 
           </msub> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           D 
         </mi> 
         <msub> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mi>
            h 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0. 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> (22)</p>
    <p>The projection has the following estimation <xref ref-type="bibr" rid="scirp.136860-19">
      [19]
     </xref>.</p>
    <p>Lemma 2.1 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        k 
      </mi> 
     </math> ( 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>) is the degree of piecewise polynomial, and for any 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <msubsup> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msubsup> 
       <mo>
         ∩ 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math>, we have the following conclusion:</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ‖ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            R 
          </mi> 
          <mi>
            h 
          </mi> 
         </msub> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ‖ 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         h 
       </mi> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              R 
            </mi> 
            <mi>
              h 
            </mi> 
           </msub> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              R 
            </mi> 
            <mi>
              h 
            </mi> 
           </msub> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <mi>
         C 
       </mi> 
       <msup> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (23)</p>
    <p>Here, we use the standard notation 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          W 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           m 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           q 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mtext>
          Ω 
        </mtext> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> for Sobolev space on 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtext>
        Ω 
      </mtext> 
     </math> with norm 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mo>
             ⋅ 
           </mo> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
          </mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           m 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           q 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>. When 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         q 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, we denote 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
        <mi>
          m 
        </mi> 
       </msup> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mtext>
          Ω 
        </mtext> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          W 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           m 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mtext>
          Ω 
        </mtext> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>, and in the format of norm it is 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mo>
             ⋅ 
           </mo> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
          </mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mi>
          m 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mo>
             ⋅ 
           </mo> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
          </mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           m 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>. For 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         m 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, we denote 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mo>
             ⋅ 
           </mo> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
          </mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ‖ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           ⋅ 
         </mo> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
        </mrow> 
        <mo>
          ‖ 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>. 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        C 
      </mi> 
     </math> is a general constant. We are now ready to prove the error estimation.</p>
    <p>Theorem 2.1 Assuming that 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        u 
      </mi> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> are solutions to equation (13) and (15) respectively, <img width="93.70932754880694" src="https://html.scirp.org/file/8104613-rId204.svg?20241025044820">, we have </img></p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ‖ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mi>
            h 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ‖ 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <mi>
         C 
       </mi> 
       <msup> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
        <mn>
          4 
        </mn> 
       </msup> 
       <mrow> 
        <mo>
          [ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ‖ 
            </mo> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mo>
              ‖ 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mn>
            4 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mstyle displaystyle="true"> 
              <mrow> 
               <msubsup> 
                <mo>
                  ∫ 
                </mo> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
                <mi>
                  t 
                </mi> 
               </msubsup> 
               <mrow> 
                <mrow> 
                 <mo>
                   ( 
                 </mo> 
                 <mrow> 
                  <msubsup> 
                   <mrow> 
                    <mrow> 
                     <mo>
                       ‖ 
                     </mo> 
                     <mrow> 
                      <msub> 
                       <mi>
                         u 
                       </mi> 
                       <mrow> 
                        <mi>
                          t 
                        </mi> 
                        <mi>
                          t 
                        </mi> 
                       </mrow> 
                      </msub> 
                     </mrow> 
                     <mo>
                       ‖ 
                     </mo> 
                    </mrow> 
                   </mrow> 
                   <mn>
                     4 
                   </mn> 
                   <mn>
                     2 
                   </mn> 
                  </msubsup> 
                  <mo>
                    + 
                  </mo> 
                  <msubsup> 
                   <mrow> 
                    <mrow> 
                     <mo>
                       ‖ 
                     </mo> 
                     <mrow> 
                      <msub> 
                       <mi>
                         u 
                       </mi> 
                       <mi>
                         t 
                       </mi> 
                      </msub> 
                     </mrow> 
                     <mo>
                       ‖ 
                     </mo> 
                    </mrow> 
                   </mrow> 
                   <mn>
                     4 
                   </mn> 
                   <mn>
                     2 
                   </mn> 
                  </msubsup> 
                 </mrow> 
                 <mo>
                   ) 
                 </mo> 
                </mrow> 
                <mtext>
                  d 
                </mtext> 
                <mi>
                  s 
                </mi> 
               </mrow> 
              </mrow> 
             </mstyle> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ] 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (24)</p>
    <p>where 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        C 
      </mi> 
     </math> is a constant, independent of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        h 
      </mi> 
     </math>.</p>
    <p>Proof. From Lemma 2.1, we can get</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ‖ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            R 
          </mi> 
          <mi>
            h 
          </mi> 
         </msub> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ‖ 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <mi>
         C 
       </mi> 
       <msup> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
        <mn>
          4 
        </mn> 
       </msup> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mn>
          4 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (25)</p>
    <p>Letting 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> in the variational form (13) and subtracting (15) from (13), we have</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mi>
             I 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
              </mrow> 
             </msub> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 h 
               </mi> 
               <mo>
                 , 
               </mo> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
              </mrow> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             ρ 
           </mi> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 t 
               </mi> 
               <mi>
                 t 
               </mi> 
              </mrow> 
             </msub> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 h 
               </mi> 
               <mo>
                 , 
               </mo> 
               <mi>
                 t 
               </mi> 
               <mi>
                 t 
               </mi> 
              </mrow> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mi>
              h 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             μ 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </msub> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 h 
               </mi> 
               <mo>
                 , 
               </mo> 
               <mi>
                 t 
               </mi> 
              </mrow> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mi>
              h 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                h 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mi>
              h 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              G 
            </mi> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
             </msub> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 h 
               </mi> 
               <mo>
                 , 
               </mo> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
              </mrow> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mn>
           0. 
         </mn> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math> (26)</p>
    <p>We introduce the following notation</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            R 
          </mi> 
          <mi>
            h 
          </mi> 
         </msub> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            R 
          </mi> 
          <mi>
            h 
          </mi> 
         </msub> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mi>
            h 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         η 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         θ 
       </mi> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (27)</p>
    <p>Using the projection 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> in (22), we can rewrite (26) as</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mi>
             I 
           </mi> 
           <msub> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             ρ 
           </mi> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
           <msub> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               t 
             </mi> 
             <mi>
               t 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mi>
              h 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             μ 
           </mi> 
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            <mi>
              θ 
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              t 
            </mi> 
           </msub> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
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              h 
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           </msub> 
          </mrow> 
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            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
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             θ 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
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              v 
            </mi> 
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              h 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              G 
            </mi> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </msub> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             ρ 
           </mi> 
           <mi>
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           <msub> 
            <mi>
              η 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               t 
             </mi> 
             <mi>
               t 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mi>
              h 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             μ 
           </mi> 
           <msub> 
            <mi>
              η 
            </mi> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </msub> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mi>
              h 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           . 
         </mo> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math> (28)</p>
    <p>Letting 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          θ 
        </mi> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>, we get</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mi>
             I 
           </mi> 
           <msub> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               t 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             ρ 
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           <mi>
             A 
           </mi> 
           <msub> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               t 
             </mi> 
             <mi>
               t 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             μ 
           </mi> 
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              θ 
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              t 
            </mi> 
           </msub> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mi>
             θ 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              G 
            </mi> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </msub> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               t 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             ρ 
           </mi> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
           <msub> 
            <mi>
              η 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               t 
             </mi> 
             <mi>
               t 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             μ 
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            <mi>
              η 
            </mi> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </msub> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           . 
         </mo> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math> (29)</p>
    <p>Using Cauchy-Schwarz inequality and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        ε 
      </mi> 
     </math>-inequality, we obtain</p>
    <p><img width="454.8611111111111" src="https://html.scirp.org/file/8104613-rId230.svg?20241025044820"> (30)</img></p>
    <p>According to the finite element method and the theory of biharmonic projection, we can suppose that 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msubsup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
       </msub> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>. Integrating the above formula from 0 to 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        t 
      </mi> 
     </math> with respect to time, we get</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         E 
       </mi> 
       <mi>
         I 
       </mi> 
       <msup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         ρ 
       </mi> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <msup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <msup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mi>
            θ 
          </mi> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          G 
        </mi> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
       </msub> 
       <msup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </msubsup> 
         <mrow> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mi>
               ρ 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
            <msup> 
             <mi>
               A 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mi>
             μ 
           </mi> 
          </mfrac> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ‖ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 η 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mi>
                  t 
                </mi> 
                <mi>
                  t 
                </mi> 
               </mrow> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mo>
               ‖ 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            s 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </msubsup> 
         <mrow> 
          <mi>
            μ 
          </mi> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ‖ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 η 
               </mi> 
               <mi>
                 t 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mo>
               ‖ 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            s 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (31)</p>
    <p>According to Lemma 2.1, the following estimates can be obtained</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ‖ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            η 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ‖ 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ‖ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            R 
          </mi> 
          <mi>
            h 
          </mi> 
         </msub> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ‖ 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <mi>
         C 
       </mi> 
       <msup> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
        <mn>
          4 
        </mn> 
       </msup> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               t 
             </mi> 
             <mi>
               t 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mn>
          4 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (32)</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ‖ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            η 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ‖ 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ‖ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </msub> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            R 
          </mi> 
          <mi>
            h 
          </mi> 
         </msub> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ‖ 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <mi>
         C 
       </mi> 
       <msup> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
        <mn>
          4 
        </mn> 
       </msup> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mn>
          4 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (33)</p>
    <p>Substituting them into (31) and after simplification, we have</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ‖ 
        </mo> 
        <mi>
          θ 
        </mi> 
        <mo>
          ‖ 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <mi>
         C 
       </mi> 
       <msup> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
        <mn>
          4 
        </mn> 
       </msup> 
       <msup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mstyle displaystyle="true"> 
            <mrow> 
             <msubsup> 
              <mo>
                ∫ 
              </mo> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </msubsup> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mrow> 
                <msubsup> 
                 <mrow> 
                  <mrow> 
                   <mo>
                     ‖ 
                   </mo> 
                   <mrow> 
                    <msub> 
                     <mi>
                       u 
                     </mi> 
                     <mrow> 
                      <mi>
                        t 
                      </mi> 
                      <mi>
                        t 
                      </mi> 
                     </mrow> 
                    </msub> 
                   </mrow> 
                   <mo>
                     ‖ 
                   </mo> 
                  </mrow> 
                 </mrow> 
                 <mn>
                   4 
                 </mn> 
                 <mn>
                   2 
                 </mn> 
                </msubsup> 
                <mo>
                  + 
                </mo> 
                <msubsup> 
                 <mrow> 
                  <mrow> 
                   <mo>
                     ‖ 
                   </mo> 
                   <mrow> 
                    <msub> 
                     <mi>
                       u 
                     </mi> 
                     <mi>
                       t 
                     </mi> 
                    </msub> 
                   </mrow> 
                   <mo>
                     ‖ 
                   </mo> 
                  </mrow> 
                 </mrow> 
                 <mn>
                   4 
                 </mn> 
                 <mn>
                   2 
                 </mn> 
                </msubsup> 
               </mrow> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
              <mtext>
                d 
              </mtext> 
              <mi>
                s 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mrow> 
           </mstyle> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mfrac> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mfrac> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (34)</p>
    <p>Using triangle inequality, we can get</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ‖ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mi>
            h 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ‖ 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ‖ 
        </mo> 
        <mi>
          η 
        </mi> 
        <mo>
          ‖ 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
        <mi>
          θ 
        </mi> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <mi>
         C 
       </mi> 
       <msup> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
        <mn>
          4 
        </mn> 
       </msup> 
       <mrow> 
        <mo>
          [ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ‖ 
            </mo> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mo>
              ‖ 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mn>
            4 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mstyle displaystyle="true"> 
              <mrow> 
               <msubsup> 
                <mo>
                  ∫ 
                </mo> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
                <mi>
                  t 
                </mi> 
               </msubsup> 
               <mrow> 
                <mrow> 
                 <mo>
                   ( 
                 </mo> 
                 <mrow> 
                  <msubsup> 
                   <mrow> 
                    <mrow> 
                     <mo>
                       ‖ 
                     </mo> 
                     <mrow> 
                      <msub> 
                       <mi>
                         u 
                       </mi> 
                       <mrow> 
                        <mi>
                          t 
                        </mi> 
                        <mi>
                          t 
                        </mi> 
                       </mrow> 
                      </msub> 
                     </mrow> 
                     <mo>
                       ‖ 
                     </mo> 
                    </mrow> 
                   </mrow> 
                   <mn>
                     4 
                   </mn> 
                   <mn>
                     2 
                   </mn> 
                  </msubsup> 
                  <mo>
                    + 
                  </mo> 
                  <msubsup> 
                   <mrow> 
                    <mrow> 
                     <mo>
                       ‖ 
                     </mo> 
                     <mrow> 
                      <msub> 
                       <mi>
                         u 
                       </mi> 
                       <mi>
                         t 
                       </mi> 
                      </msub> 
                     </mrow> 
                     <mo>
                       ‖ 
                     </mo> 
                    </mrow> 
                   </mrow> 
                   <mn>
                     4 
                   </mn> 
                   <mn>
                     2 
                   </mn> 
                  </msubsup> 
                 </mrow> 
                 <mo>
                   ) 
                 </mo> 
                </mrow> 
                <mtext>
                  d 
                </mtext> 
                <mi>
                  s 
                </mi> 
               </mrow> 
              </mrow> 
             </mstyle> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ] 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (35)</p>
    <p>We complete the proof of this theorem.</p>
   </sec>
   <sec id="s2_2">
    <title>2.2. Fully Discrete Scheme and Error Analysis</title>
    <p>In this section, we propose a fully discrete Hermite finite element approximation scheme for the vibration equation of Pasternak-type viscoelastic foundation beam. The error convergence order is obtained and proved.</p>
    <p>First, we consider that 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <mo>
         ⋯ 
       </mo> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         T 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> is a uniform partition over the interval 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          [ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ] 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         τ 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mi>
          T 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         n 
       </mi> 
       <mi>
         τ 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         n 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mo>
         ⋯ 
       </mo> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mi>
         N 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>. Then, partial derivatives with</p>
    <p>respect to time are approximated using the central difference scheme. So we can get the fully discrete scheme: 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mo>
         ∀ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>, find 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </msubsup> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> to satisfy</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mi>
             I 
           </mi> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 h 
               </mi> 
               <mo>
                 , 
               </mo> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
             </msubsup> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 h 
               </mi> 
               <mo>
                 , 
               </mo> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mfrac> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             ρ 
           </mi> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                h 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
             </msubsup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                h 
              </mi> 
              <mi>
                n 
              </mi> 
             </msubsup> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                h 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <msup> 
              <mi>
                τ 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msup> 
            </mrow> 
           </mfrac> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mi>
              h 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             μ 
           </mi> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                h 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
             </msubsup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                h 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
             <mi>
               τ 
             </mi> 
            </mrow> 
           </mfrac> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mi>
              h 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                h 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
             </msubsup> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                h 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mfrac> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mi>
              h 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              G 
            </mi> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
           </msub> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 h 
               </mi> 
               <mo>
                 , 
               </mo> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
             </msubsup> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 h 
               </mi> 
               <mo>
                 , 
               </mo> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mfrac> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <mi>
              n 
            </mi> 
           </msup> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mi>
              h 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           . 
         </mo> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math> (36)</p>
    <p>Now we are ready to present and prove the main convergence theorem.</p>
    <p>Theorem 2.2 Assuming that 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </msubsup> 
      </mrow> 
     </math> are solutions to equation (13) and (36) respectively, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <msubsup> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msubsup> 
       <mo>
         ∩ 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
        <mn>
          4 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math>, we have</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ‖ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msup> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msubsup> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mi>
            h 
          </mi> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msubsup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ‖ 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <mi>
         C 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            τ 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            h 
          </mi> 
          <mn>
            4 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (37)</p>
    <p>where 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        C 
      </mi> 
     </math> is a constant, independent of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        τ 
      </mi> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        h 
      </mi> 
     </math>.</p>
    <p>Proof. Choosing 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> in (13) and subtracting (36) from (13), we get the error equation</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mi>
             I 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mi>
                n 
              </mi> 
             </msubsup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <msubsup> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
                <mrow> 
                 <mi>
                   h 
                 </mi> 
                 <mo>
                   , 
                 </mo> 
                 <mi>
                   x 
                 </mi> 
                 <mi>
                   x 
                 </mi> 
                </mrow> 
                <mrow> 
                 <mi>
                   n 
                 </mi> 
                 <mo>
                   + 
                 </mo> 
                 <mn>
                   1 
                 </mn> 
                </mrow> 
               </msubsup> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <msubsup> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
                <mrow> 
                 <mi>
                   h 
                 </mi> 
                 <mo>
                   , 
                 </mo> 
                 <mi>
                   x 
                 </mi> 
                 <mi>
                   x 
                 </mi> 
                </mrow> 
                <mrow> 
                 <mi>
                   n 
                 </mi> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
                 <mn>
                   1 
                 </mn> 
                </mrow> 
               </msubsup> 
              </mrow> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </mfrac> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             ρ 
           </mi> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 t 
               </mi> 
               <mi>
                 t 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mi>
                n 
              </mi> 
             </msubsup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <msubsup> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
                <mi>
                  h 
                </mi> 
                <mrow> 
                 <mi>
                   n 
                 </mi> 
                 <mo>
                   + 
                 </mo> 
                 <mn>
                   1 
                 </mn> 
                </mrow> 
               </msubsup> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
               <msubsup> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
                <mi>
                  h 
                </mi> 
                <mi>
                  n 
                </mi> 
               </msubsup> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <msubsup> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
                <mi>
                  h 
                </mi> 
                <mrow> 
                 <mi>
                   n 
                 </mi> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
                 <mn>
                   1 
                 </mn> 
                </mrow> 
               </msubsup> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <msup> 
                <mi>
                  τ 
                </mi> 
                <mn>
                  2 
                </mn> 
               </msup> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mi>
              h 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             μ 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
              <mi>
                n 
              </mi> 
             </msubsup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <msubsup> 
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                  u 
                </mi> 
                <mi>
                  h 
                </mi> 
                <mrow> 
                 <mi>
                   n 
                 </mi> 
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                   + 
                 </mo> 
                 <mn>
                   1 
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                </mrow> 
               </msubsup> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <msubsup> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
                <mi>
                  h 
                </mi> 
                <mrow> 
                 <mi>
                   n 
                 </mi> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
                 <mn>
                   1 
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                </mrow> 
               </msubsup> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
               <mi>
                 τ 
               </mi> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mi>
              h 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                n 
              </mi> 
             </msup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <msubsup> 
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                  u 
                </mi> 
                <mi>
                  h 
                </mi> 
                <mrow> 
                 <mi>
                   n 
                 </mi> 
                 <mo>
                   + 
                 </mo> 
                 <mn>
                   1 
                 </mn> 
                </mrow> 
               </msubsup> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <msubsup> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
                <mi>
                  h 
                </mi> 
                <mrow> 
                 <mi>
                   n 
                 </mi> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
                 <mn>
                   1 
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                </mrow> 
               </msubsup> 
              </mrow> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </mfrac> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mi>
              h 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              G 
            </mi> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mi>
                n 
              </mi> 
             </msubsup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <msubsup> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
                <mrow> 
                 <mi>
                   h 
                 </mi> 
                 <mo>
                   , 
                 </mo> 
                 <mi>
                   x 
                 </mi> 
                </mrow> 
                <mrow> 
                 <mi>
                   n 
                 </mi> 
                 <mo>
                   + 
                 </mo> 
                 <mn>
                   1 
                 </mn> 
                </mrow> 
               </msubsup> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <msubsup> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
                <mrow> 
                 <mi>
                   h 
                 </mi> 
                 <mo>
                   , 
                 </mo> 
                 <mi>
                   x 
                 </mi> 
                </mrow> 
                <mrow> 
                 <mi>
                   n 
                 </mi> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
                 <mn>
                   1 
                 </mn> 
                </mrow> 
               </msubsup> 
              </mrow> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </mfrac> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mn>
           0. 
         </mn> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math> (38)</p>
    <p>According to the notation of (27), we can rewrite the error Equation (38) in the following equivalent form.</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mi>
             I 
           </mi> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msubsup> 
              <mi>
                θ 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
             </msubsup> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                θ 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mfrac> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             ρ 
           </mi> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msup> 
              <mi>
                θ 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
             </msup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
             <msup> 
              <mi>
                θ 
              </mi> 
              <mi>
                n 
              </mi> 
             </msup> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <msup> 
              <mi>
                θ 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
             </msup> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <msup> 
              <mi>
                τ 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msup> 
            </mrow> 
           </mfrac> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mi>
              h 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             μ 
           </mi> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msup> 
              <mi>
                θ 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
             </msup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msup> 
              <mi>
                θ 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
             </msup> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
             <mi>
               τ 
             </mi> 
            </mrow> 
           </mfrac> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mi>
              h 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msup> 
              <mi>
                θ 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
             </msup> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <msup> 
              <mi>
                θ 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
             </msup> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mfrac> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mi>
              h 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              G 
            </mi> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
           </msub> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msubsup> 
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                θ 
              </mi> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
             </msubsup> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                θ 
              </mi> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mfrac> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mi>
             I 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <msubsup> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
                <mrow> 
                 <mi>
                   x 
                 </mi> 
                 <mi>
                   x 
                 </mi> 
                </mrow> 
                <mrow> 
                 <mi>
                   n 
                 </mi> 
                 <mo>
                   + 
                 </mo> 
                 <mn>
                   1 
                 </mn> 
                </mrow> 
               </msubsup> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <msubsup> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
                <mrow> 
                 <mi>
                   x 
                 </mi> 
                 <mi>
                   x 
                 </mi> 
                </mrow> 
                <mrow> 
                 <mi>
                   n 
                 </mi> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
                 <mn>
                   1 
                 </mn> 
                </mrow> 
               </msubsup> 
              </mrow> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </mfrac> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mi>
                n 
              </mi> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mi>
             I 
           </mi> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msubsup> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
             </msubsup> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <msubsup> 
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                η 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mfrac> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             ρ 
           </mi> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <msup> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
                <mrow> 
                 <mi>
                   n 
                 </mi> 
                 <mo>
                   + 
                 </mo> 
                 <mn>
                   1 
                 </mn> 
                </mrow> 
               </msup> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
               <msup> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
                <mi>
                  n 
                </mi> 
               </msup> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <msup> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
                <mrow> 
                 <mi>
                   n 
                 </mi> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
                 <mn>
                   1 
                 </mn> 
                </mrow> 
               </msup> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <msup> 
                <mi>
                  τ 
                </mi> 
                <mn>
                  2 
                </mn> 
               </msup> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 t 
               </mi> 
               <mi>
                 t 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mi>
                n 
              </mi> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mi>
              h 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             ρ 
           </mi> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msup> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
             </msup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
             <msup> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mi>
                n 
              </mi> 
             </msup> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <msup> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
             </msup> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <msup> 
              <mi>
                τ 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msup> 
            </mrow> 
           </mfrac> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mi>
              h 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             μ 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <msup> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
                <mrow> 
                 <mi>
                   n 
                 </mi> 
                 <mo>
                   + 
                 </mo> 
                 <mn>
                   1 
                 </mn> 
                </mrow> 
               </msup> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <msup> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
                <mrow> 
                 <mi>
                   n 
                 </mi> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
                 <mn>
                   1 
                 </mn> 
                </mrow> 
               </msup> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
               <mi>
                 τ 
               </mi> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
              <mi>
                n 
              </mi> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mi>
              h 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             μ 
           </mi> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msup> 
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                η 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
             </msup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msup> 
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                η 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
             </msup> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
             <mi>
               τ 
             </mi> 
            </mrow> 
           </mfrac> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mi>
              h 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <msup> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
                <mrow> 
                 <mi>
                   n 
                 </mi> 
                 <mo>
                   + 
                 </mo> 
                 <mn>
                   1 
                 </mn> 
                </mrow> 
               </msup> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <msup> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
                <mrow> 
                 <mi>
                   n 
                 </mi> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
                 <mn>
                   1 
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                </mrow> 
               </msup> 
              </mrow> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </mfrac> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                n 
              </mi> 
             </msup> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mi>
              h 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msup> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
             </msup> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <msup> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
             </msup> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mfrac> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mi>
              h 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              G 
            </mi> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <msubsup> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
                <mi>
                  x 
                </mi> 
                <mrow> 
                 <mi>
                   n 
                 </mi> 
                 <mo>
                   + 
                 </mo> 
                 <mn>
                   1 
                 </mn> 
                </mrow> 
               </msubsup> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <msubsup> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
                <mi>
                  x 
                </mi> 
                <mrow> 
                 <mi>
                   n 
                 </mi> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
                 <mn>
                   1 
                 </mn> 
                </mrow> 
               </msubsup> 
              </mrow> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </mfrac> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mi>
                n 
              </mi> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              G 
            </mi> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
           </msub> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msubsup> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
             </msubsup> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mfrac> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           . 
         </mo> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math> (39)</p>
    <p>Using the projection 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> in (22), we can obtain</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msubsup> 
            <mi>
              η 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </mrow> 
           </msubsup> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <msubsup> 
            <mi>
              η 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </mrow> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mfrac> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             h 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mi>
              η 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </mrow> 
           </msup> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              η 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </mrow> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mfrac> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mi>
            h 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            G 
          </mi> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
         </msub> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msubsup> 
            <mi>
              η 
            </mi> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </mrow> 
           </msubsup> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <msubsup> 
            <mi>
              η 
            </mi> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </mrow> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mfrac> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             h 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0. 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> (40)</p>
    <p>Substitute (40) into (39) and let 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            θ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msup> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            θ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math>. Using Cauchy-Schwarz inequality and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        ε 
      </mi> 
     </math>-inequality, we obtain</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mi>
             ρ 
           </mi> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ‖ 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mfrac> 
                <mrow> 
                 <msup> 
                  <mi>
                    θ 
                  </mi> 
                  <mrow> 
                   <mi>
                     n 
                   </mi> 
                   <mo>
                     + 
                   </mo> 
                   <mn>
                     1 
                   </mn> 
                  </mrow> 
                 </msup> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
                 <msup> 
                  <mi>
                    θ 
                  </mi> 
                  <mi>
                    n 
                  </mi> 
                 </msup> 
                </mrow> 
                <mi>
                  τ 
                </mi> 
               </mfrac> 
              </mrow> 
              <mo>
                ‖ 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ‖ 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mfrac> 
                <mrow> 
                 <msup> 
                  <mi>
                    θ 
                  </mi> 
                  <mi>
                    n 
                  </mi> 
                 </msup> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
                 <msup> 
                  <mi>
                    θ 
                  </mi> 
                  <mrow> 
                   <mi>
                     n 
                   </mi> 
                   <mo>
                     − 
                   </mo> 
                   <mn>
                     1 
                   </mn> 
                  </mrow> 
                 </msup> 
                </mrow> 
                <mi>
                  τ 
                </mi> 
               </mfrac> 
              </mrow> 
              <mo>
                ‖ 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mi>
            μ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mn>
             4 
           </mn> 
           <mi>
             τ 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ‖ 
              </mo> 
              <mrow> 
               <msup> 
                <mi>
                  θ 
                </mi> 
                <mrow> 
                 <mi>
                   n 
                 </mi> 
                 <mo>
                   + 
                 </mo> 
                 <mn>
                   1 
                 </mn> 
                </mrow> 
               </msup> 
              </mrow> 
              <mo>
                ‖ 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ‖ 
              </mo> 
              <mrow> 
               <msup> 
                <mi>
                  θ 
                </mi> 
                <mrow> 
                 <mi>
                   n 
                 </mi> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
                 <mn>
                   1 
                 </mn> 
                </mrow> 
               </msup> 
              </mrow> 
              <mo>
                ‖ 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           ≤ 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <msup> 
            <mi>
              ρ 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <msup> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
         </mfrac> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <msup> 
               <mi>
                 η 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mi>
                  n 
                </mi> 
                <mo>
                  + 
                </mo> 
                <mn>
                  1 
                </mn> 
               </mrow> 
              </msup> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
              <msup> 
               <mi>
                 η 
               </mi> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
              </msup> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <msup> 
               <mi>
                 η 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mi>
                  n 
                </mi> 
                <mo>
                  − 
                </mo> 
                <mn>
                  1 
                </mn> 
               </mrow> 
              </msup> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <msup> 
               <mi>
                 τ 
               </mi> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msup> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <msup> 
            <mi>
              ρ 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <msup> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
         </mfrac> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <msup> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mi>
                  n 
                </mi> 
                <mo>
                  + 
                </mo> 
                <mn>
                  1 
                </mn> 
               </mrow> 
              </msup> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
              <msup> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
              </msup> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <msup> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mi>
                  n 
                </mi> 
                <mo>
                  − 
                </mo> 
                <mn>
                  1 
                </mn> 
               </mrow> 
              </msup> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <msup> 
               <mi>
                 τ 
               </mi> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msup> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msubsup> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <msup> 
            <mi>
              μ 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
         </mfrac> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <msup> 
               <mi>
                 η 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mi>
                  n 
                </mi> 
                <mo>
                  + 
                </mo> 
                <mn>
                  1 
                </mn> 
               </mrow> 
              </msup> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <msup> 
               <mi>
                 η 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mi>
                  n 
                </mi> 
                <mo>
                  − 
                </mo> 
                <mn>
                  1 
                </mn> 
               </mrow> 
              </msup> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
              <mi>
                τ 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <msup> 
            <mi>
              μ 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
         </mfrac> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <msup> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mi>
                  n 
                </mi> 
                <mo>
                  + 
                </mo> 
                <mn>
                  1 
                </mn> 
               </mrow> 
              </msup> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <msup> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mi>
                  n 
                </mi> 
                <mo>
                  − 
                </mo> 
                <mn>
                  1 
                </mn> 
               </mrow> 
              </msup> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
              <mi>
                τ 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msubsup> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mi>
               t 
             </mi> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mfrac> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <msup> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mi>
                  n 
                </mi> 
                <mo>
                  + 
                </mo> 
                <mn>
                  1 
                </mn> 
               </mrow> 
              </msup> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <msup> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mi>
                  n 
                </mi> 
                <mo>
                  − 
                </mo> 
                <mn>
                  1 
                </mn> 
               </mrow> 
              </msup> 
             </mrow> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </mfrac> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mi>
             I 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mn>
            4 
          </mn> 
         </mfrac> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <msubsup> 
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                 u 
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               <mrow> 
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                  x 
                </mi> 
                <mi>
                  x 
                </mi> 
               </mrow> 
               <mrow> 
                <mi>
                  n 
                </mi> 
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                  + 
                </mo> 
                <mn>
                  1 
                </mn> 
               </mrow> 
              </msubsup> 
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                + 
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              <msubsup> 
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               </mi> 
               <mrow> 
                <mi>
                  x 
                </mi> 
                <mi>
                  x 
                </mi> 
               </mrow> 
               <mrow> 
                <mi>
                  n 
                </mi> 
                <mo>
                  − 
                </mo> 
                <mn>
                  1 
                </mn> 
               </mrow> 
              </msubsup> 
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             <mn>
               2 
             </mn> 
            </mfrac> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msubsup> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              G 
            </mi> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mn>
            4 
          </mn> 
         </mfrac> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <msubsup> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mi>
                  n 
                </mi> 
                <mo>
                  + 
                </mo> 
                <mn>
                  1 
                </mn> 
               </mrow> 
              </msubsup> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <msubsup> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mi>
                  n 
                </mi> 
                <mo>
                  − 
                </mo> 
                <mn>
                  1 
                </mn> 
               </mrow> 
              </msubsup> 
             </mrow> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </mfrac> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msubsup> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           . 
         </mo> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math> (41)</p>
    <p>According to Taylor expansion formula and Lemma 2.1, we have the following proved estimations.</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msup> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 n 
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               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
             </msubsup> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mfrac> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msubsup> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mi>
              n 
            </mi> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            τ 
          </mi> 
          <mn>
            3 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mn>
          6 
        </mn> 
       </mfrac> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
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           </msub> 
          </mrow> 
         </msubsup> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ‖ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mfrac> 
               <mrow> 
                <msup> 
                 <mo>
                   ∂ 
                 </mo> 
                 <mn>
                   4 
                 </mn> 
                </msup> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
               </mrow> 
               <mrow> 
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                  ∂ 
                </mo> 
                <msup> 
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                   x 
                 </mi> 
                 <mn>
                   2 
                 </mn> 
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                  ∂ 
                </mo> 
                <msup> 
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                   t 
                 </mi> 
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                </msup> 
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              </mfrac> 
             </mrow> 
             <mo>
               ‖ 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            s 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
      </mrow> 
     </math> (47)</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
             </msubsup> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mfrac> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msubsup> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mi>
              n 
            </mi> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            τ 
          </mi> 
          <mn>
            3 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mn>
          6 
        </mn> 
       </mfrac> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
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           </msub> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msubsup> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ‖ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mfrac> 
               <mrow> 
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                 <mo>
                   ∂ 
                 </mo> 
                 <mn>
                   3 
                 </mn> 
                </msup> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
               </mrow> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ∂ 
                </mo> 
                <mi>
                  x 
                </mi> 
                <mo>
                  ∂ 
                </mo> 
                <msup> 
                 <mi>
                   t 
                 </mi> 
                 <mn>
                   2 
                 </mn> 
                </msup> 
               </mrow> 
              </mfrac> 
             </mrow> 
             <mo>
               ‖ 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            s 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
      </mrow> 
     </math> (48)</p>
    <p>Substituting them into (41), we get</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mi>
             ρ 
           </mi> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ‖ 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mfrac> 
                <mrow> 
                 <msup> 
                  <mi>
                    θ 
                  </mi> 
                  <mrow> 
                   <mi>
                     n 
                   </mi> 
                   <mo>
                     + 
                   </mo> 
                   <mn>
                     1 
                   </mn> 
                  </mrow> 
                 </msup> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
                 <msup> 
                  <mi>
                    θ 
                  </mi> 
                  <mi>
                    n 
                  </mi> 
                 </msup> 
                </mrow> 
                <mi>
                  τ 
                </mi> 
               </mfrac> 
              </mrow> 
              <mo>
                ‖ 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ‖ 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mfrac> 
                <mrow> 
                 <msup> 
                  <mi>
                    θ 
                  </mi> 
                  <mi>
                    n 
                  </mi> 
                 </msup> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
                 <msup> 
                  <mi>
                    θ 
                  </mi> 
                  <mrow> 
                   <mi>
                     n 
                   </mi> 
                   <mo>
                     − 
                   </mo> 
                   <mn>
                     1 
                   </mn> 
                  </mrow> 
                 </msup> 
                </mrow> 
                <mi>
                  τ 
                </mi> 
               </mfrac> 
              </mrow> 
              <mo>
                ‖ 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mi>
            μ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mn>
             4 
           </mn> 
           <mi>
             τ 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
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                ‖ 
              </mo> 
              <mrow> 
               <msup> 
                <mi>
                  θ 
                </mi> 
                <mrow> 
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                   n 
                 </mi> 
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                   + 
                 </mo> 
                 <mn>
                   1 
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                </mrow> 
               </msup> 
              </mrow> 
              <mo>
                ‖ 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ‖ 
              </mo> 
              <mrow> 
               <msup> 
                <mi>
                  θ 
                </mi> 
                <mrow> 
                 <mi>
                   n 
                 </mi> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
                 <mn>
                   1 
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                </mrow> 
               </msup> 
              </mrow> 
              <mo>
                ‖ 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           ≤ 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mi>
             C 
           </mi> 
           <msup> 
            <mi>
              h 
            </mi> 
            <mn>
              8 
            </mn> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mi>
            τ 
          </mi> 
         </mfrac> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msubsup> 
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            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
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            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
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                 1 
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             </msub> 
            </mrow> 
           </msubsup> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ‖ 
               </mo> 
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                 <mi>
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                 </mi> 
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                    t 
                  </mi> 
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                    t 
                  </mi> 
                 </mrow> 
                </msub> 
               </mrow> 
               <mo>
                 ‖ 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mn>
               4 
             </mn> 
             <mn>
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             </mn> 
            </msubsup> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              s 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <msup> 
          <mi>
            τ 
          </mi> 
          <mn>
            3 
          </mn> 
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                t 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
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              </mrow> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msubsup> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ‖ 
               </mo> 
               <mrow> 
                <mfrac> 
                 <mrow> 
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                     ∂ 
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                     4 
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                  </msup> 
                  <mi>
                    u 
                  </mi> 
                 </mrow> 
                 <mrow> 
                  <mo>
                    ∂ 
                  </mo> 
                  <msup> 
                   <mi>
                     t 
                   </mi> 
                   <mn>
                     4 
                   </mn> 
                  </msup> 
                 </mrow> 
                </mfrac> 
               </mrow> 
               <mo>
                 ‖ 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              s 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mi>
             C 
           </mi> 
           <msup> 
            <mi>
              h 
            </mi> 
            <mn>
              8 
            </mn> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mi>
            τ 
          </mi> 
         </mfrac> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msubsup> 
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              ∫ 
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            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
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           </msubsup> 
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            <msubsup> 
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               <mo>
                 ‖ 
               </mo> 
               <mrow> 
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                   u 
                 </mi> 
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                   t 
                 </mi> 
                </msub> 
               </mrow> 
               <mo>
                 ‖ 
               </mo> 
              </mrow> 
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             <mn>
               4 
             </mn> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msubsup> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              s 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
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       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <msup> 
          <mi>
            τ 
          </mi> 
          <mn>
            3 
          </mn> 
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                t 
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              <mrow> 
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                 n 
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               <mo>
                 − 
               </mo> 
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                t 
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                 n 
               </mi> 
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                 + 
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           </msubsup> 
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                 ‖ 
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                     3 
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                    ∂ 
                  </mo> 
                  <msup> 
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                 ‖ 
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               2 
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            </msup> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              s 
            </mi> 
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          </mrow> 
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           + 
         </mo> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <msup> 
          <mi>
            τ 
          </mi> 
          <mn>
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          </mn> 
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              </mi> 
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                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
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              </mi> 
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                 n 
               </mi> 
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                 + 
               </mo> 
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                 1 
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                 ‖ 
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                    t 
                  </mi> 
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                    t 
                  </mi> 
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                </msub> 
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               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mn>
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            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              s 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <msup> 
          <mi>
            τ 
          </mi> 
          <mn>
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               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
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             <msub> 
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                t 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
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           </msubsup> 
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            <msup> 
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                 ‖ 
               </mo> 
               <mrow> 
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                     4 
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                    ∂ 
                  </mo> 
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                     x 
                   </mi> 
                   <mn>
                     2 
                   </mn> 
                  </msup> 
                  <mo>
                    ∂ 
                  </mo> 
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                     t 
                   </mi> 
                   <mn>
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                   </mn> 
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                 ‖ 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
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               2 
             </mn> 
            </msup> 
            <mtext>
              d 
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              s 
            </mi> 
           </mrow> 
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         </mstyle> 
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       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <msup> 
          <mi>
            τ 
          </mi> 
          <mn>
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          </mn> 
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              <mi>
                t 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msubsup> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ‖ 
               </mo> 
               <mrow> 
                <mfrac> 
                 <mrow> 
                  <msup> 
                   <mo>
                     ∂ 
                   </mo> 
                   <mn>
                     3 
                   </mn> 
                  </msup> 
                  <mi>
                    u 
                  </mi> 
                 </mrow> 
                 <mrow> 
                  <mo>
                    ∂ 
                  </mo> 
                  <mi>
                    x 
                  </mi> 
                  <mo>
                    ∂ 
                  </mo> 
                  <msup> 
                   <mi>
                     t 
                   </mi> 
                   <mn>
                     2 
                   </mn> 
                  </msup> 
                 </mrow> 
                </mfrac> 
               </mrow> 
               <mo>
                 ‖ 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              s 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mo>
           . 
         </mo> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math> (49)</p>
    <p>Multiplying both sides by 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
         <mi>
           τ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mi>
          μ 
        </mi> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math> and summing the above formula from 1 to 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        n 
      </mi> 
     </math>, we obtain</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mi>
             ρ 
           </mi> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
           <mi>
             τ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mi>
            μ 
          </mi> 
         </mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ‖ 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mfrac> 
                <mrow> 
                 <msup> 
                  <mi>
                    θ 
                  </mi> 
                  <mrow> 
                   <mi>
                     n 
                   </mi> 
                   <mo>
                     + 
                   </mo> 
                   <mn>
                     1 
                   </mn> 
                  </mrow> 
                 </msup> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
                 <msup> 
                  <mi>
                    θ 
                  </mi> 
                  <mi>
                    n 
                  </mi> 
                 </msup> 
                </mrow> 
                <mi>
                  τ 
                </mi> 
               </mfrac> 
              </mrow> 
              <mo>
                ‖ 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ‖ 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mfrac> 
                <mrow> 
                 <msup> 
                  <mi>
                    θ 
                  </mi> 
                  <mn>
                    1 
                  </mn> 
                 </msup> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
                 <msup> 
                  <mi>
                    θ 
                  </mi> 
                  <mn>
                    0 
                  </mn> 
                 </msup> 
                </mrow> 
                <mi>
                  τ 
                </mi> 
               </mfrac> 
              </mrow> 
              <mo>
                ‖ 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ‖ 
              </mo> 
              <mrow> 
               <msup> 
                <mi>
                  θ 
                </mi> 
                <mrow> 
                 <mi>
                   n 
                 </mi> 
                 <mo>
                   + 
                 </mo> 
                 <mn>
                   1 
                 </mn> 
                </mrow> 
               </msup> 
              </mrow> 
              <mo>
                ‖ 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ‖ 
              </mo> 
              <mrow> 
               <msup> 
                <mi>
                  θ 
                </mi> 
                <mi>
                  n 
                </mi> 
               </msup> 
              </mrow> 
              <mo>
                ‖ 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ‖ 
              </mo> 
              <mrow> 
               <msup> 
                <mi>
                  θ 
                </mi> 
                <mn>
                  1 
                </mn> 
               </msup> 
              </mrow> 
              <mo>
                ‖ 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ‖ 
              </mo> 
              <mrow> 
               <msup> 
                <mi>
                  θ 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msup> 
              </mrow> 
              <mo>
                ‖ 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           ≤ 
         </mo> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <msup> 
          <mi>
            h 
          </mi> 
          <mn>
            8 
          </mn> 
         </msup> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msubsup> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msubsup> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ‖ 
               </mo> 
               <mrow> 
                <msub> 
                 <mi>
                   u 
                 </mi> 
                 <mrow> 
                  <mi>
                    t 
                  </mi> 
                  <mi>
                    t 
                  </mi> 
                 </mrow> 
                </msub> 
               </mrow> 
               <mo>
                 ‖ 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mn>
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             </mn> 
            </msubsup> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
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              s 
            </mi> 
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          </mrow> 
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           + 
         </mo> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <msup> 
          <mi>
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          </mi> 
          <mn>
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          </mn> 
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                t 
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                0 
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                t 
              </mi> 
              <mrow> 
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                 n 
               </mi> 
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                 + 
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                 1 
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           </msubsup> 
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                 ‖ 
               </mo> 
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            <mtext>
              d 
            </mtext> 
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              s 
            </mi> 
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          </mrow> 
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           + 
         </mo> 
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           C 
         </mi> 
         <msup> 
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                t 
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                 n 
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                 + 
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                 ‖ 
               </mo> 
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                 </mi> 
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                   t 
                 </mi> 
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               </mrow> 
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                 ‖ 
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            <mtext>
              d 
            </mtext> 
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              s 
            </mi> 
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          </mrow> 
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       <mtr> 
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         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <msup> 
          <mi>
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          </mi> 
          <mn>
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                t 
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                     3 
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            <mtext>
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            </mtext> 
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          </mrow> 
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           + 
         </mo> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <msup> 
          <mi>
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          </mi> 
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                t 
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                 + 
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            <mtext>
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           + 
         </mo> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <msup> 
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            τ 
          </mi> 
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           <msubsup> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msubsup> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ‖ 
               </mo> 
               <mrow> 
                <mfrac> 
                 <mrow> 
                  <msup> 
                   <mo>
                     ∂ 
                   </mo> 
                   <mn>
                     4 
                   </mn> 
                  </msup> 
                  <mi>
                    u 
                  </mi> 
                 </mrow> 
                 <mrow> 
                  <mo>
                    ∂ 
                  </mo> 
                  <msup> 
                   <mi>
                     x 
                   </mi> 
                   <mn>
                     2 
                   </mn> 
                  </msup> 
                  <mo>
                    ∂ 
                  </mo> 
                  <msup> 
                   <mi>
                     t 
                   </mi> 
                   <mn>
                     2 
                   </mn> 
                  </msup> 
                 </mrow> 
                </mfrac> 
               </mrow> 
               <mo>
                 ‖ 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              s 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <msup> 
          <mi>
            τ 
          </mi> 
          <mn>
            4 
          </mn> 
         </msup> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msubsup> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msubsup> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ‖ 
               </mo> 
               <mrow> 
                <mfrac> 
                 <mrow> 
                  <msup> 
                   <mo>
                     ∂ 
                   </mo> 
                   <mn>
                     3 
                   </mn> 
                  </msup> 
                  <mi>
                    u 
                  </mi> 
                 </mrow> 
                 <mrow> 
                  <mo>
                    ∂ 
                  </mo> 
                  <mi>
                    x 
                  </mi> 
                  <mo>
                    ∂ 
                  </mo> 
                  <msup> 
                   <mi>
                     t 
                   </mi> 
                   <mn>
                     2 
                   </mn> 
                  </msup> 
                 </mrow> 
                </mfrac> 
               </mrow> 
               <mo>
                 ‖ 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              s 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mo>
           . 
         </mo> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math> (50)</p>
    <p>According to the finite element method and the theory of biharmonic projection, we can suppose that 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msubsup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
       </msub> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msubsup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
       </msub> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>. So 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          θ 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          θ 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>. (50) can be rewritten as</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mi>
              n 
            </mi> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <mi>
         C 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            τ 
          </mi> 
          <mn>
            4 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            h 
          </mi> 
          <mn>
            8 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (51)</p>
    <p>So</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ‖ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            θ 
          </mi> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ‖ 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <mi>
         C 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            τ 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            h 
          </mi> 
          <mn>
            4 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (52)</p>
    <p>Using triangle inequality and Lemma 2.1, we get</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ‖ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msup> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msubsup> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mi>
            h 
          </mi> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msubsup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ‖ 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ‖ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            η 
          </mi> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msup> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            θ 
          </mi> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ‖ 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ‖ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            η 
          </mi> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ‖ 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ‖ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            θ 
          </mi> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ‖ 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <mi>
         C 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            τ 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            h 
          </mi> 
          <mn>
            4 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (53)</p>
    <p>We complete the proof.</p>
   </sec>
  </sec><sec id="s3">
   <title>3. Numerical Example</title>
   <p>In this section, we present four examples. The first example tests the validity of Hermite finite element method. The last three examples explore the influence of viscoelastic Pasternak foundation parameters on beam vibration.</p>
   <p>Example 1 Consider the following initial-boundary value problem of Euler-Bernoulli beam on viscoelastic Pasternak foundation</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         { 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mtable columnalign="left"> 
         <mtr columnalign="left"> 
          <mtd columnalign="left"> 
           <mrow> 
            <mi>
              E 
            </mi> 
            <mi>
              I 
            </mi> 
            <msub> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mi>
              ρ 
            </mi> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
            <msub> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mi>
              μ 
            </mi> 
            <msub> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mi>
               t 
             </mi> 
            </msub> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               G 
             </mi> 
             <mi>
               p 
             </mi> 
            </msub> 
            <msub> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mtd> 
          <mtd columnalign="left"> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              ∈ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               [ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mo>
               ] 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              × 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mo>
               ] 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr columnalign="left"> 
          <mtd columnalign="left"> 
           <mrow> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <msub> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mi>
               t 
             </mi> 
            </msub> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mtd> 
          <mtd columnalign="left"> 
           <mrow> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mo>
              ∈ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               [ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mo>
               ] 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr columnalign="left"> 
          <mtd columnalign="left"> 
           <mrow> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <msub> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </msub> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </msub> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mtd> 
          <mtd columnalign="left"> 
           <mrow> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
            <mo>
              ∈ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               [ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mo>
               ] 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              . 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> (54)</p>
   <p>We choose 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        u 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          cos 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mi>
            π 
          </mi> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> as the exact solution, which satisfies the initial-boundary value condition. <xref ref-type="table" rid="table1">
     Table 1
    </xref> lists the physical parameters of Euler-Bernoulli beams and viscoelastic Pasternak foundation.</p>
   <p>For convenience of calculation, we process the parameters to get dimensionless quantity and substitute them into the equation. First of all, we fix time step 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        τ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mo>
         / 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mn>
          10000 
        </mn> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> and change space step to obtain the error results under different norms in <xref ref-type="table" rid="table2">
     Table 2
    </xref>. The results show that the space convergence order in the sense of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>-norm is approximately 4, which is consistent with the theoretical results in Theorem 2.1.</p>
   <table-wrap id="table1">
    <label>
     <xref ref-type="table" rid="table1">
      Table 1
     </xref></label>
    <caption>
     <title>
      <xref ref-type="bibr" rid="scirp.136860-"></xref>Table 1. The physical parameters in the equation.</title>
    </caption>
    <table class="MsoTableGrid custom-table" border="0" cellspacing="0" cellpadding="0"> 
     <tr> 
      <td class="custom-bottom-td acenter" width="23.91%"><p style="text-align:center">Name</p></td> 
      <td class="custom-bottom-td acenter" width="14.97%"><p style="text-align:center">Symbol</p></td> 
      <td class="custom-bottom-td acenter" width="14.97%"><p style="text-align:center">Value</p></td> 
      <td class="custom-bottom-td acenter" width="14.97%"><p style="text-align:center">Unit</p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="custom-top-td acenter" width="23.91%"><p style="text-align:center">Young modulus</p></td> 
      <td class="custom-top-td acenter" width="14.97%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
           E 
         </mi> 
        </math></p></td> 
      <td class="custom-top-td acenter" width="14.97%"><p style="text-align:center">210</p></td> 
      <td class="custom-top-td acenter" width="14.97%"><p style="text-align:center">GPa</p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="acenter" width="23.91%"><p style="text-align:center">Moment of inertia</p></td> 
      <td class="acenter" width="14.97%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
           I 
         </mi> 
        </math></p></td> 
      <td class="acenter" width="14.97%"><p style="text-align:center">3.055 × 10<sup>−</sup><sup>5</sup></p></td> 
      <td class="acenter" width="14.97%"><p style="text-align:center">m<sup>4</sup></p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="acenter" width="23.91%"><p style="text-align:center">Density</p></td> 
      <td class="acenter" width="14.97%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
           ρ 
         </mi> 
        </math></p></td> 
      <td class="acenter" width="14.97%"><p style="text-align:center">7850</p></td> 
      <td class="acenter" width="14.97%"><p style="text-align:center">kg/m<sup>3</sup></p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="acenter" width="23.91%"><p style="text-align:center">Cross sectional area</p></td> 
      <td class="acenter" width="14.97%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
           A 
         </mi> 
        </math></p></td> 
      <td class="acenter" width="14.97%"><p style="text-align:center">7.69 × 10<sup>−</sup><sup>3</sup></p></td> 
      <td class="acenter" width="14.97%"><p style="text-align:center">m<sup>2</sup></p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="acenter" width="23.91%"><p style="text-align:center">Elastic coefficient</p></td> 
      <td class="acenter" width="14.97%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
           k 
         </mi> 
        </math></p></td> 
      <td class="acenter" width="14.97%"><p style="text-align:center">3.5 × 10<sup>7</sup></p></td> 
      <td class="acenter" width="14.97%"><p style="text-align:center">N/m<sup>2</sup></p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="acenter" width="23.91%"><p style="text-align:center">Viscosity coefficient</p></td> 
      <td class="acenter" width="14.97%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
           μ 
         </mi> 
        </math></p></td> 
      <td class="acenter" width="14.97%"><p style="text-align:center">1732.5</p></td> 
      <td class="acenter" width="14.97%"><p style="text-align:center">N∙s/m<sup>2</sup></p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="acenter" width="23.91%"><p style="text-align:center">Shear coefficient</p></td> 
      <td class="acenter" width="14.97%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             G 
           </mi> 
           <mi>
             p 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="acenter" width="14.97%"><p style="text-align:center">5.92 × 10<sup>8</sup></p></td> 
      <td class="acenter" width="14.97%"><p style="text-align:center">N</p></td> 
     </tr> 
    </table>
   </table-wrap>
   <table-wrap id="table2">
    <label>
     <xref ref-type="table" rid="table2">
      Table 2
     </xref></label>
    <caption>
     <title>
      <xref ref-type="bibr" rid="scirp.136860-"></xref>Table 2. 

      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
        <msup> 
   
         <mi>
          
    L
   
         </mi> 
   
         <mn>
          
    2
   
         </mn> 
  
        </msup> 
 
       </mrow>

      </math>-norm, 

      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
        <msup> 
   
         <mi>
          
    H
   
         </mi> 
   
         <mn>
          
    1
   
         </mn> 
  
        </msup> 
 
       </mrow>

      </math>-norm and 

      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
        <msup> 
   
         <mi>
          
    H
   
         </mi> 
   
         <mn>
          
    2
   
         </mn> 
  
        </msup> 
 
       </mrow>

      </math>-norm error and space convergence order.</title>
    </caption>
    <table class="MsoTableGrid custom-table" border="0" cellspacing="0" cellpadding="0"> 
     <tr> 
      <td class="custom-bottom-td acenter" width="8.61%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
           h 
         </mi> 
        </math></p></td> 
      <td class="custom-bottom-td acenter" width="8.61%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
           τ 
         </mi> 
        </math></p></td> 
      <td class="custom-bottom-td acenter" width="8.60%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ‖ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mi>
                 h 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mo>
               ‖ 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="custom-bottom-td acenter" width="8.60%"><p style="text-align:center">Order</p></td> 
      <td class="custom-bottom-td acenter" width="8.60%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ‖ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mi>
                 h 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mo>
               ‖ 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="custom-bottom-td acenter" width="8.60%"><p style="text-align:center">Order</p></td> 
      <td class="custom-bottom-td acenter" width="8.60%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ‖ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mi>
                 h 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mo>
               ‖ 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="custom-bottom-td acenter" width="8.60%"><p style="text-align:center">Order</p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="custom-top-td acenter" width="8.61%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <mfrac> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
             <mn>
               3 
             </mn> 
            </msup> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="custom-top-td acenter" width="8.61%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <mfrac> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mrow> 
            <mn>
              10000 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="custom-top-td acenter" width="8.60%"><p style="text-align:center">2.9201 × 10<sup>−</sup><sup>4</sup></p></td> 
      <td class="custom-top-td acenter" width="8.60%"><p style="text-align:center">-</p></td> 
      <td class="custom-top-td acenter" width="8.60%"><p style="text-align:center">1.1324 × 10<sup>−</sup><sup>2</sup></p></td> 
      <td class="custom-top-td acenter" width="8.60%"><p style="text-align:center">-</p></td> 
      <td class="custom-top-td acenter" width="8.60%"><p style="text-align:center">6.7444 × 10<sup>−</sup><sup>1</sup></p></td> 
      <td class="custom-top-td acenter" width="8.60%"><p style="text-align:center">-</p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="acenter" width="8.61%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <mfrac> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
             <mn>
               4 
             </mn> 
            </msup> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="acenter" width="8.61%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <mfrac> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mrow> 
            <mn>
              10000 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="acenter" width="8.60%"><p style="text-align:center">2.0402 × 10<sup>−</sup><sup>5</sup></p></td> 
      <td class="acenter" width="8.60%"><p style="text-align:center">3.8392</p></td> 
      <td class="acenter" width="8.60%"><p style="text-align:center">1.5140 × 10<sup>−</sup><sup>3</sup></p></td> 
      <td class="acenter" width="8.60%"><p style="text-align:center">2.9030</p></td> 
      <td class="acenter" width="8.60%"><p style="text-align:center">1.6185 × 10<sup>−</sup><sup>1</sup></p></td> 
      <td class="acenter" width="8.60%"><p style="text-align:center">2.0590</p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="acenter" width="8.61%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <mfrac> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
             <mn>
               5 
             </mn> 
            </msup> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="acenter" width="8.61%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <mfrac> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mrow> 
            <mn>
              10000 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="acenter" width="8.60%"><p style="text-align:center">1.3452 × 10<sup>−</sup><sup>6</sup></p></td> 
      <td class="acenter" width="8.60%"><p style="text-align:center">3.9229</p></td> 
      <td class="acenter" width="8.60%"><p style="text-align:center">1.9300 × 10<sup>−</sup><sup>4</sup></p></td> 
      <td class="acenter" width="8.60%"><p style="text-align:center">2.9716</p></td> 
      <td class="acenter" width="8.60%"><p style="text-align:center">4.0156 × 10<sup>−</sup><sup>2</sup></p></td> 
      <td class="acenter" width="8.60%"><p style="text-align:center">2.0110</p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="acenter" width="8.61%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <mfrac> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
             <mn>
               6 
             </mn> 
            </msup> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="acenter" width="8.61%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <mfrac> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mrow> 
            <mn>
              10000 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="acenter" width="8.60%"><p style="text-align:center">8.0162 × 10<sup>−</sup><sup>8</sup></p></td> 
      <td class="acenter" width="8.60%"><p style="text-align:center">4.0687</p></td> 
      <td class="acenter" width="8.60%"><p style="text-align:center">2.4451 × 10<sup>−</sup><sup>5</sup></p></td> 
      <td class="acenter" width="8.60%"><p style="text-align:center">2.9807</p></td> 
      <td class="acenter" width="8.60%"><p style="text-align:center">1.0121 × 10<sup>−</sup><sup>2</sup></p></td> 
      <td class="acenter" width="8.60%"><p style="text-align:center">1.9882</p></td> 
     </tr> 
    </table>
   </table-wrap>
   <p>And then, we fix space step 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        h 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mo>
         / 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mn>
          1000 
        </mn> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> and change time step to obtain the error results under different norms in <xref ref-type="table" rid="table3">
     Table 3
    </xref>. The results show that the time convergence order in the sense of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>-norm is approximately 2, which is consistent with the theoretical results in Theorem 2.2.</p>
   <table-wrap id="table3">
    <label>
     <xref ref-type="table" rid="table3">
      Table 3
     </xref></label>
    <caption>
     <title>
      <xref ref-type="bibr" rid="scirp.136860-"></xref>Table 3. 

      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
        <msup> 
   
         <mi>
          
    L
   
         </mi> 
   
         <mi>
          
    ∞
   
         </mi> 
  
        </msup> 
 
       </mrow>

      </math>-norm and 

      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
        <msup> 
   
         <mi>
          
    L
   
         </mi> 
   
         <mn>
          
    2
   
         </mn> 
  
        </msup> 
 
       </mrow>

      </math>-norm error and time convergence order.</title>
    </caption>
    <table class="MsoTableGrid custom-table" border="0" cellspacing="0" cellpadding="0"> 
     <tr> 
      <td class="custom-bottom-td acenter" width="16.66%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
           h 
         </mi> 
        </math></p></td> 
      <td class="custom-bottom-td acenter" width="16.66%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
           τ 
         </mi> 
        </math></p></td> 
      <td class="custom-bottom-td acenter" width="16.67%"><p style="text-align:center"> 
        <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ‖ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mi>
                 h 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mo>
               ‖ 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mi>
             ∞ 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="custom-bottom-td acenter" width="16.67%"><p style="text-align:center">Order</p></td> 
      <td class="custom-bottom-td acenter" width="16.67%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ‖ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mi>
                 h 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mo>
               ‖ 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="custom-bottom-td acenter" width="16.67%"><p style="text-align:center">Order</p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="custom-top-td acenter" width="16.66%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <mfrac> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mrow> 
            <mn>
              1000 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="custom-top-td acenter" width="16.66%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <mfrac> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
             <mn>
               3 
             </mn> 
            </msup> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="custom-top-td acenter" width="16.67%"><p style="text-align:center">5.4539 × 10<sup>−</sup><sup>2</sup></p></td> 
      <td class="custom-top-td acenter" width="16.67%"><p style="text-align:center">-</p></td> 
      <td class="custom-top-td acenter" width="16.67%"><p style="text-align:center">3.6863 × 10<sup>−</sup><sup>2</sup></p></td> 
      <td class="custom-top-td acenter" width="16.67%"><p style="text-align:center">-</p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="acenter" width="16.66%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <mfrac> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mrow> 
            <mn>
              1000 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="acenter" width="16.66%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <mfrac> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
             <mn>
               4 
             </mn> 
            </msup> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="acenter" width="16.67%"><p style="text-align:center">1.2855 × 10<sup>−</sup><sup>2</sup></p></td> 
      <td class="acenter" width="16.67%"><p style="text-align:center">2.0849</p></td> 
      <td class="acenter" width="16.67%"><p style="text-align:center">9.2058 × 10<sup>−</sup><sup>3</sup></p></td> 
      <td class="acenter" width="16.67%"><p style="text-align:center">2.0016</p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="acenter" width="16.66%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <mfrac> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mrow> 
            <mn>
              1000 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="acenter" width="16.66%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <mfrac> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
             <mn>
               5 
             </mn> 
            </msup> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="acenter" width="16.67%"><p style="text-align:center">3.1744 × 10<sup>−</sup><sup>3</sup></p></td> 
      <td class="acenter" width="16.67%"><p style="text-align:center">2.0178</p></td> 
      <td class="acenter" width="16.67%"><p style="text-align:center">2.2935 × 10<sup>−</sup><sup>3</sup></p></td> 
      <td class="acenter" width="16.67%"><p style="text-align:center">2.0050</p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="acenter" width="16.66%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <mfrac> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mrow> 
            <mn>
              1000 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="acenter" width="16.66%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <mfrac> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
             <mn>
               6 
             </mn> 
            </msup> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="acenter" width="16.67%"><p style="text-align:center">7.9838 × 10<sup>−</sup><sup>4</sup></p></td> 
      <td class="acenter" width="16.67%"><p style="text-align:center">1.9913</p></td> 
      <td class="acenter" width="16.67%"><p style="text-align:center">5.7227 × 10<sup>−</sup><sup>4</sup></p></td> 
      <td class="acenter" width="16.67%"><p style="text-align:center">2.0028</p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="acenter" width="16.66%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <mfrac> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mrow> 
            <mn>
              1000 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="acenter" width="16.66%"><p style="text-align:center"> 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <mfrac> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
             <mn>
               7 
             </mn> 
            </msup> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
        </math></p></td> 
      <td class="acenter" width="16.67%"><p style="text-align:center">1.9973 × 10<sup>−</sup><sup>4</sup></p></td> 
      <td class="acenter" width="16.67%"><p style="text-align:center">1.9990</p></td> 
      <td class="acenter" width="16.67%"><p style="text-align:center">1.4294 × 10<sup>−</sup><sup>4</sup></p></td> 
      <td class="acenter" width="16.67%"><p style="text-align:center">2.0013</p></td> 
     </tr> 
    </table>
   </table-wrap>
   <p>We can obtain the three-dimensional images of numerical solution and exact solution in <xref ref-type="fig" rid="fig3">
     Figure 3
    </xref>.</p>
   <fig id="fig3" position="float">
    <label>Figure 3</label>
    <caption>
     <title>Figure 3. 3D images of numerical solution and exact solution of the deflection 

      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        
  u
 
       </mi>

      </math>.</title>
    </caption>
    <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/8104613-rId418.jpeg?20241025044821" />
   </fig>
   <p>Example 2 In order to explore the influence of viscosity coefficient of foundation on beam vibration, We let 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        f 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, that is, the beam is assumed to be in a state of free vibration. A suitable initial value is assigned to the beam vibration equation. We change the value of viscosity coefficient and fix the remaining parameters. The vibration image of the beam midpoint is obtained, as shown in <xref ref-type="fig" rid="fig4">
     Figure 4
    </xref>. It shows that the viscosity coefficient can affect the amplitude, but it does not change the free vibration frequency. The amplitude of beam vibration decreases with the increase of viscosity coefficient.</p>
   <fig id="fig4" position="float">
    <label>Figure 4</label>
    <caption>
     <title>Figure 4. The deflection at the midpoint of beam corresponding to different viscosity coefficients 

      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        
  μ
 
       </mi>

      </math>.</title>
    </caption>
    <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/8104613-rId423.jpeg?20241025044821" />
   </fig>
   <p>Example 3 In order to explore the influence of elastic coefficient of foundation on beam vibration, we change the elastic coefficient and fix the remaining parameters. The vibration image of the beam midpoint is obtained, as shown in <xref ref-type="fig" rid="fig5">
     Figure 5
    </xref>. It shows that the vibration frequency increases with the increase of elastic coefficient.</p>
   <fig id="fig5" position="float">
    <label>Figure 5</label>
    <caption>
     <title>Figure 5. The deflection at the midpoint of beam corresponding to different elastic coefficients 

      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        
  k
 
       </mi>

      </math>.</title>
    </caption>
    <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/8104613-rId426.jpeg?20241025044821" />
   </fig>
   <p>Example 4 The biggest difference between Pasternak foundation model and Winkler foundation model is that the former takes shear force into account. To explore the impact of this distinction, we plot the image of beam vibration on Winkler foundation ( 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         G 
       </mi> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>) and on Pasternak foundation ( 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         G 
       </mi> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        5.92 
      </mn> 
      <mo>
        × 
      </mo> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mn>
          10 
        </mn> 
       </mrow> 
       <mn>
         8 
       </mn> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>), respectively, as shown in <xref ref-type="fig" rid="fig6">
     Figure 6
    </xref>. We can draw a conclusion that the added consideration of shear force leads to greater stiffness between the structure and foundation, resulting in an increase in the free vibration frequency.</p>
   <fig id="fig6" position="float">
    <label>Figure 6</label>
    <caption>
     <title>Figure 6. The deflection at the midpoint of beam on Winkler foundation and Pasternak foundation.</title>
    </caption>
    <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/8104613-rId433.jpeg?20241025044821" />
   </fig>
  </sec><sec id="s4">
   <title>4. Conclusions</title>
   <p>Considering that the beam vibration equation requires the first derivative of deflection 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       u 
     </mi> 
    </math> to be continuous on the whole, we choose Hermite finite element method, which has some advantages. Compared with other numerical methods, Hermite finite element method has a higher order of error convergence, which can reach 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        O 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
         <mn>
           4 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> in the sense of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>-norm (Theorem 2.1). In addition, it can ensure that the interpolation function has continuous first derivative. Due to the characteristics of Hermite finite element method, when we calculate the deflection 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       u 
     </mi> 
    </math>, we can also directly get the 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <msup> 
      <mi>
        u 
      </mi> 
      <mo>
        ′ 
      </mo> 
     </msup> 
    </math> ((19)-(21)), that is, the angle value. This also reduces the error caused by the intermediate process.</p>
   <p>In this article, we propose the Hermite finite element scheme to solve the vibration equation of viscoelastic Pasternak foundation beam. Semi-discrete and fully discrete schemes are given and their error estimation in the sense of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> norm is proved, which has fourth-order convergence accuracy in space and second-order in time. The results of theoretical analysis are verified in numerical examples, and the effects of foundation coefficients on beam vibration are investigated. It can be seen from the experiment that the shear coefficient can affect the free vibration characteristics of the foundation beam, including vibration frequency and amplitude. In engineering practice, it is necessary to focus on the effects of shear forces to ensure the stability and safety of the structure.</p>
  </sec><sec id="s5">
   <title>Acknowledgments</title>
   <p>The work is supported by Natural Science Foundation of Shandong Province (contract grant number: ZR2021MA063). The authors would like to thank the referees and editors for their valuable comments and suggestions.</p>
  </sec>
 </body><back>
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