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    jamp
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    <journal-title>
     Journal of Applied Mathematics and Physics
    </journal-title>
   </journal-title-group>
   <issn pub-type="epub">
    2327-4352
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   <issn publication-format="print">
    2327-4379
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   <publisher>
    <publisher-name>
     Scientific Research Publishing
    </publisher-name>
   </publisher>
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   <article-id pub-id-type="doi">
    10.4236/jamp.2025.135103
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   <article-id pub-id-type="publisher-id">
    jamp-142904
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     <subject>
      Articles
     </subject>
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     <subject>
      Physics 
     </subject>
     <subject>
       Mathematics
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   <title-group>
    Optimizing Protection and Treatment Strategies for Childhood Pneumonia amid Vaccine-Unresponsive Serotypes
   </title-group>
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    <contrib contrib-type="author" xlink:type="simple">
     <name name-style="western">
      <surname>
       Michael
      </surname>
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       Byamukama
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     </name>
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     <name name-style="western">
      <surname>
       Mohammed
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       Kizito
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     </name>
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    <addr-line>
     aDepartment of Mathematics, Mabara University of Science and Technology, Mbarara, Uganda
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     08
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     05
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     2025
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   <volume>
    13
   </volume> 
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    05
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    1834
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    1857
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      March
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      25,
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      March
     </month>
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      2025
     </year> 
    </date> 
    <date date-type="accepted">
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      25,
     </day>
     <month>
      May
     </month>
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      2025
     </year> 
    </date>
   </history>
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    <copyright-statement>
     © Copyright 2014 by authors and Scientific Research Publishing Inc. 
    </copyright-statement>
    <copyright-year>
     2014
    </copyright-year>
    <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>
    A mathematical model integrating both vaccination and treatment strategies for childhood pneumonia is developed to assess conditions for effective disease control. Special attention is given to individuals who do not respond to the vaccine, and their role in pneumonia transmission dynamics is analyzed. The effective reproduction number is derived, and conditions for the asymptotic stability of both the disease-free and endemic equilibria are established. An optimal control analysis is conducted to determine the most effective strategies for minimizing pneumonia cases. Three time-dependent control measures are considered: 1) pneumonia prevention, 2) identification and treatment of carriers, and 3) enhanced treatment of infected individuals. Numerical simulations and sensitivity analysis reveal that while vaccination and treatment significantly reduce pneumonia prevalence, the presence of vaccine-unresponsive serotypes poses a challenge to disease eradication. Additionally, results indicate that implementing multiple control strategies is more effective than relying on a single intervention. A combination of all three measures yields the best outcomes in reducing both infection and carriage rates.
   </abstract>
   <kwd-group> 
    <kwd>
     Pneumonia
    </kwd> 
    <kwd>
      Effective Reproduction Number
    </kwd> 
    <kwd>
      Optimal Protection
    </kwd> 
    <kwd>
      Treatment
    </kwd> 
    <kwd>
      Vaccination
    </kwd> 
    <kwd>
      Serotypes
    </kwd>
   </kwd-group>
  </article-meta>
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 <body>
  <sec id="s1">
   <title>1. Introduction</title>
   <p>Childhood pneumonia remains a leading cause of mortality among infants and children under five years old, posing a significant disease burden worldwide <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142904-1">
     [1]
    </xref>-<xref ref-type="bibr" rid="scirp.142904-4">
     [4]
    </xref>. While it affects children in both developed and developing countries, the impact is most severe in sub-Saharan Africa and South Asia due to high child populations and inadequate healthcare systems. Among the various forms of pneumonia, Streptococcus pneumoniae is the most common cause of severe and fatal bacterial pneumonia in children <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142904-1">
     [1]
    </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142904-2">
     [2]
    </xref>. The infection targets the lower respiratory tract, leading to fluid accumulation in the airspaces and symptoms such as tachypnea, dyspnea, hypoxia, and cough <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142904-5">
     [5]
    </xref>. In addition to respiratory complications, pneumonia can cause life-threatening invasive infections such as sepsis and meningitis.</p>
   <p>Bacterial pneumonia is primarily transmitted through airborne droplets, but reactivation due to incomplete treatment is also possible. Infants may contract the infection through blood, particularly during or shortly after birth. Fortunately, pneumonia is treatable, with amoxicillin being the first-line therapy, administered twice daily for 3 - 5 days <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142904-6">
     [6]
    </xref>. Clotrimazole serves as an alternative treatment. However, treatment failure can occur, requiring hospitalization for children whose respiratory rates do not improve within 48 - 72 hours of therapy <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142904-6">
     [6]
    </xref>.</p>
   <p>Effective preventive measures for childhood pneumonia include national immunization programs, improved nutrition, reduced exposure to tobacco smoke and indoor air pollution, and strengthened HIV prevention and treatment strategies. However, the effectiveness of these interventions varies across countries, highlighting the need for region-specific strategies to reduce pneumonia-related mortality <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142904-7">
     [7]
    </xref>.</p>
   <p>Vaccination is a key strategy in pneumonia prevention, with most governments implementing routine childhood immunization campaigns. The Prevenar 13 (PCV 13) vaccine is recommended for infants, requiring four doses at 2, 4, 6, and 12 - 15 months of age <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142904-4">
     [4]
    </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142904-8">
     [8]
    </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142904-9">
     [9]
    </xref>. However, challenges persist, as some children carry multiple serotypes of S. pneumoniae, making them unresponsive to vaccination. This complicates pneumonia dynamics by allowing vaccinated individuals to remain infectious. Additionally, studies have shown a high incidence of pneumonia within the first year of life despite good PCV coverage, influenced by HIV infection, malnutrition, and the need for full vaccination series completion for optimal protection <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142904-8">
     [8]
    </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142904-10">
     [10]
    </xref>. Several risk factors further increase childhood pneumonia susceptibility, including inadequate breastfeeding, incomplete immunization, indoor air pollution, low birth weight, and severe malnutrition <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142904-11">
     [11]
    </xref>. Addressing these factors through comprehensive prevention and treatment strategies is essential for reducing the global burden of childhood pneumonia.</p>
   <p>Without a doubt, numerous mathematical models have been developed to provide deeper insights into the dynamics of pneumonia, including <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142904-12">
     [12]
    </xref>-<xref ref-type="bibr" rid="scirp.142904-24">
     [24]
    </xref>, among others. Additionally, the opportunistic nature of pneumonia has been explored in several co-infection models <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142904-25">
     [25]
    </xref>-<xref ref-type="bibr" rid="scirp.142904-32">
     [32]
    </xref>.</p>
   <p>However, a close evaluation of these studies reveals that individuals who do not respond to the PCV 13 vaccine have received little attention. In this model, optimal protection is considered through a combination of pneumonia vaccination, raising community awareness on risk-reducing behaviors, such as avoiding smoking and alcohol consumption, practicing proper hand hygiene with soap or alcohol-based sanitizers, and improving immune response through proper nutrition. On the treatment side, optimal efforts involve timely medical intervention for infected individuals, screening for carriers, and providing appropriate treatment. To achieve maximum protection and treatment, this model assumes that all children are screened, treated, vaccinated, and that parents or guardians take proactive measures to protect them from pneumonia.</p>
  </sec><sec id="s2">
   <title>2. Compartmental Model Formulation</title>
   <p>The model is partitioned into five compartments, namely; 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        S 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>-individuals with no pneumonia but at risk of contracting it, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         P 
       </mi> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>-individuals who carry pneumonia with no symptoms but are capable of spreading it, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         P 
       </mi> 
       <mi>
         I 
       </mi> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>-individuals with pneumonia symptoms who are infectious, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        R 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>-individuals who have previously recovered from pneumonia and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        V 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>-individuals immunized against pneumonia. Combining all compartments gives the total population as:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        N 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        S 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         P 
       </mi> 
       <mi>
         c 
       </mi> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         P 
       </mi> 
       <mi>
         I 
       </mi> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        R 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        V 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>The population is assumed to mix homogeneously, giving everyone an equal chance of contracting the infection. Upon recovery, some individuals receive vaccination, while others become susceptible again. Additionally, some individuals carry pneumonia serotypes not covered by the vaccine, meaning that even those initially thought to be protected may still become infected and join either the carrier or infected class. Finally, vaccinated individuals receive timely boosters, ensuring the vaccine’s effectiveness does not wane.</p>
   <sec id="s2_1">
    <title>2.1. Pneumonia Model Parameters</title>
    <p>The parameters of the model and their descriptions are tabulated below.</p>
    <table-wrap id="table1">
     <label>
      <xref ref-type="table" rid="table1">
       Table 1
      </xref></label>
     <caption>
      <title>
       <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142904-"></xref>Table 1. Parameter values and their description.</title>
     </caption>
     <table class="MsoTableGrid custom-table" border="0" cellspacing="0" cellpadding="0"> 
      <tr> 
       <td class="custom-bottom-td acenter" width="16.25%"><p style="text-align:center">Parameter</p></td> 
       <td class="custom-bottom-td acenter" width="51.28%"><p style="text-align:center">Meaning</p></td> 
       <td class="custom-bottom-td acenter" width="14.95%"><p style="text-align:center">Value</p></td> 
       <td class="custom-bottom-td acenter" width="17.52%"><p style="text-align:center">Source</p></td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td class="custom-top-td acenter" width="16.25%"><p style="text-align:center"> 
         <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtext>
            Λ 
          </mtext> 
         </math></p></td> 
       <td class="custom-top-td aleft" width="51.28%"><p style="text-align:left">Constant increment rate into susceptible population</p></td> 
       <td class="custom-top-td acenter" width="14.95%"><p style="text-align:center">0.5000</p></td> 
       <td class="custom-top-td acenter" width="17.52%"><p style="text-align:center">Assumed</p></td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td class="acenter" width="16.25%"><p style="text-align:center"> 
         <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
            μ 
          </mi> 
         </math></p></td> 
       <td class="aleft" width="51.28%"><p style="text-align:left">Non-pneumonia related death rate in all compartments</p></td> 
       <td class="acenter" width="14.95%"><p style="text-align:center">0.002</p></td> 
       <td class="acenter" width="17.52%"><p style="text-align:center">
         <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142904-13">
          [13]
         </xref></p></td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td class="acenter" width="16.25%"><p style="text-align:center"> 
         <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
            θ 
          </mi> 
         </math></p></td> 
       <td class="aleft" width="51.28%"><p style="text-align:left">Upon infection, individuals join carriers at this rate</p></td> 
       <td class="acenter" width="14.95%"><p style="text-align:center">0.3380</p></td> 
       <td class="acenter" width="17.52%"><p style="text-align:center">
         <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142904-25">
          [25]
         </xref></p></td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td class="acenter" width="16.25%"><p style="text-align:center"> 
         <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
            σ 
          </mi> 
         </math></p></td> 
       <td class="aleft" width="51.28%"><p style="text-align:left">Pneumonia induced death rate</p></td> 
       <td class="acenter" width="14.95%"><p style="text-align:center">0.3300</p></td> 
       <td class="acenter" width="17.52%"><p style="text-align:center">
         <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142904-16">
          [16]
         </xref></p></td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td class="acenter" width="16.25%"><p style="text-align:center"> 
         <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
            β 
          </mi> 
         </math></p></td> 
       <td class="aleft" width="51.28%"><p style="text-align:left">Medication rate of pneumonia carriers</p></td> 
       <td class="acenter" width="14.95%"><p style="text-align:center">0.5150</p></td> 
       <td class="acenter" width="17.52%"><p style="text-align:center">Assumed</p></td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td class="acenter" width="16.25%"><p style="text-align:center"> 
         <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
            τ 
          </mi> 
         </math></p></td> 
       <td class="aleft" width="51.28%"><p style="text-align:left">Medication rate of infected children</p></td> 
       <td class="acenter" width="14.95%"><p style="text-align:center">0.9000</p></td> 
       <td class="acenter" width="17.52%"><p style="text-align:center">
         <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142904-23">
          [23]
         </xref></p></td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td class="acenter" width="16.25%"><p style="text-align:center"> 
         <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
            π 
          </mi> 
         </math></p></td> 
       <td class="aleft" width="51.28%"><p style="text-align:left">Carriers develop symptoms at this rate</p></td> 
       <td class="acenter" width="14.95%"><p style="text-align:center">0.1000</p></td> 
       <td class="acenter" width="17.52%"><p style="text-align:center">
         <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142904-14">
          [14]
         </xref></p></td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td class="acenter" width="16.25%"><p style="text-align:center"> 
         <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
            γ 
          </mi> 
         </math></p></td> 
       <td class="aleft" width="51.28%"><p style="text-align:left">Susceptible individuals are vaccinated at this rate</p></td> 
       <td class="acenter" width="14.95%"><p style="text-align:center">0.3000</p></td> 
       <td class="acenter" width="17.52%"><p style="text-align:center">Assumed</p></td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td class="acenter" width="16.25%"><p style="text-align:center"> 
         <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
            ψ 
          </mi> 
         </math></p></td> 
       <td class="aleft" width="51.28%"><p style="text-align:left">Upon recovery, some individuals become susceptible at this rate</p></td> 
       <td class="acenter" width="14.95%"><p style="text-align:center">0.3000</p></td> 
       <td class="acenter" width="17.52%"><p style="text-align:center">Assumed</p></td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td class="acenter" width="16.25%"><p style="text-align:center"> 
         <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
            δ 
          </mi> 
         </math></p></td> 
       <td class="aleft" width="51.28%"><p style="text-align:left">Proportion of serotypes that become carriers</p></td> 
       <td class="acenter" width="14.95%"><p style="text-align:center">0.2000</p></td> 
       <td class="acenter" width="17.52%"><p style="text-align:center">Assumed</p></td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td class="acenter" width="16.25%"><p style="text-align:center"> 
         <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
            ε 
          </mi> 
         </math></p></td> 
       <td class="aleft" width="51.28%"><p style="text-align:left">Rate of vaccine non-responsiveness</p></td> 
       <td class="acenter" width="14.95%"><p style="text-align:center">0.0020</p></td> 
       <td class="acenter" width="17.52%"><p style="text-align:center">
         <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142904-19">
          [19]
         </xref></p></td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td class="acenter" width="16.25%"><p style="text-align:center"> 
         <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
            ξ 
          </mi> 
         </math></p></td> 
       <td class="aleft" width="51.28%"><p style="text-align:left">Infectious chance of pneumonia carriers</p></td> 
       <td class="acenter" width="14.95%"><p style="text-align:center">0.4102</p></td> 
       <td class="acenter" width="17.52%"><p style="text-align:center">
         <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142904-25">
          [25]
         </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142904-31">
          [31]
         </xref></p></td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td class="acenter" width="16.25%"><p style="text-align:center"> 
         <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
            ϕ 
          </mi> 
         </math></p></td> 
       <td class="aleft" width="51.28%"><p style="text-align:left">Upon recovery, some individuals are vaccinated at this rate</p></td> 
       <td class="acenter" width="14.95%"><p style="text-align:center">0.7000</p></td> 
       <td class="acenter" width="17.52%"><p style="text-align:center">Assumed</p></td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td class="acenter" width="16.25%"><p style="text-align:center"> 
         <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
            p 
          </mi> 
         </math></p></td> 
       <td class="aleft" width="51.28%"><p style="text-align:left">Probability of transmission per contact</p></td> 
       <td class="acenter" width="14.95%"><p style="text-align:center">0.8900</p></td> 
       <td class="acenter" width="17.52%"><p style="text-align:center">
         <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142904-16">
          [16]
         </xref></p></td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td class="acenter" width="16.25%"><p style="text-align:center"> 
         <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
            k 
          </mi> 
         </math></p></td> 
       <td class="aleft" width="51.28%"><p style="text-align:left">Rate of contact with either a carrier or an infected person</p></td> 
       <td class="acenter" width="14.95%"><p style="text-align:center">1-10</p></td> 
       <td class="acenter" width="17.52%"><p style="text-align:center">
         <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142904-13">
          [13]
         </xref></p></td> 
      </tr> 
     </table>
    </table-wrap>
   </sec>
   <sec id="s2_2">
    <title>2.2. Compartmental Diagram of the Model</title>
    <fig id="fig1" position="float">
     <label>Figure 1</label>
     <caption>
      <title>Figure 1. Pneumonia model compartmental diagram.</title>
     </caption>
     <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1724146-rId58.jpeg?20250528015109" />
    </fig>
   </sec>
   <sec id="s2_3">
    <title>2.3. System of Equations Describing Pneumonia Model</title>
    <p>The variables, parameters in <xref ref-type="table" rid="table1">
      Table 1
     </xref>, compartmental diagram in <xref ref-type="fig" rid="fig1">
      Figure 1
     </xref> and the assumptions above are used to get the following system of equations.</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mtext>
         Λ 
       </mtext> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         ψ 
       </mi> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           α 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           γ 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           μ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mi>
         S 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <msub> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
          <mi>
            C 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         θ 
       </mi> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <mi>
         S 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         δ 
       </mi> 
       <mi>
         ε 
       </mi> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <msub> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
          <mi>
            I 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           θ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <mi>
         S 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           δ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mi>
         ε 
       </mi> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         π 
       </mi> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math>(1)</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           R 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         β 
       </mi> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         τ 
       </mi> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mn>
          3 
        </mn> 
       </msub> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           V 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         γ 
       </mi> 
       <mi>
         S 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         ϕ 
       </mi> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ε 
         </mi> 
         <mi>
           α 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           μ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>where 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         μ 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         β 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         π 
       </mi> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         τ 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         μ 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mn>
          3 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         μ 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         ϕ 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         ψ 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>, together with initial conditions 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         S 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          S 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
    <p>The entire population of system (1) 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         N 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>, alters at a rate</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mtext>
         Λ 
       </mtext> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mi>
         μ 
       </mi> 
       <mi>
         N 
       </mi> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math>(2)</p>
    <p>Children contract pneumonia at the force of infection given as</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              P 
            </mi> 
            <mi>
              I 
            </mi> 
           </msub> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             ξ 
           </mi> 
           <msub> 
            <mi>
              P 
            </mi> 
            <mi>
              C 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </mfrac> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math>(3)</p>
    <p>where 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        ξ 
      </mi> 
     </math> is a scaling factor, and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> refers to the pneumonia transmission potential.</p>
   </sec>
  </sec><sec id="s3">
   <title>3. Analytical Solutions of the Model</title>
   <sec id="s3_1">
    <title>3.1. Basic Properties of the Model</title>
    <p>Under this subsection, the focal properties of solutions of the pneumonia model which are significant in the proofs of stability are investigated. The state variables of the model are always non-negative and the solutions stay positive with respect to initial conditions in bounded region</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          { 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             S 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              P 
            </mi> 
            <mi>
              C 
            </mi> 
           </msub> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              P 
            </mi> 
            <mi>
              I 
            </mi> 
           </msub> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             R 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             V 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           ∈ 
         </mo> 
         <msubsup> 
          <mi>
            ℝ 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mn>
            5 
          </mn> 
         </msubsup> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
         <mo>
           ≤ 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mtext>
            Λ 
          </mtext> 
          <mi>
            μ 
          </mi> 
         </mfrac> 
        </mrow> 
        <mo>
          } 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math>(4)</p>
    <p>We seek to show that each state variable defined is non-negative for all 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> in the bounded region (4) and the model is mathematically and epidemiologically relevant.</p>
    <p>Lemma 1. The pneumonia compartment solutions 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         S 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> are non-negative for 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0. 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>Proof. Let the initial values be positive, that is, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         S 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, then for all 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> we prove that 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         S 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>. In contrast, suppose that there is a time 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> to the extent that 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         S 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mi>
            a 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          S 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mi>
            a 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         S 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> for 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> or there is a time 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> to the extent that 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mi>
            b 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <msup> 
         <mi>
           P 
         </mi> 
         <mo>
           ′ 
         </mo> 
        </msup> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mi>
            b 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         S 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> for 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> or there is a time 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mi>
          c 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> to the extent that 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mi>
            c 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <msup> 
         <mi>
           P 
         </mi> 
         <mo>
           ′ 
         </mo> 
        </msup> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mi>
            c 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         S 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> for 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mi>
          c 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> or there is a time 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> to the extent that 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mi>
            d 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mi>
            d 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         S 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> for 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> or there is a time 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> to the extent that 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          S 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         S 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> for 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>. In reference to system (1), we obtain</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
            <mi>
              a 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mtext>
         Λ 
       </mtext> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         ψ 
       </mi> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mi>
            a 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <msub> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
          <mi>
            C 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
            <mi>
              b 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
         <msub> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
          <mi>
            I 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
            <mi>
              b 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           θ 
         </mi> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
            <mi>
              b 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           δ 
         </mi> 
         <mi>
           ε 
         </mi> 
         <mi>
           V 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
            <mi>
              b 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <msub> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
          <mi>
            I 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
            <mi>
              c 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
         <msub> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
          <mi>
            c 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
            <mi>
              c 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             θ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
            <mi>
              c 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mi>
           ε 
         </mi> 
         <mi>
           V 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
            <mi>
              c 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         π 
       </mi> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mi>
            c 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           R 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
            <mi>
              d 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         β 
       </mi> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mi>
            d 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         τ 
       </mi> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mi>
            d 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           V 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
            <mi>
              e 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         γ 
       </mi> 
       <mi>
         S 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         ϕ 
       </mi> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0. 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>This gives a contradiction and thus, the compartmental solutions are non-negative for 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>. □</p>
    <p>Lemma 2. The region 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        Ω 
      </mi> 
     </math> described in (4) is bounded in 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mi>
          ℝ 
        </mi> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mn>
          5 
        </mn> 
       </msubsup> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
    <p>Proof. If there are no fatalities due to pneumonia, Equation (2) becomes</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         μ 
       </mi> 
       <mi>
         N 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <mtext>
         Λ 
       </mtext> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math>(5)</p>
    <p>Given that 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         N 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>, integrate (5) to achieve</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         N 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mtext>
          Λ 
        </mtext> 
        <mi>
          μ 
        </mi> 
       </mfrac> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mtext>
            Λ 
          </mtext> 
          <mi>
            μ 
          </mi> 
         </mfrac> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <msup> 
        <mtext>
          e 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           μ 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math>(6)</p>
    <p>After a very long time, it can be shown that</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         N 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mtext>
          Λ 
        </mtext> 
        <mi>
          μ 
        </mi> 
       </mfrac> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math>(7)</p>
    <p>Inequality (7) gives the population limit and the solution of system (1) is bounded in the region (4).</p>
    <p>Therefore, by Lemmas 1 and 2, it is sufficient to study the dynamics of pneumonia model (1).</p>
   </sec>
   <sec id="s3_2">
    <title>3.2. Pneumonia-Free Equilibrium Point</title>
    <p>The pneumonia free equilibrium is possible when there are no carriers and infected individuals in the compartment and hence no recovered individuals, that is, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0. 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> Equating the right hand side of system (1) to zero and solving</p>
    <p>for compartmental variables 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        S 
      </mi> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        V 
      </mi> 
     </math>, leads to; 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         S 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mtext>
          Λ 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mi>
           γ 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           μ 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mtext>
           Λ 
         </mtext> 
         <mi>
           γ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           μ 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             γ 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             μ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math>. Thus, the pneumonia-free equilibrium point is given as</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mfrac> 
          <mtext>
            Λ 
          </mtext> 
          <mrow> 
           <mi>
             γ 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             μ 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mtext>
             Λ 
           </mtext> 
           <mi>
             γ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             μ 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               γ 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mi>
               μ 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math>(8)</p>
    <p>implying that at equilibrium, the population consists of susceptible and vaccinated individuals only.</p>
   </sec>
   <sec id="s3_3">
    <title>3.3. Effective Reproduction Number</title>
    <p>The effective reproduction number is the mean number of secondary pneumonia cases caused by one infectious pneumonia carrier or infected individual in a community subjected to vaccination. We use the next generation matrix approach as applied in <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142904-16">
      [16]
     </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142904-23">
      [23]
     </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142904-25">
      [25]
     </xref>. The infected classes are given a priority in this strategy such that system (1) is re-arranged to become:</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <msub> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
          <mi>
            C 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         θ 
       </mi> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <mi>
         S 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         δ 
       </mi> 
       <mi>
         ε 
       </mi> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <msub> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
          <mi>
            I 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           θ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <mi>
         S 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           δ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mi>
         ε 
       </mi> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         π 
       </mi> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mtext>
         Λ 
       </mtext> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         ψ 
       </mi> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           α 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           γ 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           μ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mi>
         S 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math>(9)</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           R 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         β 
       </mi> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         τ 
       </mi> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mn>
          3 
        </mn> 
       </msub> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           V 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         γ 
       </mi> 
       <mi>
         S 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         ϕ 
       </mi> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ε 
         </mi> 
         <mi>
           α 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           μ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>From system (9), apply the symbol 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        ℐ 
      </mi> 
     </math> for the matrix of pneumonia infection terms and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi mathvariant="script">
        T 
      </mi> 
     </math> for the matrix of other transfer terms in the infectious compartments such that</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ℐ 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          [ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mtable> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <mi>
               θ 
             </mi> 
             <mi>
               α 
             </mi> 
             <mi>
               S 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mi>
               ε 
             </mi> 
             <mi>
               α 
             </mi> 
             <mi>
               V 
             </mi> 
            </mrow> 
           </mtd> 
          </mtr> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mi>
               α 
             </mi> 
             <mi>
               S 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mi>
                 δ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mi>
               ε 
             </mi> 
             <mi>
               α 
             </mi> 
             <mi>
               V 
             </mi> 
            </mrow> 
           </mtd> 
          </mtr> 
         </mtable> 
        </mrow> 
        <mo>
          ] 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
         and 
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mi mathvariant="script">
         T 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          [ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mtable> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </msub> 
             <msub> 
              <mi>
                P 
              </mi> 
              <mi>
                C 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </mtd> 
          </mtr> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               π 
             </mi> 
             <msub> 
              <mi>
                P 
              </mi> 
              <mi>
                C 
              </mi> 
             </msub> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msub> 
             <msub> 
              <mi>
                P 
              </mi> 
              <mi>
                I 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </mtd> 
          </mtr> 
         </mtable> 
        </mrow> 
        <mo>
          ] 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math>(10)</p>
    <p>Evaluating the Jacobian matrices of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        ℐ 
      </mi> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi mathvariant="script">
        T 
      </mi> 
     </math> in (10) at pneumonia-free equilibrium point (8), we respectively obtain the following matrices</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         I 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          [ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mtable> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <mi>
                 p 
               </mi> 
               <mi>
                 k 
               </mi> 
               <mi>
                 ξ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 μ 
               </mi> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
               <mi>
                 μ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 δ 
               </mi> 
               <mi>
                 ε 
               </mi> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <mi>
                 p 
               </mi> 
               <mi>
                 k 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 μ 
               </mi> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
               <mi>
                 μ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 δ 
               </mi> 
               <mi>
                 ε 
               </mi> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
           </mtd> 
          </mtr> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <mi>
                 p 
               </mi> 
               <mi>
                 k 
               </mi> 
               <mi>
                 ξ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 μ 
               </mi> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mrow> 
                 <mn>
                   1 
                 </mn> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
                 <mi>
                   θ 
                 </mi> 
                </mrow> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
               <mi>
                 μ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mrow> 
                 <mn>
                   1 
                 </mn> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
                 <mi>
                   δ 
                 </mi> 
                </mrow> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
               <mi>
                 ε 
               </mi> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <mi>
                 p 
               </mi> 
               <mi>
                 k 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 μ 
               </mi> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mrow> 
                 <mn>
                   1 
                 </mn> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
                 <mi>
                   θ 
                 </mi> 
                </mrow> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
               <mi>
                 μ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mrow> 
                 <mn>
                   1 
                 </mn> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
                 <mi>
                   δ 
                 </mi> 
                </mrow> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
               <mi>
                 ε 
               </mi> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
           </mtd> 
          </mtr> 
         </mtable> 
        </mrow> 
        <mo>
          ] 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math>(11)</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         T 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          [ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mtable> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </mtd> 
          </mtr> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               π 
             </mi> 
            </mrow> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </mtd> 
          </mtr> 
         </mtable> 
        </mrow> 
        <mo>
          ] 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math>(12)</p>
    <p>Matrices (11) and (12) are used to obtain the next generation matrix 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         I 
       </mi> 
       <msup> 
        <mi>
          T 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> as</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         I 
       </mi> 
       <msup> 
        <mi>
          T 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <msub> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          [ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mtable> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 ξ 
               </mi> 
               <msub> 
                <mi>
                  k 
                </mi> 
                <mn>
                  2 
                </mn> 
               </msub> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 π 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
               <mi>
                 μ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 δ 
               </mi> 
               <mi>
                 ε 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </msub> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
               <mi>
                 μ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 δ 
               </mi> 
               <mi>
                 ε 
               </mi> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
           </mtd> 
          </mtr> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 ξ 
               </mi> 
               <msub> 
                <mi>
                  k 
                </mi> 
                <mn>
                  2 
                </mn> 
               </msub> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 π 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mrow> 
                 <mn>
                   1 
                 </mn> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
                 <mi>
                   θ 
                 </mi> 
                </mrow> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
               <mi>
                 μ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mrow> 
                 <mn>
                   1 
                 </mn> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
                 <mi>
                   δ 
                 </mi> 
                </mrow> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
               <mi>
                 ε 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </msub> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mrow> 
                 <mn>
                   1 
                 </mn> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
                 <mi>
                   θ 
                 </mi> 
                </mrow> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
               <mi>
                 μ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mrow> 
                 <mn>
                   1 
                 </mn> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
                 <mi>
                   δ 
                 </mi> 
                </mrow> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
               <mi>
                 ε 
               </mi> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
           </mtd> 
          </mtr> 
         </mtable> 
        </mrow> 
        <mo>
          ] 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math>(13)</p>
    <p>The eigenvalues of matrix (13) are 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <msub> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             γ 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             μ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               θ 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mi>
             μ 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mi>
             ε 
           </mi> 
           <mi>
             γ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             ξ 
           </mi> 
           <msub> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             π 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             θ 
           </mi> 
           <mi>
             μ 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mi>
             ε 
           </mi> 
           <mi>
             γ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>. Mathematically,</p>
    <p>the effective reproduction number is the dominant eigenvalue of the next generation matrix (13). Thus, the effective reproduction number of the pneumonia model is given as</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <msub> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             γ 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             μ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               θ 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mi>
             μ 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mi>
             ε 
           </mi> 
           <mi>
             γ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             ξ 
           </mi> 
           <msub> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             π 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             θ 
           </mi> 
           <mi>
             μ 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mi>
             ε 
           </mi> 
           <mi>
             γ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math>(14)</p>
    <p>The basic reproduction number 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> is obtained on condition that there is no vaccination strategy, that is, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         γ 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>. This leads to</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <msub> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             θ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           θ 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             ξ 
           </mi> 
           <msub> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             π 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math>(15)</p>
    <p>The relationship between 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> in (14) and (15) respectively is given as</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mi>
           μ 
         </mi> 
         <msub> 
          <mi>
            R 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           γ 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           μ 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mi>
           ε 
         </mi> 
         <mi>
           γ 
         </mi> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <msub> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             γ 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             μ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             ξ 
           </mi> 
           <msub> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             π 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mi>
           δ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math>(16)</p>
    <p>Furthermore, if there are no children that do not react to the vaccine, that is, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ε 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, Equation (16) gives</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mi>
           μ 
         </mi> 
         <msub> 
          <mi>
            R 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           γ 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           μ 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math>(17)</p>
    <p>Proposition 3. For all positive parameters in the effective reproduction number, then, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
   </sec>
   <sec id="s3_4">
    <title>3.4. Local and Global Stability of Pneumonia-Free Equilibrium Point</title>
    <p>Theorem 1. The pneumonia-free equilibrium point (8) is locally asymptotically stable as long as 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
    <p>Proof. The Jacobian matrix of system (1) evaluated at the pneumonia-free equilibrium point is given by</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          J 
        </mi> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          [ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mtable> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               p 
             </mi> 
             <mi>
               k 
             </mi> 
             <mi>
               θ 
             </mi> 
             <mi>
               ξ 
             </mi> 
             <mfrac> 
              <mi>
                μ 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 μ 
               </mi> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
            </mrow> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               p 
             </mi> 
             <mi>
               k 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mfrac> 
              <mi>
                μ 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 μ 
               </mi> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
            </mrow> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mi>
              ψ 
            </mi> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </mtd> 
          </mtr> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <mi>
                 p 
               </mi> 
               <mi>
                 k 
               </mi> 
               <mi>
                 ξ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 μ 
               </mi> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
               <mi>
                 μ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 δ 
               </mi> 
               <mi>
                 ε 
               </mi> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <mi>
                 p 
               </mi> 
               <mi>
                 k 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 μ 
               </mi> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
               <mi>
                 μ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 δ 
               </mi> 
               <mi>
                 ε 
               </mi> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </mtd> 
          </mtr> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <mi>
                 p 
               </mi> 
               <mi>
                 k 
               </mi> 
               <mi>
                 ξ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 μ 
               </mi> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mi>
                z 
              </mi> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               π 
             </mi> 
            </mrow> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <mi>
                 p 
               </mi> 
               <mi>
                 k 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 μ 
               </mi> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mi>
                z 
              </mi> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </mtd> 
          </mtr> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mi>
              β 
            </mi> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mi>
              τ 
            </mi> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
              <mn>
                3 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </mtd> 
          </mtr> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mi>
              γ 
            </mi> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <mi>
                 p 
               </mi> 
               <mi>
                 k 
               </mi> 
               <mi>
                 ε 
               </mi> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
               <mi>
                 ξ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 μ 
               </mi> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
            </mrow> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <mi>
                 p 
               </mi> 
               <mi>
                 k 
               </mi> 
               <mi>
                 ε 
               </mi> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 μ 
               </mi> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
            </mrow> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mi>
              ϕ 
            </mi> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               μ 
             </mi> 
            </mrow> 
           </mtd> 
          </mtr> 
         </mtable> 
        </mrow> 
        <mo>
          ] 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math>(18)</p>
    <p>where 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           μ 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           γ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           μ 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           β 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           π 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           τ 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           μ 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         z 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           θ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mi>
         μ 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           δ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mi>
         ε 
       </mi> 
       <mi>
         γ 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mn>
          3 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           μ 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           ψ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> The characteristic polynomial of the Jacobian matrix (18) is given by</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         P 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          λ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mn>
            3 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           μ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            λ 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            d 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msub> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            d 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math>(19)</p>
    <p>where 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           γ 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           μ 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           μ 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               ξ 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mi>
             θ 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mi>
           γ 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               ξ 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <msub> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            R 
          </mi> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, if 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>. From the characteristic polynomial (19), we see that 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mn>
          3 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>, and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mi>
         μ 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> are clearly negative. By the Routh-Hurwitz criterion, the sub-characteristic equation</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          λ 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>has negative eigenvalues if 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, which is only possible when 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>. Therefore, we conclude that the pneumonia-free equilibrium point is locally asymptotically stable if 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>. □</p>
    <p>Theorem 2. The pneumonia-free equilibrium point 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> is globally stable if 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
    <p>Proof. Consider the Lyapunov function candidate:</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         W 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          ϑ 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          ϑ 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math>(20)</p>
    <p>where 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          ϑ 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          ϑ 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> are positive constants. The time derivative of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        W 
      </mi> 
     </math> in (20) is given by</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           W 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          ϑ 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <msub> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
          <mi>
            C 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          ϑ 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <msub> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
          <mi>
            I 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math>(21)</p>
    <p>Substituting the equations for 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <msub> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
          <mi>
            C 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <msub> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
          <mi>
            I 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math> into Equation (21) gives</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           W 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          ϑ 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           α 
         </mi> 
         <mi>
           θ 
         </mi> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           δ 
         </mi> 
         <mi>
           ε 
         </mi> 
         <mi>
           α 
         </mi> 
         <mi>
           V 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <msub> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
          <mi>
            C 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          ϑ 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           α 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             θ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           π 
         </mi> 
         <msub> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
          <mi>
            C 
          </mi> 
         </msub> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           α 
         </mi> 
         <mi>
           ε 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mi>
           V 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
         <msub> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
          <mi>
            I 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math>(22)</p>
    <p>Substituting for 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              P 
            </mi> 
            <mi>
              I 
            </mi> 
           </msub> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             ξ 
           </mi> 
           <msub> 
            <mi>
              P 
            </mi> 
            <mi>
              C 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
         </mfrac> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> in (22) and noting that 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mi>
          S 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </mfrac> 
       <mo>
         ≈ 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mi>
          μ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           γ 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           μ 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </mfrac> 
       <mo>
         ≈ 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mi>
          γ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           γ 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           μ 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math> at the pneumonia-free equilibrium point (8), we obtain</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             W 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <mo>
           ≤ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               p 
             </mi> 
             <mi>
               k 
             </mi> 
             <mi>
               ξ 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 μ 
               </mi> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
               <mi>
                 δ 
               </mi> 
               <mi>
                 ε 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              ϑ 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               p 
             </mi> 
             <mi>
               k 
             </mi> 
             <mi>
               ξ 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 μ 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mrow> 
                 <mn>
                   1 
                 </mn> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
                 <mi>
                   θ 
                 </mi> 
                </mrow> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mrow> 
                 <mn>
                   1 
                 </mn> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
                 <mi>
                   δ 
                 </mi> 
                </mrow> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mi>
               π 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              ϑ 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
          <mi>
            C 
          </mi> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               p 
             </mi> 
             <mi>
               k 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 μ 
               </mi> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
               <mi>
                 δ 
               </mi> 
               <mi>
                 ε 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              ϑ 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               p 
             </mi> 
             <mi>
               k 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mrow> 
                 <mn>
                   1 
                 </mn> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
                 <mi>
                   θ 
                 </mi> 
                </mrow> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
               <mi>
                 μ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mrow> 
                 <mn>
                   1 
                 </mn> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
                 <mi>
                   δ 
                 </mi> 
                </mrow> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              ϑ 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
          <mi>
            I 
          </mi> 
         </msub> 
         <mo>
           . 
         </mo> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math>(23)</p>
    <p>Let 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          ϑ 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          ϑ 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             p 
           </mi> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mi>
             ξ 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               μ 
             </mi> 
             <mi>
               θ 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mi>
               γ 
             </mi> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mi>
               ε 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            ϑ 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             p 
           </mi> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mi>
             ξ 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               μ 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mi>
               γ 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mi>
                 δ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mi>
               ε 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             π 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
    <p>Thus, inequality (23) simplifies to</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           W 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <msub> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
         <msub> 
          <mi>
            ϑ 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <msub> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
          <mi>
            C 
          </mi> 
         </msub> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              ϑ 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              P 
            </mi> 
            <mi>
              I 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             γ 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             μ 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            R 
          </mi> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
         </msub> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>which confirms the global stability of the pneumonia-free equilibrium point when 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>. □</p>
   </sec>
   <sec id="s3_5">
    <title>3.5. Pneumonia Endemic State</title>
    <p>The pneumonia endemic equilibrium point 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> exists when pneumonia regularly occurs in the community. It is determined from system (1) by equating its right-hand side to zero:</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>
               α 
             </mi> 
             <mi>
               θ 
             </mi> 
             <mi>
               S 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mi>
               ε 
             </mi> 
             <mi>
               α 
             </mi> 
             <mi>
               V 
             </mi> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </msub> 
             <msub> 
              <mi>
                P 
              </mi> 
              <mi>
                C 
              </mi> 
             </msub> 
             <mo>
               = 
             </mo> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mtd> 
          </mtr> 
          <mtr columnalign="left"> 
           <mtd columnalign="left"> 
            <mrow> 
             <mi>
               α 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mi>
               S 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mi>
               π 
             </mi> 
             <msub> 
              <mi>
                P 
              </mi> 
              <mi>
                C 
              </mi> 
             </msub> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mi>
               α 
             </mi> 
             <mi>
               ε 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mi>
                 δ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mi>
               V 
             </mi> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msub> 
             <msub> 
              <mi>
                P 
              </mi> 
              <mi>
                I 
              </mi> 
             </msub> 
             <mo>
               = 
             </mo> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mtd> 
          </mtr> 
          <mtr columnalign="left"> 
           <mtd columnalign="left"> 
            <mrow> 
             <mtext>
               Λ 
             </mtext> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mi>
               ϕ 
             </mi> 
             <mi>
               R 
             </mi> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 α 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 μ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mi>
               S 
             </mi> 
             <mo>
               = 
             </mo> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mtd> 
          </mtr> 
          <mtr columnalign="left"> 
           <mtd columnalign="left"> 
            <mrow> 
             <mi>
               β 
             </mi> 
             <msub> 
              <mi>
                P 
              </mi> 
              <mi>
                C 
              </mi> 
             </msub> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mi>
               τ 
             </mi> 
             <msub> 
              <mi>
                P 
              </mi> 
              <mi>
                I 
              </mi> 
             </msub> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
              <mn>
                3 
              </mn> 
             </msub> 
             <mi>
               R 
             </mi> 
             <mo>
               = 
             </mo> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mtd> 
          </mtr> 
          <mtr columnalign="left"> 
           <mtd columnalign="left"> 
            <mrow> 
             <mi>
               γ 
             </mi> 
             <mi>
               S 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mi>
               φ 
             </mi> 
             <mi>
               R 
             </mi> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 μ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
               <mi>
                 α 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mi>
               V 
             </mi> 
             <mo>
               = 
             </mo> 
             <mn>
               0. 
             </mn> 
            </mrow> 
           </mtd> 
          </mtr> 
         </mtable> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>(24)</p>
    <p>Solving system (24) together with 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mtext>
         Λ 
       </mtext> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mi>
         μ 
       </mi> 
       <mi>
         N 
       </mi> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              P 
            </mi> 
            <mi>
              I 
            </mi> 
           </msub> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             ξ 
           </mi> 
           <msub> 
            <mi>
              P 
            </mi> 
            <mi>
              C 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
         </mfrac> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> leads to the endemic steady-state. The endemic steady-state 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            S 
          </mi> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             C 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             I 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            R 
          </mi> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            V 
          </mi> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> is given by:</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          S 
        </mi> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <msub> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
         <msup> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
          <mtext>
            * 
          </mtext> 
         </msup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             γ 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             μ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mi>
               μ 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mi>
                 δ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mi>
               ε 
             </mi> 
             <mi>
               γ 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               ξ 
             </mi> 
             <msub> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msub> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mi>
               π 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               θ 
             </mi> 
             <mi>
               μ 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mi>
               ε 
             </mi> 
             <mi>
               γ 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msqrt> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mi>
              B 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             4 
           </mn> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
           <mi>
             C 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msqrt> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
         <mi>
           A 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mtext>
           Λ 
         </mtext> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           μ 
         </mi> 
         <msup> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
          <mtext>
            * 
          </mtext> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
       </mfrac> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
         <mi>
           β 
         </mi> 
         <msub> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             C 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           τ 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mtext>
             Λ 
           </mtext> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             μ 
           </mi> 
           <msup> 
            <mi>
              N 
            </mi> 
            <mtext>
              * 
            </mtext> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
         <msub> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mn>
            3 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
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        <mi>
          V 
        </mi> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mi>
           γ 
         </mi> 
         <msup> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mtext>
             * 
           </mtext> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msup> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           β 
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         <mi>
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         </mi> 
         <msup> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
          <mtext>
            * 
          </mtext> 
         </msup> 
         <msub> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             C 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           τ 
         </mi> 
         <mi>
           φ 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mtext>
             Λ 
           </mtext> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             μ 
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            <mi>
              N 
            </mi> 
            <mtext>
              * 
            </mtext> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
         <msub> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mn>
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          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             μ 
           </mi> 
           <msup> 
            <mi>
              N 
            </mi> 
            <mtext>
              * 
            </mtext> 
           </msup> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
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           </mi> 
           <mi>
             ε 
           </mi> 
           <mrow> 
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              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
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               + 
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              </mi> 
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              </mtext> 
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              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
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    <p>where 
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         D 
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       <msub> 
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          k 
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          N 
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          * 
        </mtext> 
       </msup> 
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         − 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
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        <mi>
          k 
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        </mn> 
       </msub> 
       <msub> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mn>
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        </mn> 
       </msub> 
       <msup> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
        <mtext>
          * 
        </mtext> 
       </msup> 
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         m 
       </mi> 
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          ( 
        </mo> 
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         <msub> 
          <mi>
            k 
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          <mn>
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          </mn> 
         </msub> 
         <msub> 
          <mi>
            D 
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           D 
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         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
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             m 
           </mi> 
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             + 
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              * 
            </mtext> 
           </msup> 
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          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            d 
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         <mi>
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          <mi>
            N 
          </mi> 
          <mtext>
            * 
          </mtext> 
         </msup> 
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         </mtext> 
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           + 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            d 
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          <mn>
            1 
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         </msub> 
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         <mi>
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         <msup> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
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            * 
          </mtext> 
         </msup> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mn>
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         <msub> 
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            k 
          </mi> 
          <mn>
            3 
          </mn> 
         </msub> 
         <msub> 
          <mi>
            D 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mi>
           m 
         </mi> 
         <mi>
           ε 
         </mi> 
         <msup> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
          <mtext>
            * 
          </mtext> 
         </msup> 
         <mtext>
           Λ 
         </mtext> 
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          ) 
        </mo> 
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         C 
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         = 
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          ( 
        </mo> 
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          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mn>
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            D 
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           D 
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           + 
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          <mi>
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         <mi>
           γ 
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          ) 
        </mo> 
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          ( 
        </mo> 
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           − 
         </mo> 
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          <mi>
            N 
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            * 
          </mtext> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
        <mtext>
          * 
        </mtext> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         m 
       </mi> 
       <mi>
         θ 
       </mi> 
       <msub> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         m 
       </mi> 
       <mi>
         δ 
       </mi> 
       <mi>
         ε 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         m 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <msub> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
         <msup> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
          <mtext>
            * 
          </mtext> 
         </msup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             γ 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             μ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mi>
               μ 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mi>
                 δ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mi>
               ε 
             </mi> 
             <mi>
               γ 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               ξ 
             </mi> 
             <msub> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msub> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mi>
               π 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               θ 
             </mi> 
             <mi>
               μ 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mi>
               ε 
             </mi> 
             <mi>
               γ 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
   </sec>
   <sec id="s3_6">
    <title>3.6. Bifurcation Analysis of the Pneumonia Model</title>
    <p>Let 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         S 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mn>
          3 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mn>
          4 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mn>
          5 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         N 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mn>
          3 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mn>
          4 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mn>
          5 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>. Re-write model (1) as</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <msub> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mtext>
         Λ 
       </mtext> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         ψ 
       </mi> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mn>
          4 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           α 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           γ 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           μ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <msub> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         θ 
       </mi> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         δ 
       </mi> 
       <mi>
         ε 
       </mi> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mn>
          5 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <msub> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mn>
            3 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           θ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           δ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mi>
         ε 
       </mi> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mn>
          5 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         π 
       </mi> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mn>
          3 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math>(25)</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <msub> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mn>
            4 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         β 
       </mi> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         τ 
       </mi> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mn>
          3 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mn>
          3 
        </mn> 
       </msub> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mn>
          4 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <msub> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mn>
            5 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         γ 
       </mi> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         ϕ 
       </mi> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mn>
          4 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ε 
         </mi> 
         <mi>
           α 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           μ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mn>
          5 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>where 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              r 
            </mi> 
            <mn>
              3 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             ξ 
           </mi> 
           <msub> 
            <mi>
              r 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mn>
            3 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mn>
            4 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mn>
            5 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math> is the pneumonia force of infection. Evaluating the Jacobian matrix of system (25) at pneumonia-free equilibrium, leads to</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          J 
        </mi> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          [ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mtable> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               p 
             </mi> 
             <mi>
               k 
             </mi> 
             <mi>
               θ 
             </mi> 
             <mi>
               ξ 
             </mi> 
             <mfrac> 
              <mi>
                μ 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 μ 
               </mi> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
            </mrow> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               p 
             </mi> 
             <mi>
               k 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mfrac> 
              <mi>
                μ 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 μ 
               </mi> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
            </mrow> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mi>
              ψ 
            </mi> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </mtd> 
          </mtr> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <mi>
                 p 
               </mi> 
               <mi>
                 k 
               </mi> 
               <mi>
                 ξ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 μ 
               </mi> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
               <mi>
                 μ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 δ 
               </mi> 
               <mi>
                 ε 
               </mi> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <mi>
                 p 
               </mi> 
               <mi>
                 k 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 μ 
               </mi> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
               <mi>
                 μ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 δ 
               </mi> 
               <mi>
                 ε 
               </mi> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </mtd> 
          </mtr> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <mi>
                 p 
               </mi> 
               <mi>
                 k 
               </mi> 
               <mi>
                 ξ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 μ 
               </mi> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mi>
                z 
              </mi> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               π 
             </mi> 
            </mrow> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <mi>
                 p 
               </mi> 
               <mi>
                 k 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 μ 
               </mi> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mi>
                z 
              </mi> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </mtd> 
          </mtr> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mi>
              β 
            </mi> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mi>
              τ 
            </mi> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
              <mn>
                3 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </mtd> 
          </mtr> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mi>
              γ 
            </mi> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <mi>
                 p 
               </mi> 
               <mi>
                 k 
               </mi> 
               <mi>
                 ε 
               </mi> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
               <mi>
                 ξ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 μ 
               </mi> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
            </mrow> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <mi>
                 p 
               </mi> 
               <mi>
                 k 
               </mi> 
               <mi>
                 ε 
               </mi> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 μ 
               </mi> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
            </mrow> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mi>
              ϕ 
            </mi> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               μ 
             </mi> 
            </mrow> 
           </mtd> 
          </mtr> 
         </mtable> 
        </mrow> 
        <mo>
          ] 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math>(26)</p>
    <p>Make 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mtext>
          * 
        </mtext> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> the bifurcation parameter and assess the model when 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> such that 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mtext>
          * 
        </mtext> 
       </msup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <msub> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             γ 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             μ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mi>
             ε 
           </mi> 
           <mi>
             γ 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               θ 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mi>
             μ 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               π 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mi>
               ξ 
             </mi> 
             <msub> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mi>
               ε 
             </mi> 
             <msub> 
              <mi>
                γ 
              </mi> 
              <mi>
                μ 
              </mi> 
             </msub> 
             <mi>
               θ 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math>. The charactereistic polynomial of the Jacobian (26) when 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> is obtained as</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         P 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          λ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           μ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mn>
            3 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mi>
             p 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             γ 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             μ 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             μ 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mi>
                 ξ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mi>
               θ 
             </mi> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             ε 
           </mi> 
           <mi>
             γ 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mi>
                 ξ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math>(27)</p>
    <p>Considering the characteristic polynomial (27), there is a simple zero eigenvalue and all other eigenvalues are less than zero. It is now sufficient to apply the Centre-Manifold theory, as applied in <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142904-25">
      [25]
     </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142904-30">
      [30]
     </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142904-31">
      [31]
     </xref> in order to deduce whether there is possibility of forward or backward bifurcation at 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
    <p>The right eigenvector 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mn>
            3 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mn>
            4 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mn>
            5 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> that matches up with the zero eigenvalue is got from</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          J 
        </mi> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mtext>
          T 
        </mtext> 
       </msup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          [ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mtable> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               p 
             </mi> 
             <mi>
               k 
             </mi> 
             <mi>
               θ 
             </mi> 
             <mi>
               ξ 
             </mi> 
             <mfrac> 
              <mi>
                μ 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 μ 
               </mi> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
            </mrow> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               p 
             </mi> 
             <mi>
               k 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mfrac> 
              <mi>
                μ 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 μ 
               </mi> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
            </mrow> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mi>
              ψ 
            </mi> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </mtd> 
          </mtr> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <mi>
                 p 
               </mi> 
               <mi>
                 k 
               </mi> 
               <mi>
                 ξ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 μ 
               </mi> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
               <mi>
                 μ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 δ 
               </mi> 
               <mi>
                 ε 
               </mi> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <mi>
                 p 
               </mi> 
               <mi>
                 k 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 μ 
               </mi> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
               <mi>
                 μ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 δ 
               </mi> 
               <mi>
                 ε 
               </mi> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </mtd> 
          </mtr> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <mi>
                 p 
               </mi> 
               <mi>
                 k 
               </mi> 
               <mi>
                 ξ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 μ 
               </mi> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mi>
                z 
              </mi> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               π 
             </mi> 
            </mrow> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <mi>
                 p 
               </mi> 
               <mi>
                 k 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 μ 
               </mi> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mi>
                z 
              </mi> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </mtd> 
          </mtr> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mi>
              β 
            </mi> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mi>
              τ 
            </mi> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
              <mn>
                3 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </mtd> 
          </mtr> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mi>
              γ 
            </mi> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <mi>
                 p 
               </mi> 
               <mi>
                 k 
               </mi> 
               <mi>
                 ε 
               </mi> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
               <mi>
                 ξ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 μ 
               </mi> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
            </mrow> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <mi>
                 p 
               </mi> 
               <mi>
                 k 
               </mi> 
               <mi>
                 ε 
               </mi> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 μ 
               </mi> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
            </mrow> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mi>
              ϕ 
            </mi> 
           </mtd> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               μ 
             </mi> 
            </mrow> 
           </mtd> 
          </mtr> 
         </mtable> 
        </mrow> 
        <mo>
          ] 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          [ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mtable> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </mtd> 
          </mtr> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </mtd> 
          </mtr> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mn>
                3 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </mtd> 
          </mtr> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mn>
                4 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </mtd> 
          </mtr> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mn>
                5 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </mtd> 
          </mtr> 
         </mtable> 
        </mrow> 
        <mo>
          ] 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          [ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mtable columnalign="left"> 
          <mtr columnalign="left"> 
           <mtd columnalign="left"> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </mtd> 
          </mtr> 
          <mtr columnalign="left"> 
           <mtd columnalign="left"> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </mtd> 
          </mtr> 
          <mtr columnalign="left"> 
           <mtd columnalign="left"> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </mtd> 
          </mtr> 
          <mtr columnalign="left"> 
           <mtd columnalign="left"> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </mtd> 
          </mtr> 
          <mtr columnalign="left"> 
           <mtd columnalign="left"> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </mtd> 
          </mtr> 
         </mtable> 
        </mrow> 
        <mo>
          ] 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math>(28)</p>
    <p>Evaluating system (28) leads to 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mi>
             M 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               θ 
             </mi> 
             <mi>
               μ 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mi>
               ε 
             </mi> 
             <mi>
               γ 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             m 
           </mi> 
           <msub> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mi>
               μ 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mi>
               γ 
             </mi> 
             <mi>
               τ 
             </mi> 
             <mi>
               ξ 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               m 
             </mi> 
             <mi>
               ξ 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
               <mi>
                 μ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 δ 
               </mi> 
               <mi>
                 ε 
               </mi> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          3 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          3 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mi>
             m 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               θ 
             </mi> 
             <mi>
               μ 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mi>
               ε 
             </mi> 
             <mi>
               γ 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             m 
           </mi> 
           <mi>
             ξ 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               θ 
             </mi> 
             <mi>
               μ 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mi>
               ε 
             </mi> 
             <mi>
               γ 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          3 
        </mn> 
       </msub> 
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        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          4 
        </mn> 
       </msub> 
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         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mi>
             β 
           </mi> 
           <mi>
             m 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               θ 
             </mi> 
             <mi>
               μ 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mi>
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            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
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              3 
            </mn> 
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            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               m 
             </mi> 
             <mi>
               ξ 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
               <mi>
                 μ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 δ 
               </mi> 
               <mi>
                 ε 
               </mi> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
              <mn>
                1 
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            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mi>
            τ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              k 
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            <mn>
              3 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
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        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          3 
        </mn> 
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          x 
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        <mn>
          5 
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         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
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               θ 
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             </mi> 
             <mo>
               + 
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             <mi>
               ε 
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             <mi>
               γ 
             </mi> 
            </mrow> 
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              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mn>
              1 
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           <msub> 
            <mi>
              k 
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            <mn>
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           <mi>
             B 
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          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             μ 
           </mi> 
           <msub> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
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              0 
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           <msub> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mn>
              3 
            </mn> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               m 
             </mi> 
             <mi>
               ξ 
             </mi> 
             <mrow> 
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                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
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               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 δ 
               </mi> 
               <mi>
                 ε 
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              </mrow> 
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                ) 
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             </mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          3 
        </mn> 
       </msub> 
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         = 
       </mo> 
       <msup> 
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          m 
        </mi> 
        <mn>
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        </mn> 
       </msup> 
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         μ 
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       <mi>
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       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
         <mi>
           θ 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
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         </mn> 
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        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         ψ 
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       <mi>
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          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           τ 
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         <mi>
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         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           β 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
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         A 
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       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mn>
          3 
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       </msub> 
       <mi>
         γ 
       </mi> 
       <mi>
         m 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           m 
         </mi> 
         <mi>
           μ 
         </mi> 
         <mi>
           ξ 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mi>
             θ 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           ψ 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             τ 
           </mi> 
           <mi>
             ξ 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             β 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          m 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mi>
         ε 
       </mi> 
       <mi>
         γ 
       </mi> 
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         ξ 
       </mi> 
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        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
       <msub> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mn>
          3 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         β 
       </mi> 
       <mi>
         m 
       </mi> 
       <msub> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
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          0 
        </mn> 
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         + 
       </mo> 
       <mi>
         μ 
       </mi> 
       <msub> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mn>
          3 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           m 
         </mi> 
         <mi>
           ε 
         </mi> 
         <mi>
           γ 
         </mi> 
         <msub> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mn>
            3 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           τ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         γ 
       </mi> 
       <mi>
         m 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             θ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mi>
           μ 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           ψ 
         </mi> 
         <mi>
           τ 
         </mi> 
         <mi>
           ξ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mi>
         μ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           m 
         </mi> 
         <mi>
           ε 
         </mi> 
         <mi>
           γ 
         </mi> 
         <msub> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mn>
            3 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           τ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         m 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
         <msup> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mtext>
            * 
          </mtext> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           γ 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           μ 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>In the same way, the left eigenvector 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            y 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            y 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            y 
          </mi> 
          <mn>
            3 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            y 
          </mi> 
          <mn>
            4 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            y 
          </mi> 
          <mn>
            5 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> is obtained from 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <msub> 
        <mi>
          J 
        </mi> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, which on evaluation, leads to 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mn>
          4 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mn>
          5 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mi>
             m 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               θ 
             </mi> 
             <mi>
               μ 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mi>
               ε 
             </mi> 
             <mi>
               γ 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mi>
             ξ 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               θ 
             </mi> 
             <mi>
               μ 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mi>
               ε 
             </mi> 
             <mi>
               γ 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mn>
          3 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mn>
          3 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>. The bifurcation quantities 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> are acquired as:</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <msub> 
          <mi>
            a 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <munderover> 
          <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
           <mo>
             ∑ 
           </mo> 
          </mstyle> 
          <mrow> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
           <mo>
             = 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mn>
            5 
          </mn> 
         </munderover> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <msub> 
          <mi>
            y 
          </mi> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
         </msub> 
         <msub> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
         </msub> 
         <msub> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            j 
          </mi> 
         </msub> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <msub> 
            <mi>
              m 
            </mi> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ∂ 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mi>
              i 
            </mi> 
           </msub> 
           <mo>
             ∂ 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mi>
              j 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mi>
             p 
           </mi> 
           <msup> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mtext>
              * 
            </mtext> 
           </msup> 
           <mi>
             μ 
           </mi> 
           <msub> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mn>
              3 
            </mn> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              y 
            </mi> 
            <mn>
              3 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               γ 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mi>
               μ 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  k 
                </mi> 
                <mn>
                  1 
                </mn> 
               </msub> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
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                 m 
               </mi> 
               <mi>
                 ξ 
               </mi> 
               <mi>
                 M 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              3 
            </mn> 
           </msup> 
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         </mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msubsup> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mn>
              3 
            </mn> 
           </msubsup> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <msubsup> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mn>
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            </mn> 
           </msubsup> 
           <mi>
             M 
           </mi> 
           <mi>
             B 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
           <msup> 
            <mi>
              M 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <mi>
             C 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              M 
            </mi> 
            <mn>
              3 
            </mn> 
           </msup> 
           <mi>
             D 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math>(29)</p>
    <p>
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        <mtd> 
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          <mi>
            a 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <munderover> 
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           <mo>
             ∑ 
           </mo> 
          </mstyle> 
          <mrow> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mo>
             = 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mn>
            5 
          </mn> 
         </munderover> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <msub> 
          <mi>
            y 
          </mi> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
         </msub> 
         <msub> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
         </msub> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <msub> 
            <mi>
              m 
            </mi> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ∂ 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mi>
              i 
            </mi> 
           </msub> 
           <mo>
             ∂ 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mtext>
              * 
            </mtext> 
           </msup> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mi>
             p 
           </mi> 
           <msub> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mn>
              3 
            </mn> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              y 
            </mi> 
            <mn>
              3 
            </mn> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               m 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 ξ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mi>
               M 
             </mi> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               γ 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mi>
               μ 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 m 
               </mi> 
               <mi>
                 ξ 
               </mi> 
               <mi>
                 M 
               </mi> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <msub> 
                <mi>
                  k 
                </mi> 
                <mn>
                  1 
                </mn> 
               </msub> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <mo>
           × 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               m 
             </mi> 
             <mi>
               ξ 
             </mi> 
             <mi>
               M 
             </mi> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               μ 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mn>
                 1 
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               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mi>
               ε 
             </mi> 
             <mi>
               γ 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mn>
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                 − 
               </mo> 
               <mi>
                 δ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mi>
               m 
             </mi> 
             <mi>
               M 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math>(30)</p>
    <p>where</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
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         M 
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       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         θ 
       </mi> 
       <mi>
         μ 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         δ 
       </mi> 
       <mi>
         ε 
       </mi> 
       <mi>
         γ 
       </mi> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
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        <mtd> 
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           A 
         </mi> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
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           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mrow> 
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            ( 
          </mo> 
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           <mn>
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             γ 
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           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mn>
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           </mn> 
           <mi>
             μ 
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          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           ε 
         </mi> 
         <mrow> 
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            ( 
          </mo> 
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             − 
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          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             μ 
           </mi> 
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              ( 
            </mo> 
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               − 
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             </mi> 
            </mrow> 
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              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             γ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           μ 
         </mi> 
         <mi>
           ξ 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
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             − 
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           <mi>
             ε 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
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         <mi>
           m 
         </mi> 
         <mi>
           μ 
         </mi> 
         <msup> 
          <mi>
            M 
          </mi> 
          <mn>
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          </mn> 
         </msup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mn>
               1 
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               − 
             </mo> 
             <mi>
               ξ 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <msup> 
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              ξ 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <mrow> 
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              ( 
            </mo> 
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               δ 
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             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mi>
               θ 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math></p>
    <p>
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         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mi>
           m 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             ξ 
           </mi> 
           <mrow> 
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              ( 
            </mo> 
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             <msup> 
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               + 
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                 − 
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               <mi>
                 ε 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
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             </mn> 
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               γ 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
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                 − 
               </mo> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mi>
               γ 
             </mi> 
             <mi>
               μ 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
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                 1 
               </mn> 
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                 − 
               </mo> 
               <mi>
                 δ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             ε 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               γ 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mi>
                 ξ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 μ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 m 
               </mi> 
               <mi>
                 γ 
               </mi> 
               <mi>
                 ξ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math></p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            m 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               μ 
             </mi> 
             <mi>
               ξ 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mi>
               γ 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <msup> 
                <mi>
                  ξ 
                </mi> 
                <mn>
                  2 
                </mn> 
               </msup> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               θ 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             μ 
           </mi> 
           <msup> 
            <mi>
              ξ 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mn>
               3 
             </mn> 
             <mi>
               θ 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mi>
             ε 
           </mi> 
           <mi>
             γ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             ξ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           ε 
         </mi> 
         <mi>
           γ 
         </mi> 
         <mi>
           ξ 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mi>
              ξ 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mi>
             ε 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               γ 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mi>
               μ 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math></p>
    <p>and</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          m 
        </mi> 
        <mn>
          3 
        </mn> 
       </msup> 
       <msup> 
        <mi>
          ξ 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
         <mi>
           μ 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           ξ 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mi>
             γ 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             μ 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mi>
               ξ 
             </mi> 
             <mi>
               ε 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 δ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>From the expressions of (29) and (30), we realize that 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>. This implies that model (25) possesses a forward bifurcation at the pneumonia-free equilibrium point and thus, there is at least one positive endemic equilibrium point at 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>. By this result, the following theorems hold.</p>
    <p>Theorem 3. If the effective reproduction number, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> is equal to one, then the system undergoes a forward bifurcation at the pneumonia-free equilibrium, guaranteeing the existence of at least one positive endemic equilibrium point.</p>
    <p>Theorem 4. The endemic state 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> is locally asymptotically stable if 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
   </sec>
   <sec id="s3_7">
    <title>3.7. Sensitivity Investigation of the Effective Reproduction Number</title>
    <p>In the struggle to reduce pneumonia burden, the first step is to ensure that the effective reproduction number is smaller than one, that is, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>. To achieve this, we need to determine the most vital parameters that can be reduced or increased by analyzing the sensitivity indices of the effective reproduction number with respect to the parameters. The methodology in <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142904-16">
      [16]
     </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142904-23">
      [23]
     </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142904-25">
      [25]
     </xref> is applied, where the relation for a normalized sensitivity index of the effective reproduction number, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> with respect to a parameter 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        X 
      </mi> 
     </math> is defined as:</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mi>
          X 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              R 
            </mi> 
            <mi>
              e 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            R 
          </mi> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           X 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         × 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mi>
          X 
        </mi> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            R 
          </mi> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>For example, consider the rate of contact parameter 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        p 
      </mi> 
     </math> with</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <msub> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             γ 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             μ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               θ 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mi>
             μ 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mi>
             ε 
           </mi> 
           <mi>
             γ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             ξ 
           </mi> 
           <msub> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             π 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             θ 
           </mi> 
           <mi>
             μ 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mi>
             ε 
           </mi> 
           <mi>
             γ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>then the sensitivity index of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        p 
      </mi> 
     </math> is given as:</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              R 
            </mi> 
            <mi>
              e 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            R 
          </mi> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         × 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            R 
          </mi> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         1. 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>Applying parameter values in <xref ref-type="table" rid="table1">
      Table 1
     </xref>, the sensitivity indices are generated as shown in <xref ref-type="table" rid="table2">
      Table 2
     </xref>.</p>
    <p>From <xref ref-type="table" rid="table2">
      Table 2
     </xref> and <xref ref-type="fig" rid="fig2">
      Figure 2
     </xref>, it is evident that parameters with positive sensitivity</p>
    <table-wrap id="table2">
     <label>
      <xref ref-type="table" rid="table2">
       Table 2
      </xref></label>
     <caption>
      <title>
       <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142904-"></xref>Table 2. Sensitivity indices of the effective reproduction number.</title>
     </caption>
     <table class="MsoTableGrid custom-table" border="0" cellspacing="0" cellpadding="0"> 
      <tr> 
       <td class="custom-bottom-td acenter" width="22.61%"><p style="text-align:center">Parameter</p></td> 
       <td class="custom-bottom-td acenter" width="22.61%"><p style="text-align:center">Sensitivity index</p></td> 
       <td class="custom-bottom-td acenter" width="22.61%"><p style="text-align:center">Parameter</p></td> 
       <td class="custom-bottom-td acenter" width="22.61%"><p style="text-align:center">Sensitivity index</p></td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td class="custom-top-td acenter" width="22.61%"><p style="text-align:center"> 
         <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
            p 
          </mi> 
         </math></p></td> 
       <td class="custom-top-td acenter" width="22.61%"><p style="text-align:center">+1.0000</p></td> 
       <td class="custom-top-td acenter" width="22.61%"><p style="text-align:center"> 
         <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
            τ 
          </mi> 
         </math></p></td> 
       <td class="custom-top-td acenter" width="22.61%"><p style="text-align:center">−0.6949</p></td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td class="acenter" width="22.61%"><p style="text-align:center"> 
         <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
            k 
          </mi> 
         </math></p></td> 
       <td class="acenter" width="22.61%"><p style="text-align:center">+1.0000</p></td> 
       <td class="acenter" width="22.61%"><p style="text-align:center"> 
         <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
            σ 
          </mi> 
         </math></p></td> 
       <td class="acenter" width="22.61%"><p style="text-align:center">−0.0645</p></td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td class="acenter" width="22.61%"><p style="text-align:center"> 
         <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
            θ 
          </mi> 
         </math></p></td> 
       <td class="acenter" width="22.61%"><p style="text-align:center">+0.0574</p></td> 
       <td class="acenter" width="22.61%"><p style="text-align:center"> 
         <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
            β 
          </mi> 
         </math></p></td> 
       <td class="acenter" width="22.61%"><p style="text-align:center">−0.2248</p></td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td class="acenter" width="22.61%"><p style="text-align:center"> 
         <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
            δ 
          </mi> 
         </math></p></td> 
       <td class="acenter" width="22.61%"><p style="text-align:center">+0.0287</p></td> 
       <td class="acenter" width="22.61%"><p style="text-align:center"> 
         <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
            π 
          </mi> 
         </math></p></td> 
       <td class="acenter" width="22.61%"><p style="text-align:center">−0.0140</p></td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td class="acenter" width="22.61%"><p style="text-align:center"> 
         <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
            ε 
          </mi> 
         </math></p></td> 
       <td class="acenter" width="22.61%"><p style="text-align:center">+0.3333</p></td> 
       <td class="acenter" width="22.61%"><p style="text-align:center"> 
         <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
            γ 
          </mi> 
         </math></p></td> 
       <td class="acenter" width="22.61%"><p style="text-align:center">−0.6627</p></td> 
      </tr> 
      <tr> 
       <td class="acenter" width="22.61%"><p style="text-align:center"> 
         <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
            ξ 
          </mi> 
         </math></p></td> 
       <td class="acenter" width="22.61%"><p style="text-align:center">+0.2393</p></td> 
       <td class="acenter" width="22.61%"><p style="text-align:center"> 
         <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
            τ 
          </mi> 
         </math></p></td> 
       <td class="acenter" width="22.61%"><p style="text-align:center">−0.6949</p></td> 
      </tr> 
     </table>
    </table-wrap>
    <fig id="fig2" position="float">
     <label>Figure 2</label>
     <caption>
      <title>Figure 2. Visualization of model sensitivity indices.</title>
     </caption>
     <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1724146-rId541.jpeg?20250528015112" />
    </fig>
    <p>indices, namely 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mi>
         ε 
       </mi> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mi>
         ξ 
       </mi> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mi>
         δ 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        θ 
      </mi> 
     </math> contribute to an increased prevalence of pneumonia, as their increase leads to a higher effective reproduction number. Conversely, parameters 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         β 
       </mi> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mi>
         γ 
       </mi> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mi>
         π 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        τ 
      </mi> 
     </math> have a negative impact on the effective reproduction number, meaning that increasing their values directly reduces 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>, thereby lowering the prevalence of pneumonia. By focusing on reducing parameters that increase 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> and enhancing those that decrease it, policymakers and healthcare practitioners can develop targeted interventions to lower the prevalence of pneumonia and improve public health outcomes.</p>
   </sec>
  </sec><sec id="s4">
   <title>4. Optimal Protection and Treatment in the Dynamics of Pneumonia</title>
   <sec id="s4_1">
    <title>4.1. Introduction</title>
    <p>Optimal control theory has demonstrated to be an efficient strategy in apprehending mechanisms through which infectious diseases can be restricted by concocting the optimal intervention plans. The priority is always to minimize the cost of infection or the cost of implementing the control strategy, or both. Various infectious studies have embraced optimal control theory, for example check <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142904-15">
      [15]
     </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142904-19">
      [19]
     </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142904-21">
      [21]
     </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142904-22">
      [22]
     </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142904-28">
      [28]
     </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142904-31">
      [31]
     </xref>, where the results have been magnificent in proposing the best plans for disease reduction if not elimination. Besides vaccination and treatment in the current pneumonia model (1), we further apply optimal control theory, where we seek the following three controls in the formulation of the desired optimal control model.</p>
    <p>Control 1. 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>: Pneumonia protection effort, that prevents susceptible and the unreactive vaccinated individuals from getting infected with pneumonia. We seek to achieve this strategy through community awareness programs based on proper sanitation, use of protective gears like masks when in polluted environments, taking the required diet and educating the sick to self-isolate.</p>
    <p>Control 2. 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>: Effort aimed at reducing pneumonia infected individuals through testing and providing timely and proper treatment. All children with pneumonia symptoms should be screened and treated promptly.</p>
    <p>Control 3. 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mn>
          3 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>: Pneumonia carriage reduction effort. This involves identifying carriers and subjecting them to treatment. This can be achieved through contact tracing, where all contacts of a previously infected individuals are screened and treated if found positive.</p>
    <p>These controls will be instructive in identification of the most suitable intervention plan that will probably lead to significant reduction of pneumonia cases.</p>
   </sec>
   <sec id="s4_2">
    <title>4.2. Model Formulation</title>
    <p>Let 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          { 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
          <mi>
            C 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
          <mi>
            I 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           R 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           V 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          } 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> be the state variables of the system at time 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        t 
      </mi> 
     </math>, and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          { 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mn>
            3 
          </mn> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          } 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> be the control inputs to model (1) at time 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        t 
      </mi> 
     </math>. Then, the optimal system is described by the following five first-order differential equations:</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mtext>
         Λ 
       </mtext> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         ψ 
       </mi> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mi>
           α 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           μ 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           γ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mi>
         S 
       </mi> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <msub> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
          <mi>
            C 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <mi>
         θ 
       </mi> 
       <mi>
         S 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         δ 
       </mi> 
       <mi>
         ε 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           μ 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           π 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           β 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mn>
            3 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <msub> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
          <mi>
            I 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           θ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mi>
         S 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         π 
       </mi> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mi>
         ε 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           δ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           μ 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           τ 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math>(31)</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           R 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           β 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mn>
            3 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           τ 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           ψ 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           μ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           V 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         γ 
       </mi> 
       <mi>
         S 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         ϕ 
       </mi> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           μ 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           ε 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mi>
           α 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>The goal is to minimize the number of infected individuals 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> and carriers 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> in the community while keeping the cost associated with controls 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mn>
          3 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> at a minimum value. Therefore, we seek to minimize the objective function 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        J 
      </mi> 
     </math>, defined over a feasible set of controls 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mn>
          3 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> applied over the pre-defined finite time interval 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          [ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mi>
            m 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ] 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>, given by:</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         J 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
            <mi>
              m 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msubsup> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi mathvariant="script">
               C 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
            <msub> 
             <mi>
               P 
             </mi> 
             <mi>
               C 
             </mi> 
            </msub> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi mathvariant="script">
               C 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
            <msub> 
             <mi>
               P 
             </mi> 
             <mi>
               I 
             </mi> 
            </msub> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mfrac> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </mfrac> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 W 
               </mi> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </msub> 
              <msubsup> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msubsup> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 W 
               </mi> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msub> 
              <msubsup> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msubsup> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 W 
               </mi> 
               <mn>
                 3 
               </mn> 
              </msub> 
              <msubsup> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mn>
                 3 
               </mn> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msubsup> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math>(32)</p>
    <p>where 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          W 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          W 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          W 
        </mi> 
        <mn>
          3 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> are positive coefficients. In the objective function (32), 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> represents the cost associated with pneumonia carriers, while 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> accounts for the cost related to individuals infected with pneumonia. The coefficients 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          W 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          W 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          W 
        </mi> 
        <mn>
          3 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> represent the additional costs incurred for implementing each respective control strategy 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mn>
          3 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>. Thus, we look for the optimal plans 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mtext>
            * 
          </mtext> 
         </msubsup> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msubsup> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mtext>
            * 
          </mtext> 
         </msubsup> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msubsup> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mn>
            3 
          </mn> 
          <mtext>
            * 
          </mtext> 
         </msubsup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> such that:</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         J 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mtext>
            * 
          </mtext> 
         </msubsup> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msubsup> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mtext>
            * 
          </mtext> 
         </msubsup> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msubsup> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mn>
            3 
          </mn> 
          <mtext>
            * 
          </mtext> 
         </msubsup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <munder> 
        <mrow> 
         <mtext>
           min 
         </mtext> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mn>
              3 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           ∈ 
         </mo> 
         <mi>
           U 
         </mi> 
        </mrow> 
       </munder> 
       <mi>
         J 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mn>
            3 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>where the admissible control set is defined as:</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         U 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          { 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mn>
              3 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           : 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           ≤ 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           &lt; 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           ≤ 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           &lt; 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           ≤ 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mn>
            3 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           &lt; 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
        <mo>
          } 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>The Pontryagin’s maximum principle is used to determine the necessary conditions for the satisfaction of an optimal control problem. By this principle, we define the Hamiltonian, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        h 
      </mi> 
     </math> as:</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            C 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <msub> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
          <mi>
            C 
          </mi> 
         </msub> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            C 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
         <msub> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
          <mi>
            I 
          </mi> 
         </msub> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              W 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </msub> 
           <msubsup> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msubsup> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              W 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
           <msubsup> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msubsup> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              W 
            </mi> 
            <mn>
              3 
            </mn> 
           </msub> 
           <msubsup> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mn>
              3 
            </mn> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             S 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <msub> 
            <mi>
              P 
            </mi> 
            <mi>
              C 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            3 
          </mn> 
         </msub> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <msub> 
            <mi>
              P 
            </mi> 
            <mi>
              I 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            4 
          </mn> 
         </msub> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             R 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            5 
          </mn> 
         </msub> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             V 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math></p>
    <p>where 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          L 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          L 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          L 
        </mi> 
        <mn>
          3 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          L 
        </mi> 
        <mn>
          4 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          L 
        </mi> 
        <mn>
          5 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> are the costate variables corresponding to the state variables. The characterization of the optimal control problem is presented in the theorem below.</p>
    <p>Theorem 5. Let 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mo>
          * 
        </mo> 
       </msup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            * 
          </mo> 
         </msubsup> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msubsup> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mo>
            * 
          </mo> 
         </msubsup> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msubsup> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mn>
            3 
          </mn> 
          <mo>
            * 
          </mo> 
         </msubsup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <mi>
         U 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> be a set of optimal plans and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         X 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
          <mi>
            C 
          </mi> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
          <mi>
            I 
          </mi> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           R 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           V 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> the corresponding set of solutions that minimizes 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        J 
      </mi> 
     </math> over 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        U 
      </mi> 
     </math>. Then, there exist costate variables 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          L 
        </mi> 
        <mi>
          X 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> such that:</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mi>
            X 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           X 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math>(33)</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          L 
        </mi> 
        <mi>
          X 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mi>
            m 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math>(34)</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mtext>
            * 
          </mtext> 
         </msubsup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mi>
         i 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mn>
         3. 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>(35)</p>
    <p>Equations (33), (34), and (35) represent the adjoint conditions, transversality conditions, and optimality conditions, respectively.</p>
    <p>Proof. We apply Pontryagin’s maximum principle for bounded controls as applied in <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142904-19">
      [19]
     </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142904-22">
      [22]
     </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.142904-31">
      [31]
     </xref>. The adjoint system is obtained from Equation (33) as follows:</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           S 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            5 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mi>
         γ 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           θ 
         </mi> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
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             − 
           </mo> 
           <mi>
             θ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
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          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
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          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          L 
        </mi> 
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          1 
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         μ 
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       <mo>
         , 
       </mo> 
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              L 
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             d 
           </mtext> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
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           = 
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           − 
         </mo> 
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               − 
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                 − 
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              S 
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            </mi> 
           </mfrac> 
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             + 
           </mo> 
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              ( 
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               − 
             </mo> 
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                L 
              </mi> 
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               − 
             </mo> 
             <mrow> 
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                ( 
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                 − 
               </mo> 
               <mi>
                 δ 
               </mi> 
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                ) 
              </mo> 
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         </mtext> 
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         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
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         </mtext> 
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         </mtext> 
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         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
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         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
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           × 
         </mo> 
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            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
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             − 
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           <msub> 
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              u 
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            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mi>
           ξ 
         </mi> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
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            <mi>
              L 
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            </mn> 
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           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              L 
            </mi> 
            <mn>
              4 
            </mn> 
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            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             β 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
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            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
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            <mi>
              L 
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            <mn>
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            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              L 
            </mi> 
            <mn>
              3 
            </mn> 
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          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mi>
           π 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
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          </mn> 
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           μ 
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           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            C 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
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             d 
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           <msub> 
            <mi>
              L 
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           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mfrac> 
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             ∂ 
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             h 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ∂ 
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            <mi>
              P 
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            <mi>
              I 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
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            ( 
          </mo> 
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              ( 
            </mo> 
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                L 
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               − 
             </mo> 
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               − 
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                 θ 
               </mi> 
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             + 
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         </mtext> 
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         </mtext> 
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         </mtext> 
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         </mtext> 
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         </mtext> 
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         </mtext> 
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         </mtext> 
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         </mtext> 
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         </mtext> 
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         </mtext> 
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         </mtext> 
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         </mtext> 
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         </mtext> 
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         </mtext> 
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           + 
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             τ 
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             + 
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          </mo> 
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           + 
         </mo> 
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          <mi>
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             + 
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             σ 
           </mi> 
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          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
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           − 
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          <mi>
            C 
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           , 
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           t 
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           ∂ 
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           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
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         ψ 
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          ( 
        </mo> 
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           − 
         </mo> 
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          <mi>
            L 
          </mi> 
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          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mi>
         ϕ 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          L 
        </mi> 
        <mn>
          4 
        </mn> 
       </msub> 
       <mi>
         μ 
       </mi> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            5 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           V 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            5 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           δ 
         </mi> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            3 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mi>
         ε 
       </mi> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          L 
        </mi> 
        <mn>
          5 
        </mn> 
       </msub> 
       <mi>
         μ 
       </mi> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>The transversality conditions are:</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          L 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mi>
            m 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          L 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mi>
            m 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          L 
        </mi> 
        <mn>
          3 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mi>
            m 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          L 
        </mi> 
        <mn>
          4 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mi>
            m 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          L 
        </mi> 
        <mn>
          5 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mi>
            m 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0. 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>The optimal conditions are obtained from Equation (35) by differentiating the Hamiltonian equation with respect to the control plans. This leads to:</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          W 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           θ 
         </mi> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             θ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            3 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <mi>
         S 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            5 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           δ 
         </mi> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            3 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <mi>
         ε 
       </mi> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          W 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            4 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            3 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math>(37)</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mn>
            3 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          W 
        </mi> 
        <mn>
          3 
        </mn> 
       </msub> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mn>
          3 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            4 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>From system (37), we have the following boundary conditions:</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mtext>
          * 
        </mtext> 
       </msubsup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mtext>
         max 
       </mtext> 
       <mrow> 
        <mo>
          { 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mtext>
           min 
         </mtext> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
               <msub> 
                <mi>
                  L 
                </mi> 
                <mn>
                  2 
                </mn> 
               </msub> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mrow> 
                 <mn>
                   1 
                 </mn> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
                 <mi>
                   θ 
                 </mi> 
                </mrow> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  L 
                </mi> 
                <mn>
                  3 
                </mn> 
               </msub> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <msub> 
                <mi>
                  L 
                </mi> 
                <mn>
                  1 
                </mn> 
               </msub> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mi>
               α 
             </mi> 
             <mi>
               S 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 δ 
               </mi> 
               <msub> 
                <mi>
                  L 
                </mi> 
                <mn>
                  2 
                </mn> 
               </msub> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mrow> 
                 <mn>
                   1 
                 </mn> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
                 <mi>
                   δ 
                 </mi> 
                </mrow> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  L 
                </mi> 
                <mn>
                  3 
                </mn> 
               </msub> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <msub> 
                <mi>
                  L 
                </mi> 
                <mn>
                  5 
                </mn> 
               </msub> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mi>
               ε 
             </mi> 
             <mi>
               α 
             </mi> 
             <mi>
               V 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                W 
              </mi> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          } 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <mtext>
          * 
        </mtext> 
       </msubsup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mtext>
         max 
       </mtext> 
       <mrow> 
        <mo>
          { 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mtext>
           min 
         </mtext> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  L 
                </mi> 
                <mn>
                  2 
                </mn> 
               </msub> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <msub> 
                <mi>
                  L 
                </mi> 
                <mn>
                  4 
                </mn> 
               </msub> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                P 
              </mi> 
              <mi>
                C 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                W 
              </mi> 
              <mn>
                3 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          } 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mn>
          3 
        </mn> 
        <mtext>
          * 
        </mtext> 
       </msubsup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mtext>
         max 
       </mtext> 
       <mrow> 
        <mo>
          { 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mtext>
           min 
         </mtext> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  L 
                </mi> 
                <mn>
                  2 
                </mn> 
               </msub> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <msub> 
                <mi>
                  L 
                </mi> 
                <mn>
                  4 
                </mn> 
               </msub> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                P 
              </mi> 
              <mi>
                C 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                W 
              </mi> 
              <mn>
                3 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          } 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>Thus, the optimality system is a combination of systems (31) and (36). □</p>
   </sec>
  </sec><sec id="s5">
   <title>5. Numerical Investigation</title>
   <p>In this section, we numerically investigate system (1) using MATLAB’s built-in ode45 solver. The baseline parameters from <xref ref-type="table" rid="table1">
     Table 1
    </xref> are applied, along with initial state values of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        S 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        1000 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         P 
       </mi> 
       <mi>
         C 
       </mi> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        20 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         P 
       </mi> 
       <mi>
         I 
       </mi> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        50 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        R 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        10 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        V 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        10 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>. Additionally, a fourth-order Runge-Kutta scheme is employed to numerically solve the optimality system. The iterative process is initialized with weight factors 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         W 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        2 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         W 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        2 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         W 
       </mi> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        6 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, as well as the costs 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         C 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        10 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         C 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        15 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, and is continued until the state, adjoint, and control values converge. We propose the following intervention plans:</p>
   <sec id="s5_1">
    <title>5.1. Role of Vaccination and Treatment in the Dynamics of Pneumonia</title>
    <fig id="fig3" position="float">
     <label>Figure 3</label>
     <caption>
      <title>Figure 3. Role of vaccination and treatment on the dynamics of pneumonia.</title>
     </caption>
     <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1724146-rId696.jpeg?20250528015115" />
    </fig>
    <p>In <xref ref-type="fig" rid="fig3">
      Figure 3
     </xref>, we observe the effect of treatment only ( 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>), the effect of vaccination and treatment in presence of serotypes uncovered by the vaccine ( 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>) and the effect of vaccination and treatment in absence of serotypes uncovered by the vaccine ( 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>). The result in <xref ref-type="fig" rid="fig3">
      Figure 3
     </xref>, tells that a combination of vaccination and treatment would be enough to significantly reduce the burden pneumonia puts on children, however, the presence of serotypes uncovered by the vaccine undermine the effort.</p>
   </sec>
   <sec id="s5_2">
    <title>5.2. Effects of Serotypes Uncovered by the Vaccine on the Dynamics of Pneumonia</title>
    <fig id="fig4" position="float">
     <label>Figure 4</label>
     <caption>
      <title>Figure 4. Effect of serotypes uncovered by the vaccine on pneumonia dynamics.</title>
     </caption>
     <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1724146-rId703.jpeg?20250528015116" />
    </fig>
    <p>As shown in <xref ref-type="fig" rid="fig4">
      Figure 4
     </xref>, a higher prevalence of serotypes not covered by the vaccine leads to an increase in both pneumonia carriers and infected children. This highlights the impact of serotyping in pneumonia, as the presence of uncovered serotypes can reduce vaccine efficacy and contribute to a higher disease burden.</p>
   </sec>
   <sec id="s5_3">
    <title>5.3. Optimal Protection and Treatment on the Dynamics of Pneumonia</title>
    <fig id="fig5" position="float">
     <label>Figure 5</label>
     <caption>
      <title>Figure 5. Intervention with all control strategies.</title>
     </caption>
     <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1724146-rId704.jpeg?20250528015116" />
    </fig>
    <p>In the presence of pneumonia protection, screening, and treatment, <xref ref-type="fig" rid="fig5">
      Figure 5
     </xref> demonstrates the potential eradication of both pneumonia carriers and infected individuals in the proposed optimal control model.</p>
    <p>Implementing Plan 2, as shown in <xref ref-type="fig" rid="fig6">
      Figure 6
     </xref>, leads to a significant reduction in the number of pneumonia-infected individuals. Similarly, <xref ref-type="fig" rid="fig7">
      Figure 7
     </xref> illustrates a notable decline in pneumonia carriers from the onset of the epidemic, suggesting that over time, the number of infectious individuals can be drastically reduced.</p>
    <fig id="fig6" position="float">
     <label>Figure 6</label>
     <caption>
      <title>Figure 6. Intervention with pneumonia protection and reduction of infected individuals.</title>
     </caption>
     <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1724146-rId705.jpeg?20250528015116" />
    </fig>
    <fig id="fig7" position="float">
     <label>Figure 7</label>
     <caption>
      <title>Figure 7. Intervention with pneumonia protection and reduction of carriers.</title>
     </caption>
     <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1724146-rId706.jpeg?20250528015116" />
    </fig>
    <p>Advocating for the identification and treatment of carriers and infected children, <xref ref-type="fig" rid="fig8">
      Figure 8
     </xref> indicates the possibility of eventually eliminating the epidemic. While there is an initial increase in the number of infected individuals at the onset of the disease, this declines over time.</p>
    <fig id="fig8" position="float">
     <label>Figure 8</label>
     <caption>
      <title>Figure 8. Intervention with reduction of carriers and infected individuals.</title>
     </caption>
     <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1724146-rId707.jpeg?20250528015116" />
    </fig>
    <p>At the beginning of the pneumonia outbreak, implementing Plan 5 results in only a slight decrease in the number of infectious individuals, as seen in <xref ref-type="fig" rid="fig9">
      Figure 9
     </xref>. This suggests that protection alone may not be sufficient to significantly reduce pneumonia cases.</p>
    <p>The control strategy targeting only carriers, illustrated in <xref ref-type="fig" rid="fig10">
      Figure 10
     </xref>, shows an immediate reduction in carriers from the start of the outbreak. Although the number of infected individuals is initially high, it gradually declines over time.</p>
    <fig id="fig9" position="float">
     <label>Figure 9</label>
     <caption>
      <title>Figure 9. Intervention aimed at pneumonia protection only.</title>
     </caption>
     <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1724146-rId708.jpeg?20250528015116" />
    </fig>
    <fig id="fig10" position="float">
     <label>Figure 10</label>
     <caption>
      <title>Figure 10. Intervention with carrier identification and treatment.</title>
     </caption>
     <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1724146-rId709.jpeg?20250528015116" />
    </fig>
    <fig id="fig11" position="float">
     <label>Figure 11</label>
     <caption>
      <title>Figure 11. Intervention with treating infected individuals.</title>
     </caption>
     <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1724146-rId710.jpeg?20250528015117" />
    </fig>
    <p>
     <xref ref-type="fig" rid="fig11">
      Figure 11
     </xref> reveals that the pneumonia carriage trajectory in Plan 7 closely resembles that of the no-control scenario at the beginning of the outbreak. However, over time, the number of infected individuals decreases with the implementation of Plan 7.</p>
    <p>Overall, all proposed control plans demonstrate effectiveness in reducing the number of infectious individuals. However, Plan 1 emerges as the most effective strategy for eradicating childhood pneumonia. Additionally, the results indicate that single intervention strategies are less effective than a combination of two or more control measures.</p>
   </sec>
  </sec><sec id="s6">
   <title>6. Discussion and Conclusion</title>
   <p>In this study, we developed and analyzed a deterministic model for pneumonia transmission, which was further extended to incorporate optimal control strategies for pneumonia prevention, identification, and treatment of both carriers and infected individuals. The primary objective was to determine the most effective approach to minimizing the number of infected and carrier individuals while keeping intervention costs minimal.</p>
   <p>Sensitivity analysis revealed that certain parameters have a direct influence on the effective reproduction number ( 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mi>
         e 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>). Specifically, parameters such as the contact rate ( 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       k 
     </mi> 
    </math>), the rate of vaccine non-responsiveness ( 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ε 
     </mi> 
    </math>), the probability of transmission per contact ( 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       p 
     </mi> 
    </math>), and additional factors ( 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ξ 
     </mi> 
    </math>, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       δ 
     </mi> 
    </math>, and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       θ 
     </mi> 
    </math>) contribute to an increase in pneumonia prevalence. Reducing these rates could therefore play a crucial role in controlling childhood pneumonia. Conversely, parameters such as the treatment rate of carriers ( 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       β 
     </mi> 
    </math>), the medication rate of infected children ( 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       τ 
     </mi> 
    </math>), and the vaccination rate ( 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       γ 
     </mi> 
    </math>) are negatively correlated with pneumonia prevalence, indicating that increasing these rates would lower 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mi>
         e 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> and help curb disease spread.</p>
   <p>Numerical simulations further demonstrated that a combination of treatment and vaccination is more effective than treatment alone. However, this strategy is challenged by the presence of children who do not respond to the vaccine, reducing its overall impact. Additionally, numerical results provided valuable insights into optimal control plans, showing that implementing a combination of all control measures would be the most effective approach to eliminating the pneumonia burden.</p>
   <p>In conclusion, the developed model offers valuable insights into the dynamics of pneumonia transmission and the effects of various control interventions. By implementing a comprehensive control plan, the model demonstrates that it is possible to significantly reduce the prevalence of pneumonia in the population. This work underscores the importance of carefully selecting key parameters in the control of pneumonia and provides a framework for optimizing intervention strategies. Future studies could expand upon this model by incorporating factors such as cost-effectiveness, drug resistance, multi-strain pneumonia models, and more realistic stochastic population dynamics.</p>
  </sec>
 </body><back>
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