<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.4 20241031//EN" "JATS-journalpublishing1-4.dtd">
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" article-type="research-article" dtd-version="1.4" xml:lang="en">
  <front>
    <journal-meta>
      <journal-id journal-id-type="publisher-id">jamp</journal-id>
      <journal-title-group>
        <journal-title>Journal of Applied Mathematics and Physics</journal-title>
      </journal-title-group>
      <issn pub-type="epub">2327-4379</issn>
      <issn pub-type="ppub">2327-4352</issn>
      <publisher>
        <publisher-name>Scientific Research Publishing</publisher-name>
      </publisher>
    </journal-meta>
    <article-meta>
      <article-id pub-id-type="doi">10.4236/jamp.2025.1312248</article-id>
      <article-id pub-id-type="publisher-id">jamp-148270</article-id>
      <article-categories>
        <subj-group>
          <subject>Article</subject>
        </subj-group>
        <subj-group>
          <subject>Physics</subject>
          <subject>Mathematics</subject>
        </subj-group>
      </article-categories>
      <title-group>
        <article-title>Numerical Analysis of Approximate Solutions and Linear Growth in a Glial Cell Dynamics Model</article-title>
      </title-group>
      <contrib-group>
        <contrib contrib-type="author" corresp="yes">
          <name name-style="western">
            <surname>Azizi</surname>
            <given-names>Somayyeh</given-names>
          </name>
          <xref ref-type="aff" rid="aff1">1</xref>
        </contrib>
      </contrib-group>
      <aff id="aff1"><label>1</label> Independent Researcher, Sendai, Japan </aff>
      <author-notes>
        <fn fn-type="conflict" id="fn-conflict">
          <p>The author declares no conflicts of interest regarding the publication of this paper.</p>
        </fn>
      </author-notes>
      <pub-date pub-type="epub">
        <day>08</day>
        <month>12</month>
        <year>2025</year>
      </pub-date>
      <pub-date pub-type="collection">
        <month>12</month>
        <year>2025</year>
      </pub-date>
      <volume>13</volume>
      <issue>12</issue>
      <fpage>4506</fpage>
      <lpage>4547</lpage>
      <history>
        <date date-type="received">
          <day>19</day>
          <month>02</month>
          <year>2025</year>
        </date>
        <date date-type="accepted">
          <day>21</day>
          <month>12</month>
          <year>2025</year>
        </date>
        <date date-type="published">
          <day>24</day>
          <month>12</month>
          <year>2025</year>
        </date>
      </history>
      <permissions>
        <copyright-statement>© 2025 by the authors and Scientific Research Publishing Inc.</copyright-statement>
        <copyright-year>2025</copyright-year>
        <license license-type="open-access">
          <license-p> This article is an open access article distributed under the terms and conditions of the Creative Commons Attribution (CC BY) license ( <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/</ext-link> ). </license-p>
        </license>
      </permissions>
      <self-uri content-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.4236/jamp.2025.1312248">https://doi.org/10.4236/jamp.2025.1312248</self-uri>
      <abstract>
        <p>In this study, we investigate a mathematical model that describes the growth dynamics of glial cells in glioma, formulated as a nonlinear partial differential equation with a treatment-dependent source term. To approximate the solution of this model, we employ three semi-analytical techniques: the Homotopy Analysis Method (HAM), the Homotopy Perturbation Method (HPM), and the Reduced Differential Transform Method (RDTM). A comparative analysis shows that while all three methods produce accurate results, RDTM exhibits rapid stabilization across various time points, outperforming HAM and HPM in terms of convergence speed and computational efficiency. To incorporate memory effects commonly observed in biological systems, we extend the model to a fractional-order framework. Within this extension, we apply HPM, the Fractional Reduced Differential Transform Method (FRDTM), and RDTM to construct higher-order approximations and examine their convergence behavior. We also conduct detailed convergence and error analysis for the resulting series of solutions, providing theoretical validation of their accuracy and reliability. The simulation results reveal a steady decline in glial cell concentration over time, eventually approaching negligible levels, indicating effective suppression of glioma growth under the modeled treatment. Notably, smaller values of the fractional-order parameter accelerate this decline, highlighting the significant influence of fractional dynamics on treatment outcomes. Finally, we establish the existence, uniqueness, and stability of the solution using the sectorial operator framework and the Mittag-Leffler function representation, reinforcing the mathematical soundness of the proposed model. These findings underscore the potential of fractional modeling and semi-analytical methods in capturing the complex behavior of glioma progression and enhancing therapeutic strategies.</p>
      </abstract>
      <kwd-group kwd-group-type="author-generated" xml:lang="en">
        <kwd>Nonlinear Equation</kwd>
        <kwd>Glial Cells</kwd>
        <kwd>Numerical Methods</kwd>
        <kwd>Fractional Diffusion Equation</kwd>
        <kwd>Approximate Solution</kwd>
      </kwd-group>
    </article-meta>
  </front>
  <body>
    <sec id="sec1">
      <title>1. Introduction</title>
      <p>Brain development continues for several years after birth, largely due to the presence and activity of glial cells. These cells provide essential physical and chemical support to neurons, help maintain the neural environment, and play a critical role in the central nervous system (CNS). However, glial cells are also closely associated with various CNS disorders. When they grow uncontrollably, they can disrupt normal brain development and function. One such disorder is glioma, a type of tumor caused by the over proliferation of glial cells. When glioma occurs in children, it is referred to as pediatric glioma [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>]. This neurological condition is typically treated through a combination of chemotherapy, radiotherapy, and surgical intervention [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>]. In recent years, mathematical modeling has emerged as a powerful tool for understanding the complex biological dynamics of the brain and its disorders [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>]-[<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>]. These models allow researchers to analyze biological problems, formulate and test hypotheses, and gain deeper insights into the mechanisms underlying disease progression and treatment response. A foundational mathematical formulation of the glioma model was introduced by Wein and Koplow [<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>], governed by a second-order partial differential equation, expressed as:</p>
      <disp-formula id="FD1">
        <label>(1.1)</label>
        <mml:math>
          <mml:mtable>
            <mml:mtr>
              <mml:mtd>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>∂</mml:mo>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                        <mml:mo>,</mml:mo>
                        <mml:mi>τ</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>∂</mml:mo>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mfrac>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:msup>
                  <mml:mo>∇</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msup>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>,</mml:mo>
                    <mml:mi>τ</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mi>p</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mi>k</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:mtd>
            </mml:mtr>
            <mml:mtr>
              <mml:mtd>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                    </mml:msup>
                  </mml:mrow>
                </mml:mfrac>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>∂</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                    </mml:msup>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>∂</mml:mo>
                        <mml:mi>u</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>r</mml:mi>
                            <mml:mo>,</mml:mo>
                            <mml:mi>τ</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>∂</mml:mo>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mfrac>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mi>p</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>,</mml:mo>
                    <mml:mi>τ</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mi>k</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>,</mml:mo>
                    <mml:mi>τ</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>,</mml:mo>
              </mml:mtd>
            </mml:mtr>
          </mml:mtable>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>in this equation, the parameters <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> τ </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mi> D </mml:mi></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∇ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , and <inline-formula><mml:math><mml:mi> k </mml:mi></mml:math></inline-formula> represent, respectively: the concentration of glioma cells as a function of time <inline-formula><mml:math><mml:mi> τ </mml:mi></mml:math></inline-formula> and radial distance <inline-formula><mml:math><mml:mi> r </mml:mi></mml:math></inline-formula> ; the diffusion coefficient estimating the areal speed of invasive glioblastoma cells; the Laplacian operator; and the net rate of glial cell growth and killing. This model describes the spatiotemporal evolution of glioma density in the absence of treatment. Notably, earlier two-dimensional models had also been proposed [<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>][<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>]. Interestingly, research by Stipe <italic>et al</italic>. [<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>] suggests that certain treatments such as combined radiotherapy and chemotherapy may paradoxically contribute to glioma growth. In response to these findings, Bernal and González-Gaxiola [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>] proposed a modified glioma model in 2015, introducing a treatment parameter to account for therapeutic effects. Their updated formulation, detailed in Section 2, incorporates a nonlinear term <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ω </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> τ </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> to model the suppression of glioma growth under treatment.</p>
      <p>This study conducts a numerical analysis of the modified model, aiming to capture the approximate linear progression of glial cell concentration during treatment. To evaluate the effectiveness of various semi-analytical methods in solving nonlinear partial and fractional differential equations relevant to glioma dynamics, we employ the Homotopy Analysis Method (HAM), Homotopy Perturbation Method (HPM), and Reduced Differential Transform Method (RDTM). The approximate solutions generated by these methods are illustrated in <xref ref-type="fig" rid="fig1">Figure 1</xref>, providing a basis for comparative analysis of their convergence behavior and accuracy. The figure also showcases the linear growth profile produced by RDTM at various time points, emphasizing its rapid stabilization relative to HAM and HPM. The influence of medical treatment parameters on the spatial spread of glial cells is illustrated in <xref ref-type="fig" rid="fig2">Figure 2</xref>, where the radius of cell concentration is shown to decrease over time. </p>
      <p>As a continuation of this investigation, we further examine the role of fractional derivatives in shaping the concentration dynamics of glioma cells by extending the model to a time-fractional reaction-diffusion framework, as introduced in [<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>]. This extension enables the incorporation of memory effects and anomalous diffusion behaviors frequently observed in biological systems. To solve the fractional model, we implement the Homotopy Perturbation Method (HPM) using two distinct strategies: direct recursive expansion and an embedding parameter formulation involving Mittag-Leffler functions. Additionally, the Fractional Reduced Differential Transform Method (FRDTM) and the Reduced Differential Transform Method (RDTM) are employed to provide a consistent and comparative evaluation of solution performance within this extended context. Our analysis is grounded in the Caputo-type fractional diffusion equation, which serves as the mathematical foundation for modeling the time-dependent behavior of glioma cell concentration under fractional-order dynamics. To ensure the reliability of the obtained solutions, we conduct a thorough investigation of their convergence properties and provide error estimates for all series solutions. The impact of varying fractional orders is illustrated in <xref ref-type="fig" rid="fig3">Figures 3-5</xref>, which display solution profiles and line graphs capturing the system’s evolving dynamics. In addition to the numerical analysis, we also establish the existence, uniqueness, and continuous dependence of the solution to the fractional model. This is achieved through three complementary analytical approaches: the fixed-point method via the fractional Volterra formulation, the spectral semigroup approach involving Mittag-Leffler functions, and the Laplace transform technique. Each method verifies that the problem is well-posed within suitable functional spaces. These theoretical properties are visually supported in <xref ref-type="fig" rid="fig6">Figure 6</xref>, which illustrates the stability and structure of the solution space under the fractional framework, reinforcing the mathematical soundness of the model.</p>
    </sec>
    <sec id="sec2">
      <title>2. Mathematical Formulation of a Treated Glioma Model</title>
      <p>Roberto Bernal <italic>et al</italic>. (see [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>] again) proposed an advanced mathematical framework to describe the spatiotemporal evolution of glioma cell proliferation. This model extends the classical diffusion-reaction paradigm by incorporating spatial and temporal heterogeneity, capturing the complex biological behavior of glioma growth more accurately. Traditional models often assume constant diffusion and linear reaction kinetics, which fail to reflect the invasive and proliferative nature of gliomas, especially under the influence of treatment. To address these limitations, Bernal and colleagues introduced a modified partial differential equation (PDE) with variable diffusion and nonlinear reaction terms:</p>
      <disp-formula id="FD2">
        <label>(2.1)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>∂</mml:mo>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>,</mml:mo>
                    <mml:mi>τ</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>∂</mml:mo>
                <mml:mi>τ</mml:mi>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mi>D</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>r</mml:mi>
                <mml:mo>,</mml:mo>
                <mml:mi>τ</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mo>∂</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:msup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>∂</mml:mo>
                    <mml:msup>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:msup>
                  </mml:mrow>
                </mml:mfrac>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                </mml:mfrac>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>∂</mml:mo>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>∂</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mfrac>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>[</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>p</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mi>k</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>]</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mi>u</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>r</mml:mi>
                <mml:mo>,</mml:mo>
                <mml:mi>τ</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Here, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> τ </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> represents the glioma cell density at radial position <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> ≥ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and time <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> τ </mml:mi><mml:mo> ≥ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . The diffusion coefficient <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> D </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> τ </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , proliferation rate <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> p </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> τ </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , and decay rate <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> τ </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> may vary with space and time. The term <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mi> r </mml:mi></mml:mfrac><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo> ∂ </mml:mo><mml:mi> u </mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ∂ </mml:mo><mml:mi> r </mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> arises from the Laplacian in spherical coordinates, assuming radial symmetry. The initial condition is:</p>
      <disp-formula id="FD3">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mi>u</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:msub>
                <mml:mo>,</mml:mo>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>N</mml:mi>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:msub>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> r </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the initial tumor radius, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> τ </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is diagnostic time, and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> N </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the initial cell density. In follow-up studies by Carpio and Bonilla [<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>][<xref ref-type="bibr" rid="B14">14</xref>], the model was simplified by assuming constant diffusion <inline-formula><mml:math><mml:mi> D </mml:mi></mml:math></inline-formula> and no decay <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> τ </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ≡ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , yielding a linear diffusion-reaction equation:</p>
      <disp-formula id="FD4">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>∂</mml:mo>
                <mml:mi>u</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>∂</mml:mo>
                <mml:mi>τ</mml:mi>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mi>D</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mo>∂</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:msup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>∂</mml:mo>
                    <mml:msup>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:msup>
                  </mml:mrow>
                </mml:mfrac>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                </mml:mfrac>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>∂</mml:mo>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>∂</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mfrac>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:mi>p</mml:mi>
            <mml:mi>u</mml:mi>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>This equation admits a Gaussian solution:</p>
      <disp-formula id="FD5">
        <label>(2.2)</label>
        <mml:math display="inline">
          <mml:mrow>
            <mml:mi>η</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>r</mml:mi>
                <mml:mo>,</mml:mo>
                <mml:mi>τ</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>N</mml:mi>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:msub>
                <mml:mi>exp</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>p</mml:mi>
                    <mml:mi>τ</mml:mi>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msup>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:msup>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mn>4</mml:mn>
                        <mml:mi>D</mml:mi>
                        <mml:mi>τ</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mfrac>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mn>8</mml:mn>
                        <mml:mi>π</mml:mi>
                        <mml:mi>D</mml:mi>
                        <mml:mi>τ</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>3</mml:mn>
                      <mml:mo>/</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>The denominator reflects three-dimensional diffusion, while the exponential decay term models spatial attenuation from the tumor core. To simplify further, Bernal <italic>et al</italic>. introduced a time rescaling <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> τ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mi> D </mml:mi><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and defined the normalized net proliferation rate:</p>
      <disp-formula id="FD6">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mi>ω</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>r</mml:mi>
                <mml:mo>,</mml:mo>
                <mml:mi>τ</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>p</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mi>k</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mn>2</mml:mn>
                <mml:mi>D</mml:mi>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Assuming <inline-formula><mml:math><mml:mi> D </mml:mi></mml:math></inline-formula> is constant and <inline-formula><mml:math><mml:mi> ω </mml:mi></mml:math></inline-formula> is independent of <inline-formula><mml:math><mml:mi> τ </mml:mi></mml:math></inline-formula> , the solution becomes:</p>
      <disp-formula id="FD7">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mi>N</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>r</mml:mi>
                <mml:mo>,</mml:mo>
                <mml:mi>τ</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>N</mml:mi>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mi>exp</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>ω</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>τ</mml:mi>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>τ</mml:mi>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>⋅</mml:mo>
            <mml:mi>exp</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:msup>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>τ</mml:mi>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>τ</mml:mi>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mfrac>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>If <inline-formula><mml:math><mml:mi> ω </mml:mi></mml:math></inline-formula> varies with time, the exponential must be replaced by an integral:</p>
      <disp-formula id="FD8">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mi>exp</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mstyle displaystyle="true">
                  <mml:mrow>
                    <mml:msubsup>
                      <mml:mo>∫</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>τ</mml:mi>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mi>τ</mml:mi>
                    </mml:msubsup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>ω</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>s</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mtext>d</mml:mtext>
                      <mml:mi>s</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mstyle>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>To isolate nonlinear behavior, the diffusion coefficient is fixed at <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> D </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , yielding:</p>
      <disp-formula id="FD9">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>∂</mml:mo>
                <mml:mi>u</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>∂</mml:mo>
                <mml:mi>τ</mml:mi>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:mfrac>
            <mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msup>
                <mml:mi>u</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>∂</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:mi>ω</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>r</mml:mi>
                <mml:mo>,</mml:mo>
                <mml:mi>τ</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Here, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ω </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> τ </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> acts as a source term. To model treatment effects, Bernal <italic>et al</italic>. proposed a nonlinear form:</p>
      <disp-formula id="FD10">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mi>ω</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>r</mml:mi>
                <mml:mo>,</mml:mo>
                <mml:mi>τ</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:msup>
              <mml:mtext>e</mml:mtext>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mi>u</mml:mi>
              </mml:mrow>
            </mml:msup>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:mfrac>
            <mml:msup>
              <mml:mtext>e</mml:mtext>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mn>2</mml:mn>
                <mml:mi>u</mml:mi>
              </mml:mrow>
            </mml:msup>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>This reflects increased treatment efficacy at lower cell densities. Substituting into the PDE gives the final nonlinear equation:</p>
      <disp-formula id="FD11">
        <label>(2.3)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>∂</mml:mo>
                <mml:mi>u</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>∂</mml:mo>
                <mml:mi>τ</mml:mi>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:mfrac>
            <mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msup>
                <mml:mi>u</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>∂</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:msup>
              <mml:mtext>e</mml:mtext>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mi>u</mml:mi>
              </mml:mrow>
            </mml:msup>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:mfrac>
            <mml:msup>
              <mml:mtext>e</mml:mtext>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mn>2</mml:mn>
                <mml:mi>u</mml:mi>
              </mml:mrow>
            </mml:msup>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>The initial condition is:</p>
      <disp-formula id="FD12">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mi>u</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>r</mml:mi>
                <mml:mo>,</mml:mo>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mi>ln</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>r</mml:mi>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>.</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>This ensures a smooth, positive initial profile and avoids singularities at <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . This nonlinear parabolic PDE presents analytical and numerical challenges due to its nonlinearity and spatially dependent initial condition. Standard linear techniques are insufficient, necessitating numerical methods such as finite difference or spectral schemes. The model exhibits rich dynamics due to the interplay between diffusion and nonlinear reaction, enabling the study of complex tumor behaviors. Finally, the treated glioma radius is given by (see also [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>]):</p>
      <disp-formula id="FD13">
        <label>(2.4)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>r</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mtext>treated</mml:mtext>
              </mml:mrow>
            </mml:msub>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:msup>
              <mml:mtext>e</mml:mtext>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>N</mml:mi>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
            </mml:msup>
            <mml:mo>−</mml:mo>
            <mml:mi>τ</mml:mi>
            <mml:mo>−</mml:mo>
            <mml:mn>2</mml:mn>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>This expression links the tumor radius to time and initial density, offering a practical metric for evaluating treatment outcomes.</p>
    </sec>
    <sec id="sec3">
      <title>3. Preliminaries</title>
      <sec id="sec3dot1">
        <title>3.1. Basic Idea of the Homotopy Analysis Method (HAM)</title>
        <p>One of the most widely used non-perturbative analytical techniques is the Homotopy Analysis Method (HAM), originally proposed by Shi-Jun Liao [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>]-[<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>]. HAM is a powerful and flexible approach for solving both linear and nonlinear differential and integral equations. It blends traditional perturbation techniques with the concept of homotopy from topology, providing a broader framework for constructing analytical solutions. Unlike classical perturbation methods, HAM does not rely on the presence of small or large parameters. Instead, it introduces a convergence-control parameter <inline-formula><mml:math><mml:mi> c </mml:mi></mml:math></inline-formula> , which allows researchers to adjust and regulate both the region and rate of convergence of the series solution [<xref ref-type="bibr" rid="B18">18</xref>]. This flexibility enables HAM to yield either exact closed-form solutions or rapidly converging series that approximate the exact solution with high accuracy. </p>
        <p>To illustrate the fundamental idea of HAM, consider a general nonlinear differential equation:</p>
        <disp-formula id="FD14">
          <label>(3.1)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>N</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>[</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>]</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mi>f</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mi> N </mml:mi></mml:math></inline-formula> is a nonlinear operator and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the unknown function. For simplicity, boundary conditions are omitted, though initial conditions can be incorporated similarly. HAM constructs the zero-order deformation equation as follows [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>]:</p>
        <disp-formula id="FD15">
          <label>(3.2)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mi>q</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mi>L</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>[</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                      <mml:mo>;</mml:mo>
                      <mml:mi>q</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>]</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>q</mml:mi>
              <mml:mi>c</mml:mi>
              <mml:mi>R</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>[</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>N</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>u</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>t</mml:mi>
                          <mml:mo>;</mml:mo>
                          <mml:mi>q</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mi>f</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>]</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>In this equation, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> q </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the embedding parameter, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> c </mml:mi><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the convergence-control parameter, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> ; </mml:mo><mml:mi> q </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is an unknown function, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is an initial guess of the solution, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> R </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a nonzero auxiliary function, and <inline-formula><mml:math><mml:mi> L </mml:mi></mml:math></inline-formula> is an auxiliary linear operator.</p>
        <p>When <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> q </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> q </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , Equation (3.2) yields:</p>
        <disp-formula id="FD16">
          <label>(3.3)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                  <mml:mo>;</mml:mo>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                  <mml:mo>;</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>This shows that as <inline-formula><mml:math><mml:mi> q </mml:mi></mml:math></inline-formula> increases from 0 to 1, the solution continuously deforms from the initial guess <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> to the actual solution <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . By differentiating Equation (3.2) <inline-formula><mml:math><mml:mi> m </mml:mi></mml:math></inline-formula> -times with respect to <inline-formula><mml:math><mml:mi> q </mml:mi></mml:math></inline-formula> and then setting <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> q </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , we obtain the <inline-formula><mml:math><mml:mi> m </mml:mi></mml:math></inline-formula> -th order deformation equation:</p>
        <disp-formula id="FD17">
          <label>(3.4)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mi>m</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>χ</mml:mi>
                <mml:mi>m</mml:mi>
                <mml:mtext>*</mml:mtext>
              </mml:msubsup>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>m</mml:mi>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>c</mml:mi>
              <mml:mi>H</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>A</mml:mi>
                <mml:mi>m</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where</p>
        <disp-formula id="FD18">
          <label>(3.5)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>A</mml:mi>
                <mml:mi>m</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>!</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msup>
                            <mml:mo>∂</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>m</mml:mi>
                              <mml:mo>−</mml:mo>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>∂</mml:mo>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>q</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>m</mml:mi>
                              <mml:mo>−</mml:mo>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>[</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>N</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>[</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>u</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mo>(</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>r</mml:mi>
                                  <mml:mo>,</mml:mo>
                                  <mml:mi>t</mml:mi>
                                  <mml:mo>;</mml:mo>
                                  <mml:mi>q</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo>)</mml:mo>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>]</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mi>f</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>r</mml:mi>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:mi>t</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>]</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>|</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>q</mml:mi>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Assuming <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> H </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , the equation simplifies to:</p>
        <disp-formula id="FD19">
          <label>(3.6)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mi>m</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>χ</mml:mi>
                <mml:mi>m</mml:mi>
                <mml:mtext>*</mml:mtext>
              </mml:msubsup>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>m</mml:mi>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi>c</mml:mi>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>I</mml:mi>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mi>α</mml:mi>
              </mml:msubsup>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>[</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>A</mml:mi>
                    <mml:mi>m</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>u</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>m</mml:mi>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>]</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Here, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> t </mml:mi><mml:mi> α </mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denotes the fractional integral operator defined by:</p>
        <disp-formula id="FD20">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mi>I</mml:mi>
                <mml:mi>α</mml:mi>
              </mml:msup>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>Γ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>α</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:mrow>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mo>∫</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>t</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mi>τ</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>α</mml:mi>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mi>τ</mml:mi>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mi>τ</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mi>t</mml:mi>
              <mml:mo>&gt;</mml:mo>
              <mml:mn>0</mml:mn>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mi>α</mml:mi>
              <mml:mo>&gt;</mml:mo>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>The switching function <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi> χ </mml:mi><mml:mi> m </mml:mi><mml:mtext> * </mml:mtext></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is defined as:</p>
        <disp-formula id="FD21">
          <label>(3.7)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>χ</mml:mi>
                <mml:mi>m</mml:mi>
                <mml:mtext>*</mml:mtext>
              </mml:msubsup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>{</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtable columnalign="left">
                    <mml:mtr columnalign="left">
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mtd>
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>m</mml:mi>
                          <mml:mo>≤</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mtd>
                    </mml:mtr>
                    <mml:mtr columnalign="left">
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mtd>
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>m</mml:mi>
                          <mml:mo>&gt;</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mtd>
                    </mml:mtr>
                  </mml:mtable>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>For <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> m </mml:mi><mml:mo> ≥ </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , each <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mi> m </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is governed by a linear equation with boundary conditions derived from the original problem. Expanding <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> ; </mml:mo><mml:mi> q </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in a Taylor series with respect to <inline-formula><mml:math><mml:mi> q </mml:mi></mml:math></inline-formula> , we get:</p>
        <disp-formula id="FD22">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                  <mml:mo>;</mml:mo>
                  <mml:mi>q</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:msubsup>
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>m</mml:mi>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>∞</mml:mi>
                </mml:msubsup>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mi>m</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>q</mml:mi>
                    <mml:mi>m</mml:mi>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Setting <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> q </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , the final solution becomes:</p>
        <disp-formula id="FD23">
          <label>(3.8)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:msubsup>
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>m</mml:mi>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>∞</mml:mi>
                </mml:msubsup>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mi>m</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>The set <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mi> m </mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ⋯ </mml:mo><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> represents the components of the series solution.</p>
      </sec>
      <sec id="sec3dot2">
        <title>3.2. Basic Idea of Homotopy Perturbation Method (HPM)</title>
        <p>In recent years, the Homotopy Perturbation Method (HPM), originally proposed by J.H. He [<xref ref-type="bibr" rid="B19">19</xref>]-[<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>], has emerged as an effective and versatile analytical technique for solving a broad class of linear and nonlinear functional equations. By integrating the classical perturbation approach with the topological concept of homotopy, HPM provides a robust framework for constructing both exact and approximate solutions. Its adaptability has led to successful applications in various domains, including fluid mechanics, heat transfer, biological systems, and nonlinear oscillatory phenomena. Compared to traditional perturbation methods, HPM typically involves fewer computational steps and yields highly accurate results, making it a valuable tool for both theoretical investigations and practical applications. To illustrate the fundamental idea of HPM, consider the general nonlinear differential equation</p>
        <disp-formula id="FD24">
          <label>(3.9)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>A</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mi>f</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>r</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>0</mml:mn>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mi>r</mml:mi>
              <mml:mo>∈</mml:mo>
              <mml:mi>D</mml:mi>
              <mml:mo>⊂</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mi>ℝ</mml:mi>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msup>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>subject to the boundary condition</p>
        <disp-formula id="FD25">
          <label>(3.10)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>B</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>∂</mml:mo>
                      <mml:mi>u</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>∂</mml:mo>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>0</mml:mn>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mi>r</mml:mi>
              <mml:mo>∈</mml:mo>
              <mml:mo>∂</mml:mo>
              <mml:mi>D</mml:mi>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mi> A </mml:mi></mml:math></inline-formula> is a general differential operator defined by the specific problem, <inline-formula><mml:math><mml:mi> B </mml:mi></mml:math></inline-formula> is a boundary operator, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> f </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a known analytic function, and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∂ </mml:mo><mml:mi> D </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denotes the boundary of the domain <inline-formula><mml:math><mml:mi> D </mml:mi></mml:math></inline-formula> . The operator <inline-formula><mml:math><mml:mi> A </mml:mi></mml:math></inline-formula> is typically decomposed into a linear part <inline-formula><mml:math><mml:mi> L </mml:mi></mml:math></inline-formula> and a nonlinear part <inline-formula><mml:math><mml:mi> N </mml:mi></mml:math></inline-formula> , so that Equation (3.9) can be rewritten as</p>
        <disp-formula id="FD26">
          <label>(3.11)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>L</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi>N</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mi>f</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>r</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>0.</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Following the homotopy technique introduced in [<xref ref-type="bibr" rid="B18">18</xref>], a homotopy <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> H </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> v </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> q </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> : </mml:mo><mml:mi> Ω </mml:mi><mml:mo> × </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> → </mml:mo><mml:mi> ℝ </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is constructed in the form</p>
        <disp-formula id="FD27">
          <label>(3.12)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>H</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>v</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>q</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mi>q</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>[</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>L</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>v</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mi>L</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>u</mml:mi>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>]</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi>q</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>[</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>A</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>v</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mi>f</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>]</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>0</mml:mn>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> q </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the embedding (homotopy) parameter and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is an initial approximation of the solution. By setting <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> q </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> q </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , one obtains</p>
        <disp-formula id="FD28">
          <label>(3.13)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>H</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>v</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>L</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>v</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mi>L</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>and</p>
        <disp-formula id="FD29">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>H</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>v</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>A</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>v</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mi>f</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>r</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>0</mml:mn>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>which corresponds to the original problem.</p>
        <p>The solution <inline-formula><mml:math><mml:mi> v </mml:mi></mml:math></inline-formula> is expressed as a power series in <inline-formula><mml:math><mml:mi> q </mml:mi></mml:math></inline-formula> :</p>
        <disp-formula id="FD30">
          <label>(3.14)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>v</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>v</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi>q</mml:mi>
              <mml:msub>
                <mml:mi>v</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mi>q</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:msub>
                <mml:mi>v</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mo>⋯</mml:mo>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Substituting Equation (3.14) into the homotopy Equation (3.12) and equating terms with identical powers of <inline-formula><mml:math><mml:mi> q </mml:mi></mml:math></inline-formula> , a sequence of linear equations is obtained for the components <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> v </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> v </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> v </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ⋯ </mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Setting <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> q </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , the approximate solution to the original problem is given by</p>
        <disp-formula id="FD31">
          <label>(3.15)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:munder>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>lim</mml:mtext>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>q</mml:mi>
                  <mml:mo>→</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:munder>
              <mml:mi>v</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>v</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>v</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>v</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mo>⋯</mml:mo>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>This series converges with the exact or an approximate solution, depending on the nature of the problem and the choice of the initial approximation <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
      </sec>
      <sec id="sec3dot3">
        <title>3.3. Basic Idea of Reduced Differential Transform Method (RDTM) and Fractional RDTM (FRDTM)</title>
        <p>The Reduced Differential Transform Method (RDTM) was first proposed by Zhou in 1986 [<xref ref-type="bibr" rid="B22">22</xref>]. Since then, it has garnered significant attention due to its successful application in solving a wide variety of problems [<xref ref-type="bibr" rid="B23">23</xref>][<xref ref-type="bibr" rid="B24">24</xref>]. To illustrate the basic concepts of this method, consider a function <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> that is analytic and continuously differentiable in the domain of interest. Based on the properties of the one-dimensional differential transformation, the function <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> can be represented as:</p>
        <disp-formula id="FD32">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:msubsup>
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>∞</mml:mi>
                </mml:msubsup>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>U</mml:mi>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>x</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Here, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> U </mml:mi><mml:mi> k </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is called the <italic>t-dimensional spectrum function</italic> of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . The basic definitions and operations of RDTM are reviewed as follows:</p>
        <p><italic>Definition</italic>1: If the function <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is analytic and continuously differentiable with respect to time <inline-formula><mml:math><mml:mi> t </mml:mi></mml:math></inline-formula> and space <inline-formula><mml:math><mml:mi> r </mml:mi></mml:math></inline-formula> in the domain of interest, then:</p>
        <disp-formula id="FD33">
          <label>(3.16)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>U</mml:mi>
                <mml:mi>k</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>k</mml:mi>
                  <mml:mo>!</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msup>
                            <mml:mo>∂</mml:mo>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>∂</mml:mo>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>t</mml:mi>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mi>u</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>t</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>The differential inverse transform of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> U </mml:mi><mml:mi> k </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is defined as:</p>
        <disp-formula id="FD34">
          <label>(3.17)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:msubsup>
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>∞</mml:mi>
                </mml:msubsup>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>U</mml:mi>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>x</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Combining Equations (3.16) and (3.17), we obtain: </p>
        <disp-formula id="FD35">
          <label>(3.18)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:msubsup>
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>∞</mml:mi>
                </mml:msubsup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mo>!</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>[</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msup>
                                <mml:mo>∂</mml:mo>
                                <mml:mi>k</mml:mi>
                              </mml:msup>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>∂</mml:mo>
                              <mml:msup>
                                <mml:mi>t</mml:mi>
                                <mml:mi>k</mml:mi>
                              </mml:msup>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mfrac>
                          <mml:mi>u</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>x</mml:mi>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:mi>t</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>]</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                      <mml:mo>=</mml:mo>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>This method allows for highly accurate results or even exact solutions to differential equations.</p>
        <p><bold>-</bold><bold>Fractional Reduced Differential Transform Method (FRDTM)</bold></p>
        <p>To broaden the scope of the Reduced Differential Transform Method (RDTM) to include fractional-order differential equations, Keskin and Oturanc developed the Fractional Reduced Differential Transform Method (FRDTM) in 2010 [<xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>]. This technique has proven to be a reliable and efficient approach for finding approximate or exact solutions to fractional differential equations, which are often used to describe systems with memory effects and non-local behavior. The core principles of the one-dimensional fractional differential transformation are outlined as follows: Assume that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a function of two variables that is analytic within a domain <inline-formula><mml:math><mml:mi> q </mml:mi></mml:math></inline-formula> , and let <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> r </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> t </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> be a point in this domain. The fractional differential transformation of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is given by:</p>
        <disp-formula id="FD36">
          <label>(3.19)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>U</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>r</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>Γ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>q</mml:mi>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msup>
                            <mml:mo>∂</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>q</mml:mi>
                              <mml:mi>α</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>∂</mml:mo>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>t</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>q</mml:mi>
                              <mml:mi>α</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mi>u</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>t</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mi> α </mml:mi></mml:math></inline-formula> denotes the order of the fractional derivative. The differential inverse transform of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is given by:</p>
        <disp-formula id="FD37">
          <label>(3.20)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>
              </mml:mo>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:msubsup>
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>q</mml:mi>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>∞</mml:mi>
                </mml:msubsup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>U</mml:mi>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>r</mml:mi>
                            <mml:mn>0</mml:mn>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>q</mml:mi>
                  </mml:msup>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>t</mml:mi>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>t</mml:mi>
                            <mml:mn>0</mml:mn>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>q</mml:mi>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Combining Equations (3.19) and (3.20), we get:</p>
        <disp-formula id="FD38">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:msubsup>
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>q</mml:mi>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>∞</mml:mi>
                </mml:msubsup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>Γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>q</mml:mi>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>[</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msup>
                                <mml:mo>∂</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>q</mml:mi>
                                  <mml:mi>α</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msup>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>∂</mml:mo>
                              <mml:msup>
                                <mml:mi>t</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>q</mml:mi>
                                  <mml:mi>α</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msup>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mfrac>
                          <mml:mi>u</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>r</mml:mi>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:mi>t</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>]</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                      <mml:mo>=</mml:mo>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>q</mml:mi>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>For functions of the form <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:msubsup><mml:mi> D </mml:mi><mml:mi> t </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mi> α </mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , the differential inverse transform is defined as:</p>
        <disp-formula id="FD39">
          <label>(3.21)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>
              </mml:mo>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:msubsup>
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>q</mml:mi>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>∞</mml:mi>
                </mml:msubsup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>Γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>q</mml:mi>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>Γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>q</mml:mi>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>[</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msup>
                                <mml:mo>∂</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>q</mml:mi>
                                  <mml:mi>α</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msup>
                              <mml:mi>u</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mo>(</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>r</mml:mi>
                                  <mml:mo>,</mml:mo>
                                  <mml:mi>t</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo>)</mml:mo>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>∂</mml:mo>
                              <mml:msup>
                                <mml:mi>r</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:msup>
                                    <mml:mo>∂</mml:mo>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:mi>q</mml:mi>
                                      <mml:mi>α</mml:mi>
                                    </mml:mrow>
                                  </mml:msup>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msup>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mfrac>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>]</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mtable columnalign="left">
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>r</mml:mi>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mn>0</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>t</mml:mi>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mn>0</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                    </mml:mtable>
                  </mml:msub>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mi>q</mml:mi>
                  </mml:msup>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mi>q</mml:mi>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
      </sec>
    </sec>
    <sec id="sec4">
      <title>4. Approximate Solutions for the Treated Glioma Model</title>
      <p>In this section, we investigate the nonlinear dynamics of glioma progression after therapeutic intervention by applying three powerful semi-analytical methods: the Homotopy Analysis Method (HAM), the Homotopy Perturbation Method (HPM), and the Reduced Differential Transform Method (RDTM). These techniques are employed to derive approximate solutions to a modified version of Equation (2.3), which incorporates a treatment-specific parameter to simulate the effects of therapy. By solving this enhanced model, we aim to understand how glioma cell concentrations change over time and space in response to treatment. Each method is evaluated not only for its ability to produce accurate approximations but also for its convergence behavior and effectiveness in capturing the decline in glial cell density at key spatial and temporal points. This comparative study offers valuable insights into the strengths and limitations of each approach, helping to identify the most suitable technique for modeling complex biological responses in post-treatment glioma dynamics.</p>
      <sec id="sec4dot1">
        <title>4.1. Analytical Solution via the Homotopy Analysis Method</title>
        <p>In this section, we apply the homotopy analysis method (HAM) to the nonlinear partial differential Equation (2.3)</p>
        <disp-formula id="FD40">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mo>∂</mml:mo>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>ln</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>For <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> ℝ </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (or <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> ≥ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with appropriate boundary conditions; for concreteness, we proceed on <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℝ </mml:mi></mml:math></inline-formula> and discuss boundaries later). This equation is of reaction-diffusion type, with nonlinear source terms <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mtext> e </mml:mtext><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> u </mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mtext> e </mml:mtext><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mi> u </mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>To facilitate the application of HAM, we define the nonlinear operator</p>
        <disp-formula id="FD41">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>N</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>[</mml:mo>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mo>]</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mo>∂</mml:mo>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>We select the initial guess</p>
        <disp-formula id="FD42">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>≡</mml:mo>
              <mml:mtext>ln</mml:mtext>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>which satisfies the initial condition and is independent of <inline-formula><mml:math><mml:mi> τ </mml:mi></mml:math></inline-formula> . The auxiliary linear operator is chosen as</p>
        <disp-formula id="FD43">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>L</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>[</mml:mo>
                <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                <mml:mo>]</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>≡</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mo>∂</mml:mo>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>which is invertible under standard heat-equation solvability using a suitable Green’s function. We introduce the convergence-control parameter<inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℏ </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> ℝ </mml:mi><mml:mo> ∖ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and the embedding parameter <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> p </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . The zeroth-order deformation equation is constructed as</p>
        <disp-formula id="FD44">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mi>p</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mi>L</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>[</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>Φ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>τ</mml:mi>
                      <mml:mo>;</mml:mo>
                      <mml:mi>p</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>τ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>]</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>p</mml:mi>
              <mml:mi>ℏ</mml:mi>
              <mml:mi>N</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>[</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>Φ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>τ</mml:mi>
                      <mml:mo>;</mml:mo>
                      <mml:mi>p</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>]</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>subject to the initial condition</p>
        <disp-formula id="FD45">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>Φ</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                  <mml:mo>;</mml:mo>
                  <mml:mi>p</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>ln</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>when <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> p </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , we recover <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> Φ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . When <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> p </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , the function <inline-formula><mml:math><mml:mi> Φ </mml:mi></mml:math></inline-formula> satisfies the original nonlinear equation <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> N </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mi> Φ </mml:mi><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , provided the resulting series converges. We consider a solution expressed as a power series in the embedding parameter <inline-formula><mml:math><mml:mi> p </mml:mi></mml:math></inline-formula> , given by</p>
        <disp-formula id="FD46">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>Φ</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                  <mml:mo>;</mml:mo>
                  <mml:mi>p</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:msubsup>
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>m</mml:mi>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>∞</mml:mi>
                </mml:msubsup>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mi>m</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>τ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>p</mml:mi>
                    <mml:mi>m</mml:mi>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>with the initial condition <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mi> m </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for all <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> m </mml:mi><mml:mo> ≥ </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Substituting this expansion into the zeroth-order deformation equation and equating coefficients of like powers of <inline-formula><mml:math><mml:mi> p </mml:mi></mml:math></inline-formula> , we obtain the standard Homotopy Analysis Method (HAM) recursion relation</p>
        <disp-formula id="FD47">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>L</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>[</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mi>m</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>τ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>]</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>ℏ</mml:mi>
              <mml:msub>
                <mml:mi>R</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>m</mml:mi>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mi>m</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>0</mml:mn>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mi>m</mml:mi>
              <mml:mo>≥</mml:mo>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> R </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> m </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> m </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> -th homotopy residual defined by</p>
        <disp-formula id="FD48">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>R</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>m</mml:mi>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>≡</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>!</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msup>
                            <mml:mo>∂</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>m</mml:mi>
                              <mml:mo>−</mml:mo>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>∂</mml:mo>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>p</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>m</mml:mi>
                              <mml:mo>−</mml:mo>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mi>N</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>u</mml:mi>
                            <mml:mn>0</mml:mn>
                          </mml:msub>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mstyle displaystyle="true">
                            <mml:msubsup>
                              <mml:mo>∑</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>k</mml:mi>
                                <mml:mo>=</mml:mo>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mi>∞</mml:mi>
                            </mml:msubsup>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>u</mml:mi>
                                <mml:mi>k</mml:mi>
                              </mml:msub>
                              <mml:msup>
                                <mml:mi>p</mml:mi>
                                <mml:mi>k</mml:mi>
                              </mml:msup>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mstyle>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>|</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>p</mml:mi>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Given that <inline-formula><mml:math><mml:mi> L </mml:mi></mml:math></inline-formula> is the heat operator, each <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mi> m </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> solves a linear inhomogeneous heat equation with source term <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℏ </mml:mi><mml:msub><mml:mi> R </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> m </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . For <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> m </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , the residual is computed from the nonlinear operator <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script"> N </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , yielding</p>
        <disp-formula id="FD49">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>R</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>[</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>]</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Since <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is independent of <inline-formula><mml:math><mml:mi> τ </mml:mi></mml:math></inline-formula> , the condition</p>
        <disp-formula id="FD50">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mo>∂</mml:mo>
                <mml:mi>τ</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mo>∂</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>0</mml:mn>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>does not apply. Consequently, the nonlinear operator <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script"> N </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> must be evaluated directly. Substituting the known expressions gives</p>
        <disp-formula id="FD51">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>[</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>]</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>0</mml:mn>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mn>0</mml:mn>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Given the initial approximation <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mtext> ln </mml:mtext><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , we have</p>
        <disp-formula id="FD52">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Thus, the residual simplifies to</p>
        <disp-formula id="FD53">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>R</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>r</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>r</mml:mi>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Additionally, the first-order deformation equation takes the form of a linear inhomogeneous heat equation with source term <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ℏ </mml:mi><mml:msub><mml:mi> R </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> :</p>
        <disp-formula id="FD54">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mo>∂</mml:mo>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>ℏ</mml:mi>
              <mml:msub>
                <mml:mi>R</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>r</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>0</mml:mn>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where</p>
        <disp-formula id="FD55">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>R</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>r</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>r</mml:mi>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>The solution can be expressed using the heat kernel on <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℝ </mml:mi></mml:math></inline-formula> ,</p>
        <disp-formula id="FD56">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>G</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>π</mml:mi>
                      <mml:mi>τ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msqrt>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mi>exp</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>τ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>leading to integral representation</p>
        <disp-formula id="FD57">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>ℏ</mml:mi>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:mrow>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mo>∫</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                    <mml:mi>τ</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>S</mml:mi>
                          <mml:mi>t</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>R</mml:mi>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> S </mml:mi><mml:mi> t </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denotes the heat semigroup operator. A short-time expansion of<inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> τ </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> yields</p>
        <disp-formula id="FD58">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mi>ℏ</mml:mi>
              <mml:mi>τ</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>r</mml:mi>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>τ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mn>4</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>R</mml:mi>
                  <mml:mo>″</mml:mo>
                </mml:msup>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>r</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi>O</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>τ</mml:mi>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>with </p>
        <disp-formula id="FD59">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>R</mml:mi>
                  <mml:mo>″</mml:mo>
                </mml:msup>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>r</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>2</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>3</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>4</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>For the second-order term <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , the residual is computed via differentiation of the nonlinear operator, resulting in</p>
        <disp-formula id="FD60">
          <mml:math>
            <mml:mtable>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>R</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>τ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mfrac>
                          <mml:mtext>d</mml:mtext>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mtext>d</mml:mtext>
                            <mml:mi>p</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mfrac>
                        <mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>u</mml:mi>
                              <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mstyle displaystyle="true">
                              <mml:msub>
                                <mml:mo>∑</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>k</mml:mi>
                                  <mml:mo>≥</mml:mo>
                                  <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msub>
                              <mml:mrow>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>u</mml:mi>
                                  <mml:mi>k</mml:mi>
                                </mml:msub>
                                <mml:msup>
                                  <mml:mi>p</mml:mi>
                                  <mml:mi>k</mml:mi>
                                </mml:msup>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mstyle>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>|</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>p</mml:mi>
                      <mml:mo>=</mml:mo>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:msup>
                        <mml:mtext>e</mml:mtext>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>u</mml:mi>
                            <mml:mn>0</mml:mn>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msup>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>u</mml:mi>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:msup>
                        <mml:mtext>e</mml:mtext>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>u</mml:mi>
                            <mml:mn>0</mml:mn>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msup>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>u</mml:mi>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>e</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>u</mml:mi>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>e</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>u</mml:mi>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mtext>e</mml:mtext>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>u</mml:mi>
                            <mml:mn>0</mml:mn>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msup>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:msup>
                        <mml:mtext>e</mml:mtext>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>u</mml:mi>
                            <mml:mn>0</mml:mn>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>τ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>.</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Hence, </p>
        <disp-formula id="FD61">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mo>∂</mml:mo>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>ℏ</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>e</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>u</mml:mi>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>e</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>u</mml:mi>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>0.</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>The corresponding deformation equation is again a linear inhomogeneous heat equation, and its solution is given by</p>
        <disp-formula id="FD62">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>ℏ</mml:mi>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:mrow>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mo>∫</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                    <mml:mi>τ</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>[</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>S</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>τ</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mi>s</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>(</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:msup>
                                  <mml:mtext>e</mml:mtext>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mo>−</mml:mo>
                                    <mml:msub>
                                      <mml:mi>u</mml:mi>
                                      <mml:mn>0</mml:mn>
                                    </mml:msub>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:msup>
                                <mml:mo>+</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                  <mml:mtext>e</mml:mtext>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mo>−</mml:mo>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                    <mml:msub>
                                      <mml:mi>u</mml:mi>
                                      <mml:mn>0</mml:mn>
                                    </mml:msub>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:msup>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mo>)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>u</mml:mi>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>(</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mo>⋅</mml:mo>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:mi>s</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mo>)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>]</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mi>s</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Higher-order terms follow from recursive application of the Faàdi Bruno formula to the exponential nonlinearity. The residuals <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> R </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> m </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> involve complete exponential Bell polynomials <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> E </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> m </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi> E </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> m </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , corresponding to the expansions of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mtext> e </mml:mtext><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> u </mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mtext> e </mml:mtext><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mi> u </mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , respectively. The general recurrence relation is thus governed by</p>
        <disp-formula id="FD63">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>R</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>m</mml:mi>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>[</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>e</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>u</mml:mi>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>E</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>e</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>u</mml:mi>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>E</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msubsup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>]</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>with each <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mi> m </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> obtained via convolution with the heat kernel. The HAM series solution is then</p>
        <disp-formula id="FD64">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>r</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:msubsup>
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>m</mml:mi>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>∞</mml:mi>
                </mml:msubsup>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mi>m</mml:mi>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where each term is explicitly computable through recursive integration. For practical purposes, a short-time approximation up to second order is given by</p>
        <disp-formula id="FD65">
          <mml:math>
            <mml:mtable>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>τ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>≈</mml:mo>
                  <mml:mtext>ln</mml:mtext>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:msup>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mo>(</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>r</mml:mi>
                                  <mml:mo>+</mml:mo>
                                  <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo>)</mml:mo>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>ℏ</mml:mi>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>τ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>4</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msup>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mo>(</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>r</mml:mi>
                                  <mml:mo>+</mml:mo>
                                  <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo>)</mml:mo>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mn>3</mml:mn>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>3</mml:mn>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msup>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mo>(</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>r</mml:mi>
                                  <mml:mo>+</mml:mo>
                                  <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo>)</mml:mo>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mn>4</mml:mn>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mi>O</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>τ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>‖</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>u</mml:mi>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>‖</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>τ</mml:mi>
                        <mml:mn>3</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>which provides a useful estimate for small <inline-formula><mml:math><mml:mi> τ </mml:mi></mml:math></inline-formula> . The convergence-control parameter <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℏ </mml:mi></mml:math></inline-formula> plays a crucial role in ensuring the convergence and accuracy of the series and should be selected based on the specific characteristics of the problem. The solution <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , obtained using the Homotopy Analysis Method (HAM), satisfies the initial value problem (2.3) and provides an estimate of glioma cell density at any point <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> r </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> × </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . <xref ref-type="fig" rid="fig1">Figure 1(a)</xref> illustrates the approximate linear growth profile of glioma following chemotherapy treatment, as modeled by the HAM approach.</p>
      </sec>
      <sec id="sec4dot2">
        <title>4.2. Analytical Solution via the Homotopy Perturbation Method</title>
        <p>In this section, we investigate the initial value problem defined by the nonlinear partial differential Equation (2.3):</p>
        <disp-formula id="FD66">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mo>∂</mml:mo>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>ln</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>To obtain an approximate solution, we apply the Homotopy Perturbation Method (HPM), this method constructs the solution as a power series in an embedding parameter <inline-formula><mml:math><mml:mi> p </mml:mi></mml:math></inline-formula> , which is ultimately set to 1 to recover the approximation to the original problem. We assume the solution can be expressed as a series expansion:</p>
        <disp-formula id="FD67">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:msubsup>
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>∞</mml:mi>
                </mml:msubsup>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>p</mml:mi>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msup>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>v</mml:mi>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> v </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> τ </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> satisfies the initial condition. Substituting this expansion into the original equation and equating terms of like powers of <inline-formula><mml:math><mml:mi> p </mml:mi></mml:math></inline-formula> , we obtain a recursive system for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> v </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Let us define the nonlinear term:</p>
        <disp-formula id="FD68">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>f</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Using He’s polynomials, the nonlinear term is expanded as:</p>
        <disp-formula id="FD69">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>f</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:msubsup>
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>∞</mml:mi>
                </mml:msubsup>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>H</mml:mi>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>v</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>v</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mo>⋯</mml:mo>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>v</mml:mi>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mi>p</mml:mi>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msup>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where the first few He’s polynomials are given by:</p>
        <disp-formula id="FD70">
          <mml:math>
            <mml:mtable columnalign="left">
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>H</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mi>f</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>v</mml:mi>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>H</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>v</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>f</mml:mi>
                    <mml:mo>′</mml:mo>
                  </mml:msup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>v</mml:mi>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>H</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>v</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>f</mml:mi>
                    <mml:mo>′</mml:mo>
                  </mml:msup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>v</mml:mi>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>v</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>f</mml:mi>
                    <mml:mo>″</mml:mo>
                  </mml:msup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>v</mml:mi>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>H</mml:mi>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>v</mml:mi>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>f</mml:mi>
                    <mml:mo>′</mml:mo>
                  </mml:msup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>v</mml:mi>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>v</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>v</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>f</mml:mi>
                    <mml:mo>″</mml:mo>
                  </mml:msup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>v</mml:mi>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>6</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>v</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>f</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mn>3</mml:mn>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>v</mml:mi>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mtext>etc</mml:mtext>
                  <mml:mtext>.</mml:mtext>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>We now construct the recursive system:</p>
        <disp-formula id="FD71">
          <mml:math display="inline">
            <mml:mtable columnalign="left">
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>v</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>τ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>v</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mtext>ln</mml:mtext>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>v</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>τ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mo>∂</mml:mo>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>v</mml:mi>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>∂</mml:mo>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>H</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>v</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>v</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>τ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mo>∂</mml:mo>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>v</mml:mi>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>∂</mml:mo>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>H</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>v</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>v</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>3</mml:mn>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>τ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mo>∂</mml:mo>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>v</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>∂</mml:mo>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>H</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>v</mml:mi>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mtext>etc</mml:mtext>
                  <mml:mtext>.</mml:mtext>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>We begin with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> v </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> τ </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mtext> ln </mml:mtext><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , which is independent of <inline-formula><mml:math><mml:mi> τ </mml:mi></mml:math></inline-formula> . Its derivatives are:</p>
        <disp-formula id="FD72">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>v</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mo>∂</mml:mo>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>v</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Evaluating the nonlinear term at <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> v </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , we find:</p>
        <disp-formula id="FD73">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>f</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>v</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Thus, the equation for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> v </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> becomes:</p>
        <disp-formula id="FD74">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>v</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>which integrates to:</p>
        <disp-formula id="FD75">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>v</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mi>τ</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Next, we compute <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> v </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . First, we evaluate:</p>
        <disp-formula id="FD76">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mi>f</mml:mi>
                <mml:mo>′</mml:mo>
              </mml:msup>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>v</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>v</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>v</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>r</mml:mi>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>so that:</p>
        <disp-formula id="FD77">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>H</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>v</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msup>
                <mml:mi>f</mml:mi>
                <mml:mo>′</mml:mo>
              </mml:msup>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>v</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mi>τ</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mi>τ</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Also,</p>
        <disp-formula id="FD78">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mo>∂</mml:mo>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>v</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mi>τ</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Therefore,</p>
        <disp-formula id="FD79">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>v</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mi>τ</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>⇒</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>v</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>τ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Proceeding to <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> v </mml:mi><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , we compute:</p>
        <disp-formula id="FD80">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mi>f</mml:mi>
                <mml:mo>″</mml:mo>
              </mml:msup>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>v</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>v</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>v</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>2</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>and hence:</p>
        <disp-formula id="FD81">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>H</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>v</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msup>
                <mml:mi>f</mml:mi>
                <mml:mo>′</mml:mo>
              </mml:msup>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>v</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>v</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:msup>
                <mml:mi>f</mml:mi>
                <mml:mo>″</mml:mo>
              </mml:msup>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>v</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Substituting the known expressions:</p>
        <disp-formula id="FD82">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>H</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>τ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>r</mml:mi>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>r</mml:mi>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:msup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mi>τ</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>r</mml:mi>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Simplifying, we obtain:</p>
        <disp-formula id="FD83">
          <mml:math>
            <mml:mtable>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>H</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>τ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>r</mml:mi>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mn>3</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>τ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>r</mml:mi>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mn>4</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>τ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>r</mml:mi>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mn>3</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>τ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>r</mml:mi>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mn>4</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>τ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msup>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mo>(</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>r</mml:mi>
                                  <mml:mo>+</mml:mo>
                                  <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo>)</mml:mo>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mn>3</mml:mn>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>3</mml:mn>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:msup>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mo>(</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>r</mml:mi>
                                  <mml:mo>+</mml:mo>
                                  <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo>)</mml:mo>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mn>4</mml:mn>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>.</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Also,</p>
        <disp-formula id="FD84">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mo>∂</mml:mo>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>v</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>3</mml:mn>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>τ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>4</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>so that:</p>
        <disp-formula id="FD85">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>v</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>3</mml:mn>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>τ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>⇒</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>v</mml:mi>
                <mml:mn>3</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>τ</mml:mi>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>3</mml:mn>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>From the pattern of the computed terms, we observe:</p>
        <disp-formula id="FD86">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>v</mml:mi>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>τ</mml:mi>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mi>n</mml:mi>
              <mml:mo>≥</mml:mo>
              <mml:mn>1.</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Thus, the full series solution becomes:</p>
        <disp-formula id="FD87">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>ln</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:msubsup>
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>∞</mml:mi>
                </mml:msubsup>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mi>τ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>r</mml:mi>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mfrac>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>ln</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi>ln</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mi>τ</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Combining the logarithmic terms, we obtain the closed-form solution:</p>
        <disp-formula id="FD88">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mtext>ln</mml:mtext>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>To verify, we compute:</p>
        <disp-formula id="FD89">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mo>∂</mml:mo>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mi>τ</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD90">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mi>τ</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Substituting it into the right-hand side of the PDE:</p>
        <disp-formula id="FD91">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mo>∂</mml:mo>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mi>τ</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mi>τ</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>which matches <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo> ∂ </mml:mo><mml:mi> u </mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ∂ </mml:mo><mml:mi> τ </mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , confirming the solution. Hence, the Homotopy Perturbation Method yields the exact solution:</p>
        <disp-formula id="FD92">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mtext>ln</mml:mtext>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>The solution <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , obtained through the Homotopy Perturbation Method (HPM), satisfies the initial value problem (2.3) and estimates glioma cell density at each point within the domain <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> r </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> × </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . <xref ref-type="fig" rid="fig1">Figure 1(b)</xref> illustrates the approximately linear growth pattern of glioma following chemotherapy, as predicted by the HPM-based model.</p>
      </sec>
      <sec id="sec4dot3">
        <title>4.3. Analytical Solution via the Reduced Differential Transform Method</title>
        <p>In this section, to analyze the nonlinear partial differential Equation (2.3)</p>
        <disp-formula id="FD93">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mo>∂</mml:mo>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>with the initial condition</p>
        <disp-formula id="FD94">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mtext>ln</mml:mtext>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>we apply the Reduced Differential Transform Method (RDTM). This method constructs a power series solution in the time-like variable <inline-formula><mml:math><mml:mi> τ </mml:mi></mml:math></inline-formula> , treating the spatial variable <inline-formula><mml:math><mml:mi> r </mml:mi></mml:math></inline-formula> as a parameter. The solution <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> τ </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is expressed as a power series of the form:</p>
        <disp-formula id="FD95">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:msubsup>
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>∞</mml:mi>
                </mml:msubsup>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>U</mml:mi>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>τ</mml:mi>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> U </mml:mi><mml:mi> k </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denotes the <inline-formula><mml:math><mml:mi> k </mml:mi></mml:math></inline-formula> -th order differential transform of <inline-formula><mml:math><mml:mi> u </mml:mi></mml:math></inline-formula> with respect to <inline-formula><mml:math><mml:mi> τ </mml:mi></mml:math></inline-formula> , evaluated at <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> τ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Substituting this series into the original PDE, we differentiate term-by-term:</p>
        <disp-formula id="FD96">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:msubsup>
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>∞</mml:mi>
                </mml:msubsup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>U</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>τ</mml:mi>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mo>∂</mml:mo>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:msubsup>
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>∞</mml:mi>
                </mml:msubsup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mtext>d</mml:mtext>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>U</mml:mi>
                        <mml:mi>k</mml:mi>
                      </mml:msub>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mtext>d</mml:mtext>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>τ</mml:mi>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>The nonlinear terms <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mtext> e </mml:mtext><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> u </mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mtext> e </mml:mtext><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mi> u </mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are expanded using the series representation of the exponential function applied to a power series. Let</p>
        <disp-formula id="FD97">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>τ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:msubsup>
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>∞</mml:mi>
                </mml:msubsup>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>A</mml:mi>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>τ</mml:mi>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>τ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:msubsup>
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>∞</mml:mi>
                </mml:msubsup>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>B</mml:mi>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>τ</mml:mi>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> A </mml:mi><mml:mi> k </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> B </mml:mi><mml:mi> k </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are computed recursively using the known rules for the differential transformation of composite functions. The first few terms of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> A </mml:mi><mml:mi> k </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are given by</p>
        <disp-formula id="FD98">
          <mml:math>
            <mml:mtable columnalign="left">
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>A</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>e</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>U</mml:mi>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>A</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>U</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>e</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>U</mml:mi>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>A</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>e</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>U</mml:mi>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>U</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>U</mml:mi>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mi>r</mml:mi>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>and similarly, for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> B </mml:mi><mml:mi> k </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> :</p>
        <disp-formula id="FD99">
          <mml:math>
            <mml:mtable columnalign="left">
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>B</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>e</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>U</mml:mi>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>B</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>U</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>e</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>U</mml:mi>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>B</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>e</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>U</mml:mi>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>U</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>U</mml:mi>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mi>r</mml:mi>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>.</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Substituting all series into the PDE and equating the coefficients of like powers of <inline-formula><mml:math><mml:mi> τ </mml:mi></mml:math></inline-formula> , we obtain the recurrence relation:</p>
        <disp-formula id="FD100">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>k</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>U</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>k</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>r</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>U</mml:mi>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>A</mml:mi>
                <mml:mi>k</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>r</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>B</mml:mi>
                <mml:mi>k</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>r</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mi>k</mml:mi>
              <mml:mo>≥</mml:mo>
              <mml:mn>0.</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>This relation allows us to compute each <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> U </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> from the previously determined terms. Starting from the initial condition <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> U </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mtext> ln </mml:mtext><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , we compute the derivatives:</p>
        <disp-formula id="FD101">
          <mml:math>
            <mml:mtable columnalign="left">
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>U</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>U</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>r</mml:mi>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>U</mml:mi>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>3</mml:mn>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>r</mml:mi>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mn>3</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>U</mml:mi>
                    <mml:mn>4</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>4</mml:mn>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>r</mml:mi>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mn>4</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mtext>etc</mml:mtext>
                  <mml:mtext>.</mml:mtext>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>From these expressions, a general pattern emerges:</p>
        <disp-formula id="FD102">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>U</mml:mi>
                <mml:mi>k</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>r</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>k</mml:mi>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>for</mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mi>k</mml:mi>
              <mml:mo>≥</mml:mo>
              <mml:mn>1.</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Substituting this into the series expansion yields</p>
        <disp-formula id="FD103">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>ln</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:msubsup>
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>∞</mml:mi>
                </mml:msubsup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>−</mml:mo>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>r</mml:mi>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mi>k</mml:mi>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>τ</mml:mi>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>This infinite series is recognized as the Taylor expansion of the logarithmic function <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mtext> ln </mml:mtext><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> τ </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> about <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> τ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Therefore, the series converges with the exact solution</p>
        <disp-formula id="FD104">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mtext>ln</mml:mtext>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>To verify this solution, we compute the necessary derivatives and nonlinear terms:</p>
        <disp-formula id="FD105">
          <mml:math>
            <mml:mtable columnalign="left">
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>∂</mml:mo>
                      <mml:mi>u</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>∂</mml:mo>
                      <mml:mi>τ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mi>τ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mo>∂</mml:mo>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:mi>u</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>∂</mml:mo>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>r</mml:mi>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mi>τ</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>e</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mi>u</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mi>τ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>e</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>u</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>r</mml:mi>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mi>τ</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>.</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Substituting into the right-hand side of the PDE gives</p>
        <disp-formula id="FD106">
          <mml:math>
            <mml:mtable>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>e</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mi>u</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>e</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>u</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>r</mml:mi>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mi>τ</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mi>τ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>r</mml:mi>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mi>τ</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mi>τ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mi>τ</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>.</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>This matches the left-hand side of the equation, confirming that the function <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> τ </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mtext> ln </mml:mtext><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> τ </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> satisfies both the partial differential equation and the initial condition. Thus, it can be concluded that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> τ </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , obtained through the Reduced Differential Transform Method (RDTM), is indeed a valid solution to the initial value problem defined by Equation (2.3). This result highlights the effectiveness of RDTM in addressing nonlinearities and constructing exact solutions via systematic series expansion. With this solution, as in previous models, it becomes possible to determine the concentration of glioma cells at any point <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> τ </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> r </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> × </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> τ </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . <xref ref-type="fig" rid="fig1">Figure 1(c)</xref> further illustrates the approximate linear growth profile of glioma following chemotherapy treatment, as modeled using the RDTM approach.</p>
      </sec>
    </sec>
    <sec id="sec5">
      <title>5. Comparing the Performance of Analytical Methods in the Treated Glioma Model</title>
      <p>In this section, we present a comparative analysis of three analytical techniques Homotopy Analysis Method (HAM), Homotopy Perturbation Method (HPM), and Reduced Differential Transform Method (RDTM) as applied to the nonlinear partial differential Equation (2.3), representing the Treated Glioma Model. Each method exhibits distinct strengths in addressing the nonlinearities and initial conditions of the model.</p>
      <p>The <bold>Homotopy</bold><bold>Analysis Method (HAM)</bold> constructs an approximate solution through a recursive series expansion, guided by an auxiliary linear operator and a convergence-control parameter <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi> ℏ </mml:mi></mml:math></inline-formula> . This flexibility enables HAM to handle a wide range of nonlinear problems, though it often demands significant computational effort due to the complexity of recursive integrals and the careful selection of <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi> ℏ </mml:mi></mml:math></inline-formula> to ensure convergence. In the context of the glioma growth model, HAM provides reliable approximations, particularly for small time intervals, and allows systematic refinement through higher-order terms.</p>
      <p>The <bold>Homotopy</bold><bold>Perturbation Method (HPM)</bold> simplifies the solution process by expanding the solution in terms of an embedding parameter and utilizing He’s polynomials to manage nonlinear terms. Notably, in this case, HPM yields an exact closed-form solution, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> τ </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mtext> ln </mml:mtext><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> τ </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , which satisfies both the initial condition and the nonlinear PDE. This highlights HPM’s potential to produce exact solutions in certain structured nonlinear systems, offering a balance between analytical tractability and computational efficiency.</p>
      <p>The <bold>Reduced Differential Transform Method (RDTM)</bold> also leads to the exact solution <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> τ </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> ln </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> τ </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , but with even greater computational simplicity. By transforming the PDE into a recursive sequence of algebraic expressions in the time-like variable <italic>τ</italic>, RDTM avoids the need for integral transformations or auxiliary parameters. Its rapid convergence and minimal computational overhead make it particularly attractive for problems requiring quick and accurate approximations.</p>
      <p>From the above analysis, it is evident that the following conclusions can be drawn:</p>
      <sec id="sec5dot1">
        <title>Conclusion</title>
        <p>All three methods demonstrate strong capabilities in providing approximate analytical solutions for partial differential equations. However, the comparative analysis reveals that RDTM requires fewer calculations than both HAM and HPM, and exhibits a faster convergence rate, making it more efficient and easier to apply. While HAM is versatile and effective for heterogeneous problems, and HPM can sometimes yield exact solutions, RDTM stands out for its simplicity and speed. Furthermore, simulated solution profiles show that the concentration of glial cells obtained using RDTM is consistently lower than those derived from HAM and HPM at the same time and location, suggesting that RDTM leads to a faster decline in glial cell concentration and allows the model to reach a steady state more quickly.</p>
      </sec>
    </sec>
    <sec id="sec6">
      <title>6. Analysis of the Time-Fractional Glioma Model</title>
      <p>In this section, we investigate the influence of fractional derivatives on the concentration dynamics of glioma cells by employing a time-fractional reaction–diffusion model, as introduced in (refer again to [<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>]). Building on the previously discussed analytical techniques namely, the Homotopy Perturbation Method (HPM), the Fractional Reduced Differential Transform Method (FRDTM), and the Reduced Differential Transform Method (RDTM) we apply each method to solve the model and conduct a comparative analysis to evaluate their accuracy and computational efficiency. Our analysis begins with the Caputo-type fractional diffusion equation, which forms the foundation for modeling the time-dependent behavior of glioma cell concentration under fractional-order dynamics. The governing equation is:</p>
      <disp-formula id="FD107">
        <label>(6.1)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:mi>α</mml:mi>
                </mml:msup>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>,</mml:mo>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>∂</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                  <mml:mi>α</mml:mi>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msup>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>,</mml:mo>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>∂</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mo>−</mml:mo>
            <mml:msup>
              <mml:mi>t</mml:mi>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msup>
            <mml:mi>u</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>r</mml:mi>
                <mml:mo>,</mml:mo>
                <mml:mi>t</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>,</mml:mo>
            <mml:mi>r</mml:mi>
            <mml:mo>&gt;</mml:mo>
            <mml:mn>0</mml:mn>
            <mml:mo>,</mml:mo>
            <mml:mn>0</mml:mn>
            <mml:mo>≤</mml:mo>
            <mml:mi>α</mml:mi>
            <mml:mo>≤</mml:mo>
            <mml:mn>1</mml:mn>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>with the initial condition:</p>
      <disp-formula id="FD108">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mi>u</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>r</mml:mi>
                <mml:mo>,</mml:mo>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:msup>
              <mml:mtext>e</mml:mtext>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>φ</mml:mi>
                <mml:mi>r</mml:mi>
              </mml:mrow>
            </mml:msup>
            <mml:mo>,</mml:mo>
            <mml:mi>φ</mml:mi>
            <mml:mo>&gt;</mml:mo>
            <mml:mn>0</mml:mn>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>This model captures the anomalous diffusion behavior characteristic of glioma cell proliferation, where the fractional order <inline-formula><mml:math><mml:mi> α </mml:mi></mml:math></inline-formula> introduces memory effects into the system. In the following subsections, we apply each solution method to this equation and analyze their respective performances. Here, the Caputo fractional derivative for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> &lt; </mml:mo><mml:mi> α </mml:mi><mml:mo> &lt; </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is defined as:</p>
      <disp-formula id="FD109">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:mi>α</mml:mi>
                </mml:msup>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>,</mml:mo>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>∂</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                  <mml:mi>α</mml:mi>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>Γ</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mi>α</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mstyle displaystyle="true">
              <mml:mrow>
                <mml:msubsup>
                  <mml:mo>∫</mml:mo>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:msubsup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>∂</mml:mo>
                      <mml:mi>u</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>τ</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>∂</mml:mo>
                      <mml:mi>τ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>⋅</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>t</mml:mi>
                              <mml:mo>−</mml:mo>
                              <mml:mi>τ</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mi>α</mml:mi>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:mstyle>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>which coincides with the classical first-order derivative when <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> α </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . The spatial domain is considered to be the semi-infinite interval <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> ∞ </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , and we assume that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> belongs to a suitable function space (e.g., a weighted <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> L </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> space) to ensure the existence of the second spatial derivative in the distributional sense and regularity at the boundary <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
      <sec id="sec6dot1">
        <title>6.1. Approximate Solution of the Fractional Model Using HPM</title>
        <p>We demonstrate the solution of Equation (6.1) using the Homotopy Perturbation Method (HPM) through two techniques: direct recursive expansion and embedding parameter formulation involving Mittag-Leffler functions.</p>
        <p><bold>- Direct HPM Expansion technique</bold></p>
        <p>We assume the solution can be expressed as a series:</p>
        <disp-formula id="FD110">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:msubsup>
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>∞</mml:mi>
                </mml:msubsup>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>with the initial approximation taken as</p>
        <disp-formula id="FD111">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>By applying the fractional integral operator <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi> I </mml:mi><mml:mi> t </mml:mi><mml:mi> α </mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> to both sides of the equation, we obtain the equivalent integral form:</p>
        <disp-formula id="FD112">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>I</mml:mi>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mi>α</mml:mi>
              </mml:msubsup>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>[</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mo>∂</mml:mo>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:mi>u</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>t</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>∂</mml:mo>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>]</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>We define the recursive relation:</p>
        <disp-formula id="FD113">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>I</mml:mi>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mi>α</mml:mi>
              </mml:msubsup>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>[</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mo>∂</mml:mo>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>u</mml:mi>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                      </mml:msub>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>t</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>∂</mml:mo>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>]</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mi>n</mml:mi>
              <mml:mo>≥</mml:mo>
              <mml:mn>0.</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Given the exponential form of the initial condition, we assume:</p>
        <disp-formula id="FD114">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>with</mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>1.</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Substituting into the recurrence relation yields:</p>
        <disp-formula id="FD115">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>I</mml:mi>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mi>α</mml:mi>
              </mml:msubsup>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>[</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>t</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>]</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Using the properties of the fractional integral operator:</p>
        <disp-formula id="FD116">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>I</mml:mi>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mi>α</mml:mi>
              </mml:msubsup>
              <mml:msup>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mi>p</mml:mi>
              </mml:msup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>p</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>Γ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>p</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mi>p</mml:mi>
              <mml:mo>&gt;</mml:mo>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mn>1</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>So, given the above relationships, we can compute the few terms of the series:</p>
        <disp-formula id="FD117">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD118">
          <mml:math>
            <mml:mtable columnalign="left">
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>Γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mi>α</mml:mi>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>Γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>3</mml:mn>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>e</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>.</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD119">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD120">
          <mml:math display="inline">
            <mml:mtable columnalign="left">
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                        <mml:mn>4</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>Γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mi>Γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>Γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>3</mml:mn>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>Γ</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mi>α</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>Γ</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mn>3</mml:mn>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mi>α</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>Γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>3</mml:mn>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mi>Γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>5</mml:mn>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>4</mml:mn>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>e</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>.</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> : first with define,</p>
        <disp-formula id="FD121">
          <mml:math>
            <mml:mtable columnalign="left">
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mi>A</mml:mi>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                        <mml:mn>4</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>Γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mtext>
                         
                      </mml:mtext>
                      <mml:mi>Γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mi>B</mml:mi>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>Γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>3</mml:mn>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>Γ</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mi>α</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>Γ</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mn>3</mml:mn>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mi>α</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mi>C</mml:mi>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>Γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>3</mml:mn>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mtext>
                         
                      </mml:mtext>
                      <mml:mi>Γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>5</mml:mn>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>then</p>
        <disp-formula id="FD122">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>A</mml:mi>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:msup>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>α</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mi>B</mml:mi>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:msup>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>α</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi>C</mml:mi>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:msup>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>4</mml:mn>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>α</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>and</p>
        <disp-formula id="FD123">
          <mml:math>
            <mml:mtable columnalign="left">
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:mi>A</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>Γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>3</mml:mn>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>3</mml:mn>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>A</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:mi>B</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>Γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>3</mml:mn>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>3</mml:mn>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>3</mml:mn>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>B</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:mi>C</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>Γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>5</mml:mn>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>3</mml:mn>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>4</mml:mn>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>3</mml:mn>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mi>C</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>Γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>7</mml:mn>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>3</mml:mn>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>6</mml:mn>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>3</mml:mn>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>e</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>.</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD124">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mn>4</mml:mn>
              </mml:msub>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD125">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mn>3</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:msup>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>3</mml:mn>
                  <mml:mi>α</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:msup>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>3</mml:mn>
                  <mml:mi>α</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>4</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:msup>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>4</mml:mn>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>3</mml:mn>
                  <mml:mi>α</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>6</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:msup>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>6</mml:mn>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>3</mml:mn>
                  <mml:mi>α</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>with,</p>
        <disp-formula id="FD126">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>A</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>Γ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>3</mml:mn>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>A</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>B</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>Γ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>3</mml:mn>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>3</mml:mn>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>4</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>B</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>C</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>Γ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>5</mml:mn>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>3</mml:mn>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>6</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mi>C</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>Γ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>7</mml:mn>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>3</mml:mn>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Then</p>
        <disp-formula id="FD127">
          <mml:math>
            <mml:mtable columnalign="left">
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mn>4</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>D</mml:mi>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>Γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>4</mml:mn>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>4</mml:mn>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>D</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>D</mml:mi>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>Γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>3</mml:mn>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>4</mml:mn>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>4</mml:mn>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>D</mml:mi>
                        <mml:mn>4</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>D</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>Γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>5</mml:mn>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>4</mml:mn>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>4</mml:mn>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>4</mml:mn>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>D</mml:mi>
                        <mml:mn>6</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>D</mml:mi>
                        <mml:mn>4</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>Γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>7</mml:mn>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>4</mml:mn>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>6</mml:mn>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>4</mml:mn>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>D</mml:mi>
                        <mml:mn>6</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>Γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>9</mml:mn>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>4</mml:mn>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>8</mml:mn>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>4</mml:mn>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mn>4</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>e</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mn>4</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>.</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Thus, the approximate solution up to second order is:</p>
        <disp-formula id="FD128">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>≈</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mn>4</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mo>⋯</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>1.</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Using substitution, we get the following:</p>
        <disp-formula id="FD129">
          <mml:math>
            <mml:mtable>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>≈</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>e</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>Γ</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mi>α</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>t</mml:mi>
                        <mml:mi>α</mml:mi>
                      </mml:msup>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>Γ</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mn>3</mml:mn>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mi>α</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>t</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msup>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                            <mml:mn>4</mml:mn>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>Γ</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mi>α</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mi>Γ</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                              <mml:mi>α</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>t</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>Γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>3</mml:mn>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>Γ</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mi>α</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>Γ</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mn>3</mml:mn>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mi>α</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>Γ</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mn>3</mml:mn>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mi>α</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mi>Γ</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mn>5</mml:mn>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                              <mml:mi>α</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>t</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>4</mml:mn>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msup>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mo>…</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>.</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>When <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> α </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , the equation is reduced to the classical second-order PDE:</p>
        <disp-formula id="FD130">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mo>∂</mml:mo>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>and the fractional integrals become standard integrals. The series solution simplifies accordingly, providing a consistency check for the fractional formulation. It can now be observed that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> τ </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> serves as the solution to problem (6.1) using the Homotopy Perturbation Method (HPM). In <xref ref-type="fig" rid="fig3">Figure 3</xref>, the successive approximations <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are plotted for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> α </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0.5 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . These graphs clearly demonstrate the strong convergence behavior of the proposed method. Furthermore, <xref ref-type="fig" rid="fig4">Figure 4</xref> illustrates the effect of the fractional time derivative on the concentration of glioma cells, specifically for the third-order approximation <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p><bold>- Embedding Parameter and Mittag-Leffler technique</bold></p>
        <p>Given the exponential form of the initial condition, we employ a separation ansatz:</p>
        <disp-formula id="FD131">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>w</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>φ</mml:mi>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>which transforms the partial differential equation into a fractional ordinary differential equation:</p>
        <disp-formula id="FD132">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mtext>d</mml:mtext>
                        <mml:mi>α</mml:mi>
                      </mml:msup>
                      <mml:mi>w</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>t</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>/</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mtext>d</mml:mtext>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>t</mml:mi>
                        <mml:mi>α</mml:mi>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mi>φ</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:mi>w</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:mi>w</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mi>w</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mn>0</mml:mn>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>1.</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>In the absence of the reaction term <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> t </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mi> w </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , the solution reduces to the Mittag-Leffler function:</p>
        <disp-formula id="FD133">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>w</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>E</mml:mi>
                <mml:mi>α</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>φ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mi>α</mml:mi>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>E</mml:mi>
                <mml:mi>α</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>z</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:msubsup>
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>m</mml:mi>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>∞</mml:mi>
                </mml:msubsup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                        <mml:mi>m</mml:mi>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>Γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                          <mml:mi>m</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>To handle the non-autonomous reaction term, we apply the Homotopy Perturbation Method and introduce the embedding parameter <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> p </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and rewrite Equation (6.1) as follows:</p>
        <disp-formula id="FD134">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mi>α</mml:mi>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>w</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mi>α</mml:mi>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:mi>w</mml:mi>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mi>p</mml:mi>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:msup>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:mi>w</mml:mi>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mi>w</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mn>0</mml:mn>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>1</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>and seek a solution in the form of a power series:</p>
        <disp-formula id="FD135">
          <mml:math display="inline">
            <mml:mrow>
              <mml:mi>w</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:msubsup>
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>∞</mml:mi>
                </mml:msubsup>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>p</mml:mi>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msup>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>w</mml:mi>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Matching powers of <inline-formula><mml:math><mml:mi> p </mml:mi></mml:math></inline-formula> , we obtain a hierarchy of equations. The zeroth-order term satisfies:</p>
        <disp-formula id="FD136">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mtext>d</mml:mtext>
                        <mml:mi>α</mml:mi>
                      </mml:msup>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>w</mml:mi>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>/</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mtext>d</mml:mtext>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>t</mml:mi>
                        <mml:mi>α</mml:mi>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mi>φ</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:msub>
                <mml:mi>w</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>w</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mn>0</mml:mn>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>with solution:</p>
        <disp-formula id="FD137">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>w</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>E</mml:mi>
                <mml:mi>α</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>φ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mi>α</mml:mi>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>For <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> ≥ </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , the recursive relation is:</p>
        <disp-formula id="FD138">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mtext>d</mml:mtext>
                        <mml:mi>α</mml:mi>
                      </mml:msup>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>w</mml:mi>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>/</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mtext>d</mml:mtext>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>t</mml:mi>
                        <mml:mi>α</mml:mi>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mi>φ</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:msub>
                <mml:mi>w</mml:mi>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:msub>
                <mml:mi>w</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>w</mml:mi>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mn>0</mml:mn>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>0.</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Using the fractional variation-of-constants formula for the linear inhomogeneous equation:</p>
        <disp-formula id="FD139">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mtext>d</mml:mtext>
                        <mml:mi>α</mml:mi>
                      </mml:msup>
                      <mml:mi>y</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>/</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mtext>d</mml:mtext>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>t</mml:mi>
                        <mml:mi>α</mml:mi>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mi>φ</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:mi>y</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>f</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mi>y</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mn>0</mml:mn>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>y</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>we obtain the solution:</p>
        <disp-formula id="FD140">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>y</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>y</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>E</mml:mi>
                <mml:mi>α</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>φ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mi>α</mml:mi>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>Γ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>α</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:mrow>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mo>∫</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>t</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mi>τ</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>α</mml:mi>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msup>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>E</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>α</mml:mi>
                        <mml:mo>,</mml:mo>
                        <mml:mi>α</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msup>
                          <mml:mi>φ</mml:mi>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:msup>
                        <mml:msup>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>(</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>t</mml:mi>
                                <mml:mo>−</mml:mo>
                                <mml:mi>τ</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mo>)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                        </mml:msup>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>f</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mi>τ</mml:mi>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mi>τ</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> E </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> α </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> β </mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the two-parameter Mittag-Leffler function. Applying this to the recursive system with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> f </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mo> − </mml:mo><mml:msup><mml:mi> t </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi> w </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> y </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , we derive:</p>
        <disp-formula id="FD141">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>w</mml:mi>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>Γ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>α</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:mrow>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mo>∫</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>t</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mi>τ</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>α</mml:mi>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msup>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>E</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>α</mml:mi>
                        <mml:mo>,</mml:mo>
                        <mml:mi>α</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msup>
                          <mml:mi>φ</mml:mi>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:msup>
                        <mml:msup>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>(</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>t</mml:mi>
                                <mml:mo>−</mml:mo>
                                <mml:mi>τ</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mo>)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                        </mml:msup>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mi>τ</mml:mi>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:msup>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>w</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mi>τ</mml:mi>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mtext>
                       
                    </mml:mtext>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mi>τ</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>The first-order correction is:</p>
        <disp-formula id="FD142">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>w</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>Γ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>α</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:mrow>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mo>∫</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>t</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mi>τ</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>α</mml:mi>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msup>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>E</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>α</mml:mi>
                        <mml:mo>,</mml:mo>
                        <mml:mi>α</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msup>
                          <mml:mi>φ</mml:mi>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:msup>
                        <mml:msup>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>(</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>t</mml:mi>
                                <mml:mo>−</mml:mo>
                                <mml:mi>τ</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mo>)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                        </mml:msup>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mi>τ</mml:mi>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:msup>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>E</mml:mi>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msup>
                          <mml:mi>φ</mml:mi>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:msup>
                        <mml:msup>
                          <mml:mi>τ</mml:mi>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                        </mml:msup>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mtext>
                       
                    </mml:mtext>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mi>τ</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>The second-order term becomes a nested convolution:</p>
        <disp-formula id="FD143">
          <mml:math>
            <mml:mtable>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>w</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>Γ</mml:mi>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mi>α</mml:mi>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mstyle displaystyle="true">
                    <mml:mrow>
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mo>∫</mml:mo>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                        <mml:mi>t</mml:mi>
                      </mml:msubsup>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msup>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>(</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>t</mml:mi>
                                <mml:mo>−</mml:mo>
                                <mml:mi>σ</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mo>)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>α</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msup>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>E</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>α</mml:mi>
                            <mml:mo>,</mml:mo>
                            <mml:mi>α</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msup>
                              <mml:mi>φ</mml:mi>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:msup>
                            <mml:msup>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mo>(</mml:mo>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mi>t</mml:mi>
                                    <mml:mo>−</mml:mo>
                                    <mml:mi>σ</mml:mi>
                                  </mml:mrow>
                                  <mml:mo>)</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mi>α</mml:mi>
                            </mml:msup>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:msup>
                          <mml:mi>σ</mml:mi>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:msup>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mstyle>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mo>×</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mstyle displaystyle="true">
                        <mml:mrow>
                          <mml:msubsup>
                            <mml:mo>∫</mml:mo>
                            <mml:mn>0</mml:mn>
                            <mml:mi>σ</mml:mi>
                          </mml:msubsup>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msup>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mo>(</mml:mo>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mi>σ</mml:mi>
                                    <mml:mo>−</mml:mo>
                                    <mml:mi>τ</mml:mi>
                                  </mml:mrow>
                                  <mml:mo>)</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>α</mml:mi>
                                <mml:mo>−</mml:mo>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msup>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>E</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>α</mml:mi>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:mi>α</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>(</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:msup>
                                  <mml:mi>φ</mml:mi>
                                  <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msup>
                                <mml:msup>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:mo>(</mml:mo>
                                      <mml:mrow>
                                        <mml:mi>σ</mml:mi>
                                        <mml:mo>−</mml:mo>
                                        <mml:mi>τ</mml:mi>
                                      </mml:mrow>
                                      <mml:mo>)</mml:mo>
                                    </mml:mrow>
                                  </mml:mrow>
                                  <mml:mi>α</mml:mi>
                                </mml:msup>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mo>)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:msup>
                              <mml:mi>τ</mml:mi>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:msup>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>E</mml:mi>
                              <mml:mi>α</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>(</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:msup>
                                  <mml:mi>φ</mml:mi>
                                  <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msup>
                                <mml:msup>
                                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                                  <mml:mi>α</mml:mi>
                                </mml:msup>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mo>)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mtext>
                               
                            </mml:mtext>
                            <mml:mtext>d</mml:mtext>
                            <mml:mi>τ</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mstyle>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:mi>σ</mml:mi>
                  <mml:mo>.</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Thus, the HPM approximation is expressed as:</p>
        <disp-formula id="FD144">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>≈</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>φ</mml:mi>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>[</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>w</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>w</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>w</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mo>⋯</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>]</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>which forms a nested fractional-convolution series. Truncating this series at low orders provides accurate approximations for moderate values of <inline-formula><mml:math><mml:mi> t </mml:mi></mml:math></inline-formula> , as the kernels grow sub-exponentially for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> &lt; </mml:mo><mml:mi> α </mml:mi><mml:mo> &lt; </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p><bold>-</bold><bold>Convergence and Error Estimate</bold></p>
        <p>To analyze convergence, we define:</p>
        <disp-formula id="FD145">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>K</mml:mi>
                <mml:mi>α</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>Γ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>α</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>E</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>φ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>t</mml:mi>
                        <mml:mi>α</mml:mi>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>M</mml:mi>
                <mml:mi>α</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>E</mml:mi>
                    <mml:mi>α</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>φ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>t</mml:mi>
                        <mml:mi>α</mml:mi>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>|</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>and the Volterra operator:</p>
        <disp-formula id="FD146">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>V</mml:mi>
                  <mml:mi>y</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:mrow>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mo>∫</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>K</mml:mi>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>t</mml:mi>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mi>τ</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mi>τ</mml:mi>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:msup>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mi>τ</mml:mi>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mtext>
                       
                    </mml:mtext>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mi>τ</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>The sequence satisfies <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> w </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:msub><mml:mi> M </mml:mi><mml:mi> α </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> w </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi></mml:msup><mml:msup><mml:mi> V </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msup><mml:msub><mml:mi> M </mml:mi><mml:mi> α </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . On a finite interval <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> T </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , the operator norm satisfies:</p>
        <disp-formula id="FD147">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>‖</mml:mo>
                    <mml:mi>V</mml:mi>
                    <mml:mo>‖</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mi>∞</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mo>≤</mml:mo>
              <mml:munder>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>sup</mml:mtext>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                  <mml:mo>∈</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>T</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:munder>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:mrow>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mo>∫</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>K</mml:mi>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>t</mml:mi>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mi>τ</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mi>τ</mml:mi>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:msup>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mi>τ</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>:</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>κ</mml:mi>
                <mml:mi>α</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>T</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>and the Neumann series converges if <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> κ </mml:mi><mml:mi> α </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> T </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> &lt; </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . The error estimate becomes:</p>
        <disp-formula id="FD148">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>‖</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>w</mml:mi>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mstyle displaystyle="true">
                        <mml:msubsup>
                          <mml:mo>∑</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mn>0</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mi>N</mml:mi>
                        </mml:msubsup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>w</mml:mi>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mstyle>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>‖</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mi>∞</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mo>≤</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>κ</mml:mi>
                    <mml:mi>α</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>T</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>N</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>κ</mml:mi>
                    <mml:mi>α</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>T</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>‖</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>M</mml:mi>
                        <mml:mi>α</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>‖</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mi>∞</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>This framework highlights how fractional dynamics, through memory effects, moderate the growth of glioma cell concentrations compared to classical models. The HPM provides a powerful tool for approximating solutions, especially when combined with the structure of the Mittag-Leffler functions. </p>
      </sec>
      <sec id="sec6dot2">
        <title>6.2. Approximate Solution of the Fractional Model Using FRDTM</title>
        <p>To solve Equation (6.1) using the Fractional Reduced Differential Transform Method (FRDTM), we represent the solution as a fractional power series in <inline-formula><mml:math><mml:mi> t </mml:mi></mml:math></inline-formula> :</p>
        <disp-formula id="FD149">
          <label>(6.2)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:msubsup>
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>∞</mml:mi>
                </mml:msubsup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>U</mml:mi>
                        <mml:mi>k</mml:mi>
                      </mml:msub>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>t</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>Γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> U </mml:mi><mml:mi> k </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are the transformed components determined recursively, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> α </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> Γ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mo> ⋅ </mml:mo><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denotes the Gamma function. The initial condition is given by <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mtext> e </mml:mtext><mml:mrow><mml:mi> ϕ </mml:mi><mml:mi> r </mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , which implies:</p>
        <disp-formula id="FD150">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>U</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>r</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>This method enables the construction of an approximate analytical solution to the time-fractional partial differential equation by systematically computing the terms of the series. Applying the FRDTM term-by-term to each component of the equation, we begin with the Caputo time-fractional derivative, which transforms as:</p>
        <disp-formula id="FD151">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mo>∂</mml:mo>
                    <mml:mi>α</mml:mi>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mi>α</mml:mi>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>→</mml:mo>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:msubsup>
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>∞</mml:mi>
                </mml:msubsup>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>U</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>t</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>Γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>The second spatial derivative becomes:</p>
        <disp-formula id="FD152">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mo>∂</mml:mo>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>→</mml:mo>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:msubsup>
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>∞</mml:mi>
                </mml:msubsup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mo>∂</mml:mo>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>U</mml:mi>
                        <mml:mi>k</mml:mi>
                      </mml:msub>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>∂</mml:mo>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>t</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>Γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>The nonlinear term <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> t </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> transforms as:</p>
        <disp-formula id="FD153">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:msubsup>
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>∞</mml:mi>
                </mml:msubsup>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>U</mml:mi>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>t</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>Γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Since the powers <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mi> α </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> generally do not align with the FRDTM basis <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> t </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> m </mml:mi><mml:mi> α </mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , we approximate this term by projecting it onto the nearest fractional powers using interpolation or truncation techniques. By equating the transformed terms of the PDE, we derive the following recurrence relation:</p>
        <disp-formula id="FD154">
          <mml:math display="inline">
            <mml:mrow>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:msubsup>
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>∞</mml:mi>
                </mml:msubsup>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>U</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>t</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>Γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:msubsup>
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>∞</mml:mi>
                </mml:msubsup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msup>
                            <mml:mtext>d</mml:mtext>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>U</mml:mi>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                          </mml:msub>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mi>r</mml:mi>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mtext>d</mml:mtext>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>r</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>F</mml:mi>
                        <mml:mi>k</mml:mi>
                      </mml:msub>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>t</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>Γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> F </mml:mi><mml:mi> k </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> represents the contribution from the nonlinear term. Matching coefficients of like powers of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> t </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mi> α </mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , we derive the recurrence:</p>
        <disp-formula id="FD155">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>U</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>k</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>r</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>U</mml:mi>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>F</mml:mi>
                <mml:mi>k</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>r</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>For small <inline-formula><mml:math><mml:mi> k </mml:mi></mml:math></inline-formula> , the nonlinear term can be neglected (i.e., <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> F </mml:mi><mml:mi> k </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ≈ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ), while for larger <inline-formula><mml:math><mml:mi> k </mml:mi></mml:math></inline-formula> , we approximate <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> F </mml:mi><mml:mi> k </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ≈ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> U </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> to reflect the shift introduced by <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> t </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . By applying the recurrence relation derived from the Fractional Reduced Differential Transform Method (FRDTM), we can explicitly compute the first few transformed components <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> U </mml:mi><mml:mi> k </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . The recurrence relation for Equation (6.2) is given by:</p>
        <disp-formula id="FD156">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>U</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>k</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>r</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>U</mml:mi>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>U</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>k</mml:mi>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>r</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>for</mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mi>k</mml:mi>
              <mml:mo>≥</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Using this relation, we proceed to compute the first few terms step by step.</p>
        <p>- First term <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> U </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> : </p>
        <p>We begin with the second derivative of the initial term <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> U </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mtext> e </mml:mtext><mml:mrow><mml:mi> ϕ </mml:mi><mml:mi> r </mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> :</p>
        <disp-formula id="FD157">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>U</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>r</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>U</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>e</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>- Second term <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> U </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> :</p>
        <p>Continuing, we differentiate <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> U </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> twice:</p>
        <disp-formula id="FD158">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>U</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>r</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>U</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>e</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                <mml:mn>4</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>- Third term <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> U </mml:mi><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> :</p>
        <p>To account for the nonlinear term <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:msup><mml:mi> t </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , we subtract <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> U </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> as an approximation of the backward-shifted contribution:</p>
        <disp-formula id="FD159">
          <mml:math>
            <mml:mtable>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>U</mml:mi>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mtext>d</mml:mtext>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>U</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mtext>d</mml:mtext>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>U</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mtext>d</mml:mtext>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mtext>d</mml:mtext>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                        <mml:mn>4</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:msup>
                        <mml:mtext>e</mml:mtext>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>e</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                    <mml:mn>6</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>e</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>e</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>.</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>- Fourth term <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> U </mml:mi><mml:mn> 4 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> :</p>
        <p>Similarly, we subtract <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> U </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> to approximate the nonlinear effect at this order. Following the recurrence strictly and subtracting <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> U </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> only once, we get:</p>
        <disp-formula id="FD160">
          <mml:math>
            <mml:mtable>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>U</mml:mi>
                    <mml:mn>4</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mtext>d</mml:mtext>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>U</mml:mi>
                        <mml:mn>3</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mtext>d</mml:mtext>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>U</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mtext>d</mml:mtext>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mtext>d</mml:mtext>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                        <mml:mn>6</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:msup>
                        <mml:mtext>e</mml:mtext>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msup>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:msup>
                        <mml:mtext>e</mml:mtext>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>e</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                        <mml:mn>8</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:msup>
                        <mml:mtext>e</mml:mtext>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msup>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:msup>
                        <mml:mtext>e</mml:mtext>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>e</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                    <mml:mn>8</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>e</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>e</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>.</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>However, if we follow the recurrence strictly and subtract <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> U </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> only once, then:</p>
        <disp-formula id="FD161">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>U</mml:mi>
                <mml:mn>4</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>r</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                <mml:mn>8</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Summarizing the computed terms:</p>
        <disp-formula id="FD162">
          <mml:math>
            <mml:mtable columnalign="left">
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>U</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mo>∂</mml:mo>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>U</mml:mi>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>∂</mml:mo>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>e</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>U</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mo>∂</mml:mo>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>U</mml:mi>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>∂</mml:mo>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                    <mml:mn>4</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>e</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>U</mml:mi>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mo>∂</mml:mo>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>U</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>∂</mml:mo>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>U</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                    <mml:mn>6</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>e</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>e</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>U</mml:mi>
                    <mml:mn>4</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mo>∂</mml:mo>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>U</mml:mi>
                        <mml:mn>3</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>∂</mml:mo>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>U</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                    <mml:mn>8</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>e</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>e</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>.</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Finally, by substituting these terms into the FRDTM series expansion, we obtain the approximate solution up to the fourth term:</p>
        <disp-formula id="FD163">
          <mml:math>
            <mml:mtable>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>≈</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>e</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:msup>
                        <mml:mtext>e</mml:mtext>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>Γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mi>α</mml:mi>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                        <mml:mn>4</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:msup>
                        <mml:mtext>e</mml:mtext>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>Γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                            <mml:mn>6</mml:mn>
                          </mml:msup>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mtext>e</mml:mtext>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>Γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>3</mml:mn>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>3</mml:mn>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                            <mml:mn>8</mml:mn>
                          </mml:msup>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mtext>e</mml:mtext>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>Γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>4</mml:mn>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>4</mml:mn>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mo>⋯</mml:mo>
                  <mml:mo>.</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>This series provides an analytical approximation to the solution of the time-fractional partial differential equation. It converges rapidly for small values of <inline-formula><mml:math><mml:mi> t </mml:mi></mml:math></inline-formula> , and additional terms can be computed recursively to improve accuracy. The structure of the series also reflects the influence of the nonlinear term <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:msup><mml:mi> t </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , which begins to affect the solution from the third term onward. Each term in the series is composed of powers of <inline-formula><mml:math><mml:mi> ϕ </mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mtext> e </mml:mtext><mml:mrow><mml:mi> ϕ </mml:mi><mml:mi> r </mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , modulated by fractional time powers and Gamma function denominators, capturing both the spatial and temporal dynamics of the model. The function <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> τ </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , obtained through the iterative series expansion, represents the approximate solution to the fractional differential problem (6.1). In <xref ref-type="fig" rid="fig5">Figure 5</xref>, the solutions correspond to the first three approximations <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are plotted for the fractional order <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> α </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0.5 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . These graphs clearly illustrate the rapid convergence of the proposed method. As the number of terms increases, the approximate solutions quickly approach the exact behavior of the system, demonstrating the efficiency and reliability of the Fractional Reduced Differential Transform Method (FRDTM) in solving time-fractional partial differential equations.</p>
        <p><bold>- Convergence of the FRDTM Series</bold></p>
        <p>Let the general term of the series be written as</p>
        <disp-formula id="FD164">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:msubsup>
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>m</mml:mi>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>∞</mml:mi>
                </mml:msubsup>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>U</mml:mi>
                    <mml:mi>m</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>with</mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:msub>
                <mml:mi>U</mml:mi>
                <mml:mi>m</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>r</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>c</mml:mi>
                <mml:mi>m</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>φ</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>φ</mml:mi>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Due to the structure of the recurrence relation in FRDTM and the properties of the Caputo derivative, the coefficients <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> c </mml:mi><mml:mi> m </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> φ </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> satisfy the bound</p>
        <disp-formula id="FD165">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>‖</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>U</mml:mi>
                    <mml:mi>m</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>‖</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>≤</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>B</mml:mi>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>λ</mml:mi>
                    <mml:mi>m</mml:mi>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>Γ</mml:mtext>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>for some constants <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> B </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> λ </mml:mi><mml:mo> &gt; </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> depending on <inline-formula><mml:math><mml:mi> φ </mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mi> α </mml:mi></mml:math></inline-formula> . Therefore, the series converges uniformly for all <inline-formula><mml:math><mml:mi> t </mml:mi></mml:math></inline-formula> in a bounded interval <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> T </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , since</p>
        <disp-formula id="FD166">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:msubsup>
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>m</mml:mi>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>∞</mml:mi>
                </mml:msubsup>
                <mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>‖</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>U</mml:mi>
                    <mml:mi>m</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>‖</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>m</mml:mi>
                  <mml:mi>α</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>≤</mml:mo>
              <mml:mi>B</mml:mi>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:msubsup>
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>m</mml:mi>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>∞</mml:mi>
                </mml:msubsup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>λ</mml:mi>
                              <mml:msup>
                                <mml:mi>t</mml:mi>
                                <mml:mi>α</mml:mi>
                              </mml:msup>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mi>m</mml:mi>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>Γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                          <mml:mi>m</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>B</mml:mi>
              <mml:msub>
                <mml:mi>E</mml:mi>
                <mml:mi>α</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>λ</mml:mi>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mi>α</mml:mi>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> E </mml:mi><mml:mi> α </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mo> ⋅ </mml:mo><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the Mittag-Leffler function. This confirms that the FRDTM series defines a unique mild solution <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> C </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> T </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ; </mml:mo><mml:mi> X </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , where <inline-formula><mml:math><mml:mi> X </mml:mi></mml:math></inline-formula> is a suitable Banach space.</p>
        <p><bold>- Error Estimate for Truncated FRDTM Series</bold></p>
        <p>Let <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> M </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denote the truncated series up to the <inline-formula><mml:math><mml:mi> M </mml:mi></mml:math></inline-formula> -th term:</p>
        <disp-formula id="FD167">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>M</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:msubsup>
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>m</mml:mi>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>M</mml:mi>
                </mml:msubsup>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>U</mml:mi>
                    <mml:mi>m</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>The truncation error is given by</p>
        <disp-formula id="FD168">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>‖</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>M</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>‖</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>≤</mml:mo>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:msubsup>
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>m</mml:mi>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mi>M</mml:mi>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>∞</mml:mi>
                </mml:msubsup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>‖</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>U</mml:mi>
                        <mml:mi>m</mml:mi>
                      </mml:msub>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>‖</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>≤</mml:mo>
              <mml:mi>B</mml:mi>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:msubsup>
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>m</mml:mi>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mi>M</mml:mi>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>∞</mml:mi>
                </mml:msubsup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>λ</mml:mi>
                              <mml:msup>
                                <mml:mi>t</mml:mi>
                                <mml:mi>α</mml:mi>
                              </mml:msup>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mi>m</mml:mi>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>Γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                          <mml:mi>m</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Using the tail estimate of the Mittag-Leffler function, we obtain</p>
        <disp-formula id="FD169">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>‖</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>M</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>‖</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>≤</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>B</mml:mi>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>λ</mml:mi>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>t</mml:mi>
                            <mml:mi>α</mml:mi>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>M</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>Γ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>M</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>E</mml:mi>
                <mml:mi>α</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>λ</mml:mi>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mi>α</mml:mi>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mi>t</mml:mi>
              <mml:mo>∈</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>[</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>T</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>]</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>This shows that the error decreases rapidly with increasing <inline-formula><mml:math><mml:mi> M </mml:mi></mml:math></inline-formula> , especially for small <inline-formula><mml:math><mml:mi> t </mml:mi></mml:math></inline-formula> , where</p>
        <disp-formula id="FD170">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>‖</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>M</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>‖</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>O</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>t</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>M</mml:mi>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>Γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>M</mml:mi>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p><bold>- Implications</bold></p>
        <p>Accuracy: The FRDTM series converges rapidly, and the error can be made arbitrarily small by increasing the number of terms.Fractional order effect: Smaller values of <inline-formula><mml:math><mml:mi> α </mml:mi></mml:math></inline-formula> lead to faster decay in the Gamma function denominator, improving convergence and early-time accuracy.Practical use: For a desired accuracy <inline-formula><mml:math><mml:mi> ε </mml:mi></mml:math></inline-formula> , one can choose the smallest <inline-formula><mml:math><mml:mi> M </mml:mi></mml:math></inline-formula> such that</p>
        <disp-formula id="FD171">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>B</mml:mi>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>λ</mml:mi>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>t</mml:mi>
                            <mml:mi>α</mml:mi>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>M</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>Γ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>M</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>E</mml:mi>
                <mml:mi>α</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>λ</mml:mi>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mi>α</mml:mi>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>≤</mml:mo>
              <mml:mi>ε</mml:mi>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>These results confirm that the FRDTM provides a reliable and efficient method for solving the fractional model, with strong theoretical guarantees on convergence and error control.</p>
      </sec>
      <sec id="sec6dot3">
        <title>6.3. Approximate Solution of the Fractional Model Using RDTM</title>
        <p>To approximate the solution of model (6.1), we apply the Reduced Differential Transform Method (RDTM), which provides a systematic and efficient approach for constructing approximate solutions to fractional partial differential equations. The method is particularly well-suited for problems involving memory effects, such as those modeled by fractional derivatives. We adopt the Caputo definition of the fractional derivative of order <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> α </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , given by</p>
        <disp-formula id="FD172">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mo>∂</mml:mo>
                    <mml:mi>α</mml:mi>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mi>α</mml:mi>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>Γ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:mrow>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mo>∫</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msup>
                          <mml:mi>u</mml:mi>
                          <mml:mo>′</mml:mo>
                        </mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mi>s</mml:mi>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msup>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>(</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>t</mml:mi>
                                <mml:mo>−</mml:mo>
                                <mml:mi>s</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mo>)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                        </mml:msup>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mfrac>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mi>s</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>which is advantageous in physical and biological applications because it allows the initial condition to retain its classical form.</p>
        <p>Using RDTM, we express the solution as a fractional power series in time:</p>
        <disp-formula id="FD173">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:msubsup>
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>∞</mml:mi>
                </mml:msubsup>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>U</mml:mi>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> U </mml:mi><mml:mi> k </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are the transformed functions representing the coefficients of the series. To derive these coefficients, we apply the RDTM transformation rules to each term in the governing equation. The Caputo fractional derivative transforms as</p>
        <disp-formula id="FD174">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>R</mml:mi>
              <mml:msub>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msup>
                            <mml:mo>∂</mml:mo>
                            <mml:mi>α</mml:mi>
                          </mml:msup>
                          <mml:mi>u</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>r</mml:mi>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:mi>t</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>∂</mml:mo>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>t</mml:mi>
                            <mml:mi>α</mml:mi>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mi>k</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>Γ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>Γ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:msub>
                <mml:mi>U</mml:mi>
                <mml:mi>k</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>r</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>the second spatial derivative transforms as</p>
        <disp-formula id="FD175">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>R</mml:mi>
              <mml:msub>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msup>
                            <mml:mo>∂</mml:mo>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                          <mml:mi>u</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>r</mml:mi>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:mi>t</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>∂</mml:mo>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>r</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mi>k</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>U</mml:mi>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>and the nonlinear term <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> t </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> transforms using the convolution property:</p>
        <disp-formula id="FD176">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>R</mml:mi>
              <mml:msub>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>t</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:mi>u</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>t</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mi>k</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:msubsup>
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>m</mml:mi>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>k</mml:mi>
                </mml:msubsup>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>δ</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>U</mml:mi>
                    <mml:mi>m</mml:mi>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>r</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> δ </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> m </mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> only when <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> m </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mi> α </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , ensuring that the powers of <inline-formula><mml:math><mml:mi> t </mml:mi></mml:math></inline-formula> match on both sides of the equation. Substituting these transformed expressions into model (6.1) yields the recurrence relation:</p>
        <disp-formula id="FD177">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>Γ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>Γ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>U</mml:mi>
                <mml:mi>k</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>r</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>U</mml:mi>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:msubsup>
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>m</mml:mi>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>k</mml:mi>
                </mml:msubsup>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>δ</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>U</mml:mi>
                    <mml:mi>m</mml:mi>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>r</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mi>k</mml:mi>
              <mml:mo>≥</mml:mo>
              <mml:mn>0.</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Starting from the initial condition <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mtext> e </mml:mtext><mml:mrow><mml:mi> φ </mml:mi><mml:mi> r </mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , we compute the first few terms of the series. For <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo></mml:mo><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , we have <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo></mml:mo><mml:msub><mml:mi> U </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mtext> e </mml:mtext><mml:mrow><mml:mi> φ </mml:mi><mml:mi> r </mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , and since <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mtext> d </mml:mtext><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi> U </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext> d </mml:mtext><mml:msup><mml:mi> r </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mi> φ </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mtext> e </mml:mtext><mml:mrow><mml:mi> φ </mml:mi><mml:mi> r </mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , the first term is straightforward. For <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , the convolution term vanishes because <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mi> α </mml:mi><mml:mo> &lt; </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , leading to</p>
        <disp-formula id="FD178">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>Γ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>Γ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:msub>
                <mml:mi>U</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>r</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mi>φ</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>φ</mml:mi>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>⇒</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>U</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>r</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>φ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>Γ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>φ</mml:mi>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Proceeding similarly, we find</p>
        <disp-formula id="FD179">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>U</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>r</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>φ</mml:mi>
                    <mml:mn>4</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>Γ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>φ</mml:mi>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>U</mml:mi>
                <mml:mn>3</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>r</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>φ</mml:mi>
                    <mml:mn>6</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>Γ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>3</mml:mn>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>φ</mml:mi>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>U</mml:mi>
                <mml:mn>4</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>r</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>φ</mml:mi>
                    <mml:mn>8</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>φ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>Γ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>4</mml:mn>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>φ</mml:mi>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Thus, the approximate solution becomes</p>
        <disp-formula id="FD180">
          <mml:math>
            <mml:mtable>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>≈</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>e</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>φ</mml:mi>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>φ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:msup>
                        <mml:mtext>e</mml:mtext>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>φ</mml:mi>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>Γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mi>α</mml:mi>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>φ</mml:mi>
                        <mml:mn>4</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:msup>
                        <mml:mtext>e</mml:mtext>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>φ</mml:mi>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>Γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>φ</mml:mi>
                            <mml:mn>6</mml:mn>
                          </mml:msup>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mtext>e</mml:mtext>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>φ</mml:mi>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>Γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>3</mml:mn>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>3</mml:mn>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>φ</mml:mi>
                            <mml:mn>8</mml:mn>
                          </mml:msup>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>φ</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mtext>e</mml:mtext>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>φ</mml:mi>
                          <mml:mi>r</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>Γ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>4</mml:mn>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>4</mml:mn>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mo>⋯</mml:mo>
                  <mml:mo>.</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>This series captures both the spatial behavior and the memory effects introduced by the fractional time derivative. Each term reflects the influence of the nonlinear source and the fractional order <inline-formula><mml:math><mml:mi> α </mml:mi></mml:math></inline-formula> , making the method well-suited for modeling complex biological dynamics. To validate the fractional model, we consider the special case <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> α </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , where model (6.1) reduces to the classical parabolic form:</p>
        <disp-formula id="FD181">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mo>∂</mml:mo>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>We solve this using an integrating factor. Let <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> v </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mtext>   </mml:mtext><mml:msup><mml:mtext> e </mml:mtext><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> t </mml:mi><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo> / </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , then</p>
        <disp-formula id="FD182">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:mi>v</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>∂</mml:mo>
                      <mml:mi>u</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>∂</mml:mo>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>t</mml:mi>
                        <mml:mn>3</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>/</mml:mo>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mo>∂</mml:mo>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>t</mml:mi>
                        <mml:mn>3</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>/</mml:mo>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mo>∂</mml:mo>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>v</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>which shows that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> v </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> satisfies the standard heat equation with initial condition <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> v </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mtext> e </mml:mtext><mml:mrow><mml:mi> φ </mml:mi><mml:mi> r </mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . The solution is</p>
        <disp-formula id="FD183">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>v</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>φ</mml:mi>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>φ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>⇒</mml:mo>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>φ</mml:mi>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>φ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>t</mml:mi>
                        <mml:mn>3</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>/</mml:mo>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>This exact solution confirms the correctness of the RDTM approximation when <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> α </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , and highlights how the fractional model generalizes the classical case by incorporating memory effects through the parameter <inline-formula><mml:math><mml:mi> α </mml:mi></mml:math></inline-formula> . The RDTM thus provides a powerful and systematic approach for constructing approximate solutions to fractional partial differential equations, especially when exact solutions are difficult to obtain.</p>
        <p><bold>-</bold><bold>Convergence of the RDTM Series</bold></p>
        <p>Let <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> U </mml:mi><mml:mi> k </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:msub><mml:mi> c </mml:mi><mml:mi> k </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> φ </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:msup><mml:mtext> e </mml:mtext><mml:mrow><mml:mi> φ </mml:mi><mml:mi> r </mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> c </mml:mi><mml:mi> k </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> φ </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are the coefficients generated by the recurrence, Due to the factorial growth in the denominator and the polynomial growth in the numerator, we can establish the bound:</p>
        <disp-formula id="FD184">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>‖</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>U</mml:mi>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>‖</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>≤</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>B</mml:mi>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>λ</mml:mi>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>k</mml:mi>
                  <mml:mo>!</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>for</mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>all</mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mi>k</mml:mi>
              <mml:mo>≥</mml:mo>
              <mml:mn>0</mml:mn>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mi> B </mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mi> λ </mml:mi></mml:math></inline-formula> are constants depending on <inline-formula><mml:math><mml:mi> φ </mml:mi></mml:math></inline-formula> . Therefore, the series converges absolutely and uniformly for all <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> T </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , since:</p>
        <disp-formula id="FD185">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:msubsup>
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>∞</mml:mi>
                </mml:msubsup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>‖</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>U</mml:mi>
                        <mml:mi>k</mml:mi>
                      </mml:msub>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>‖</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>≤</mml:mo>
              <mml:mi>B</mml:mi>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:msubsup>
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>∞</mml:mi>
                </mml:msubsup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>λ</mml:mi>
                              <mml:mi>t</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mi>k</mml:mi>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mo>!</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>B</mml:mi>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>λ</mml:mi>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>This confirms that the RDTM series defines a unique mild solution <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> C </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> T </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ; </mml:mo><mml:mi> X </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , where <inline-formula><mml:math><mml:mi> X </mml:mi></mml:math></inline-formula> is a suitable Banach space.</p>
        <p><bold>-</bold><bold>Error Estimate for Truncated RDTM Series</bold></p>
        <p>Let the truncated RDTM approximation up to order <inline-formula><mml:math><mml:mi> M </mml:mi></mml:math></inline-formula> be:</p>
        <disp-formula id="FD186">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>M</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>r</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:msubsup>
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>M</mml:mi>
                </mml:msubsup>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>U</mml:mi>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>The truncation error is given by:</p>
        <disp-formula id="FD187">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>‖</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>M</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>‖</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>≤</mml:mo>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:msubsup>
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mi>M</mml:mi>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>∞</mml:mi>
                </mml:msubsup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>‖</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>U</mml:mi>
                        <mml:mi>k</mml:mi>
                      </mml:msub>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>‖</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>≤</mml:mo>
              <mml:mi>B</mml:mi>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:msubsup>
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mi>M</mml:mi>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>∞</mml:mi>
                </mml:msubsup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>λ</mml:mi>
                              <mml:mi>t</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mi>k</mml:mi>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mo>!</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Using the tail estimate of the exponential series, we obtain:</p>
        <disp-formula id="FD188">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>‖</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>M</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>‖</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>≤</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>B</mml:mi>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>λ</mml:mi>
                          <mml:mi>t</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>M</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>M</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>!</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>λ</mml:mi>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mi>t</mml:mi>
              <mml:mo>∈</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>[</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>T</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>]</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>This shows that the error decays rapidly with increasing <inline-formula><mml:math><mml:mi> M </mml:mi></mml:math></inline-formula> , especially for small <inline-formula><mml:math><mml:mi> t </mml:mi></mml:math></inline-formula> , where:</p>
        <disp-formula id="FD189">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>‖</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>M</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>r</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>‖</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>O</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>t</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>M</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>M</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>!</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p><bold>-</bold><bold>Implications</bold></p>
        <p>Fast Convergence: The factorial decay in the denominator ensures rapid convergence of the RDTM series, making it highly efficient for early-time approximations.Reaction Term Influence: The nonlinear term <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:msup><mml:mi> t </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mi> u </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> introduces correction terms that further reduce the magnitude of higher-order coefficients, enhancing convergence.Practical Use: For a desired accuracy <inline-formula><mml:math><mml:mi> ε </mml:mi></mml:math></inline-formula> , one can select the smallest <inline-formula><mml:math><mml:mi> M </mml:mi></mml:math></inline-formula> such that:</p>
        <disp-formula id="FD190">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>B</mml:mi>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>λ</mml:mi>
                          <mml:mi>t</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>M</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>M</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>!</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>λ</mml:mi>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>≤</mml:mo>
              <mml:mi>ε</mml:mi>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>These results confirm that the RDTM provides a reliable and computationally efficient approach for solving the nonlinear diffusion-reaction model, with strong theoretical guarantees on convergence and error control.</p>
      </sec>
      <sec id="sec6dot4">
        <title>6.4. Existence and Uniqueness Analysis of the Fractional Model Solution</title>
        <p>In this section, we aim to establish the existence, uniqueness, and continuous dependence of the solution to Equation (6.1) under standard regularity assumptions. To achieve this, we outline three complementary analytical approaches: the fixed-point method via fractional Volterra formulation, the spectral semigroup approach using Mittag-Leffler functions, and the Laplace transform method. Each method confirms the well-posedness of the problem in appropriate function spaces.</p>
        <p>We begin by setting up the problem with the following assumptions:</p>
        <p><bold>Operator and domain</bold>: Let <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> A </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:msubsup><mml:mo> ∂ </mml:mo><mml:mi> r </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> be defined on a suitable domain <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> D </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> A </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ⊂ </mml:mo><mml:msup><mml:mi> L </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> ∞ </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> or <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo></mml:mo><mml:msup><mml:mi> H </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> ∞ </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , with boundary conditions chosen to make <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi> A </mml:mi></mml:math></inline-formula> self-adjoint and dissipative (e.g., Dirichlet at <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and appropriate decay as <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> → </mml:mo><mml:mi> ∞ </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ).<bold>Nonlinearity:</bold> The term <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:msup><mml:mi> t </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in Equation (6.1) is linear in <inline-formula><mml:math><mml:mi> u </mml:mi></mml:math></inline-formula> , with a time-dependent coefficient that remains bounded on any finite interval. Specifically, for any <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> T </mml:mi><mml:mo> &gt; </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , we have <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ‖ </mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> t </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo> ‖ </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> L </mml:mi><mml:mi> ∞ </mml:mi></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> T </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mi> T </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .<bold>Data regularity:</bold> The initial condition <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mtext> e </mml:mtext><mml:mrow><mml:mi> ϕ </mml:mi><mml:mi> r </mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is analytic. On unbounded domains, it is convenient to localize or work in weighted Sobolev spaces. The analyticity of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mtext> e </mml:mtext><mml:mrow><mml:mi> ϕ </mml:mi><mml:mi> r </mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ensures local well-posedness in spaces where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> A </mml:mi><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is defined (e.g., in the distributional or weighted Sobolev sense). Alternatively, one may regularize the data by truncation and pass to the limit. </p>
        <p>Under these assumptions, we seek mild solutions to Equation (6.1) in a Banach space <inline-formula><mml:math><mml:mi> X </mml:mi></mml:math></inline-formula> (such as <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> L </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> or <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> H </mml:mi><mml:mi> s </mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with weights), formulated through integral representations. The following subsections detail the three methods used to demonstrate the well-posedness of the fractional model.</p>
        <p><bold>Method I: Fractional Volterra integral equation and Banach fixed point</bold></p>
        <p>Using the Caputo derivative, Equation (6.1) can be rewritten as a fractional Volterra integral equation for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ⋅ </mml:mo><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> X </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in the form:</p>
      </sec>
    </sec>
    <sec id="sec7">
      <title>
        <inline-formula>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mi>J</mml:mi>
                <mml:mi>α</mml:mi>
              </mml:msup>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>A</mml:mi>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </inline-formula>
      </title>
      <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> J </mml:mi><mml:mi> α </mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denotes the Riemann–Liouville fractional integral operator, defined by</p>
    </sec>
    <sec id="sec8">
      <title>
        <inline-formula>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mi>J</mml:mi>
                <mml:mi>α</mml:mi>
              </mml:msup>
              <mml:mi>f</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>Γ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>α</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:mrow>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mo>∫</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>t</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mi>τ</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>α</mml:mi>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msup>
                    <mml:mi>f</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mi>τ</mml:mi>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mtext>
                       
                    </mml:mtext>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mi>τ</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </inline-formula>
      </title>
      <p>We define the operator <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi mathvariant="script"> T </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mi> u </mml:mi><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> as</p>
    </sec>
    <sec id="sec9">
      <title>
        <inline-formula>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi mathvariant="script">T</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>[</mml:mo>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mo>]</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mi>J</mml:mi>
                <mml:mi>α</mml:mi>
              </mml:msup>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>A</mml:mi>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </inline-formula>
      </title>
      <p>To prove that <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi mathvariant="script"> T </mml:mi></mml:math></inline-formula> is a contraction on a small-time interval, we consider <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> T </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and estimate the difference between two mappings:</p>
    </sec>
    <sec id="sec10">
      <title>
        <inline-formula>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>‖</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi mathvariant="script">T</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>[</mml:mo>
                        <mml:mi>u</mml:mi>
                        <mml:mo>]</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mi mathvariant="script">T</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>[</mml:mo>
                        <mml:mi>v</mml:mi>
                        <mml:mo>]</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>‖</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mi>X</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mo>≤</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>Γ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>α</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:mrow>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mo>∫</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>t</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mi>τ</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>α</mml:mi>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msup>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>‖</mml:mo>
                    <mml:mi>A</mml:mi>
                    <mml:mo>‖</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>‖</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>u</mml:mi>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mi>v</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>‖</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>X</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>τ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>‖</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>u</mml:mi>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mi>v</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>‖</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>X</mml:mi>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mtext>d</mml:mtext>
              <mml:mi>τ</mml:mi>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </inline-formula>
      </title>
      <p>Using the boundedness of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ‖ </mml:mo><mml:mi> A </mml:mi><mml:mo> ‖ </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> on <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> D </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> A </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ⊂ </mml:mo><mml:mi> X </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (or sectorial bounds), and noting that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> τ </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:msup><mml:mi> T </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> on the interval, we obtain the estimate:</p>
    </sec>
    <sec id="sec11">
      <title>
        <inline-formula>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>‖</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi mathvariant="script">T</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>[</mml:mo>
                        <mml:mi>u</mml:mi>
                        <mml:mo>]</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mi mathvariant="script">T</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>[</mml:mo>
                        <mml:mi>v</mml:mi>
                        <mml:mo>]</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>‖</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>C</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>[</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>T</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>]</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>;</mml:mo>
                      <mml:mi>X</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>≤</mml:mo>
              <mml:mi>C</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>T</mml:mi>
                    <mml:mi>α</mml:mi>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>T</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>‖</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>u</mml:mi>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mi>v</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>‖</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>C</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>[</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>T</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>]</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>;</mml:mo>
                      <mml:mi>X</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </inline-formula>
      </title>
      <p>For sufficiently small <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> T </mml:mi><mml:mo> &gt; </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> such that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> C </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> T </mml:mi><mml:mi> α </mml:mi></mml:msup><mml:mo> + </mml:mo><mml:msup><mml:mi> T </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> α </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> &lt; </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , the operator <inline-formula><mml:math><mml:mi mathvariant="script"> T </mml:mi></mml:math></inline-formula> becomes a contraction. By Banach’s fixed-point theorem, this guarantees the existence of a unique mild solution <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> C </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> T </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ; </mml:mo><mml:mi> X </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . To extend this result to any finite time <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mi> T </mml:mi></mml:math></inline-formula> , a standard continuation argument is applied. Since the coefficient <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> τ </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> remains bounded on finite intervals and the linear operator <inline-formula><mml:math><mml:mi> A </mml:mi></mml:math></inline-formula> is sectorial, the solution can be extended step-by-step to any desired time horizon. Moreover, the same estimates used in the contraction argument also establish continuous dependence on the initial data. Specifically, for two initial conditions <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi> u </mml:mi><mml:mo> ˜ </mml:mo></mml:mover><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , the corresponding solutions satisfy the Lipschitz estimate:</p>
    </sec>
    <sec id="sec12">
      <title>
        <inline-formula>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>‖</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>u</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>t</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mover accent="true">
                        <mml:mi>u</mml:mi>
                        <mml:mo>˜</mml:mo>
                      </mml:mover>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>t</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>‖</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mi>X</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mo>≤</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>C</mml:mi>
                <mml:mi>T</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>‖</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>u</mml:mi>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mover accent="true">
                          <mml:mi>u</mml:mi>
                          <mml:mo>˜</mml:mo>
                        </mml:mover>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>‖</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mi>X</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </inline-formula>
      </title>
      <p>which confirms the stability of the solution with respect to perturbations in the initial condition.</p>
      <p><bold>Method II: Sectorial operator framework and Mittag-Leffler representation</bold></p>
      <p>Let <inline-formula><mml:math><mml:mi> A </mml:mi></mml:math></inline-formula> be a sectorial operator on a Banach space <inline-formula><mml:math><mml:mi> X </mml:mi></mml:math></inline-formula> , such as the Dirichlet Laplacian. For the homogeneous fractional Cauchy problem <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi> D </mml:mi><mml:mi> t </mml:mi><mml:mi> α </mml:mi></mml:msubsup><mml:mi> u </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> A </mml:mi><mml:mi> u </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with initial condition <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , the solution is given by</p>
    </sec>
    <sec id="sec13">
      <title>
        <inline-formula>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mi>h</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>E</mml:mi>
                <mml:mi>α</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mi>α</mml:mi>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>A</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </inline-formula>
      </title>
      <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> E </mml:mi><mml:mi> α </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denotes the one-parameter Mittag-Leffler operator function. For the inhomogeneous case <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi> D </mml:mi><mml:mi> t </mml:mi><mml:mi> α </mml:mi></mml:msubsup><mml:mi> u </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> A </mml:mi><mml:mi> u </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> g </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> g </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mi> t </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , the variation-of-constants formula provides the mild solution in the form</p>
    </sec>
    <sec id="sec14">
      <title>
        <inline-formula>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>E</mml:mi>
                <mml:mi>α</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mi>α</mml:mi>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>A</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>Γ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>α</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:mrow>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mo>∫</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>t</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mi>τ</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>α</mml:mi>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msup>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>E</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>α</mml:mi>
                        <mml:mo>,</mml:mo>
                        <mml:mi>α</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msup>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>(</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>t</mml:mi>
                                <mml:mo>−</mml:mo>
                                <mml:mi>τ</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mo>)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                        </mml:msup>
                        <mml:mi>A</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>g</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mi>τ</mml:mi>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mi>τ</mml:mi>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mi>τ</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </inline-formula>
      </title>
      <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> E </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> α </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> β </mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the two-parameter Mittag-Leffler operator function. The integral term defines a Volterra-type operator with a weakly singular kernel, which is well-suited for analysis in Banach spaces. To establish existence and uniqueness, we examine the kernel</p>
    </sec>
    <sec id="sec15">
      <title>
        <inline-formula>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>K</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>t</mml:mi>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mi>τ</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>Γ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>α</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>E</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>α</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>α</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>t</mml:mi>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mi>τ</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>α</mml:mi>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>A</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mi>g</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>τ</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </inline-formula>
      </title>
      <p>which remains bounded for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> τ </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> on no finite interval. By applying standard results for linear Volterra integral equations in Banach spaces, it follows that there exists a unique solution <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> C </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> T </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ; </mml:mo><mml:mi> X </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . To derive a priori bound, we take norms on both sides of the mild solution and use the estimate <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ‖ </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> E </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> α </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> α </mml:mi></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> τ </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi> α </mml:mi></mml:msup><mml:mi> A </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> ‖ </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mi> C </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , which holds for sectorial operators. This yields inequality</p>
    </sec>
    <sec id="sec16">
      <title>
        <inline-formula>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>‖</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>‖</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>≤</mml:mo>
              <mml:mi>C</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>‖</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>‖</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi>C</mml:mi>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:mrow>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mo>∫</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>t</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mi>τ</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>α</mml:mi>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msup>
                    <mml:msup>
                      <mml:mi>τ</mml:mi>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>‖</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>u</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mi>τ</mml:mi>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>‖</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mi>τ</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </inline-formula>
      </title>
      <p>Applying a fractional Grönwall inequality to this estimate leads to the bound</p>
    </sec>
    <sec id="sec17">
      <title>
        <inline-formula>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>‖</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>‖</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>≤</mml:mo>
              <mml:mi>C</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>‖</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>‖</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>E</mml:mi>
                <mml:mi>α</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>C</mml:mi>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </inline-formula>
      </title>
      <p>which confirms both the global existence of the solution and its stability over time. The Mittag-Leffler function governs the growth of the solution, and the result ensures that the solution remains bound and well-behaved for all <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> T </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . In <xref ref-type="fig" rid="fig6">Figure 6</xref>, we present a compelling visual validation of the theoretical results obtained via the Mittag-Leffler function representation for the fractional differential Equation (6.1), highlighting the existence, uniqueness, and stability of its solution.</p>
      <p><bold>Method III: Laplace transform in time and resolvent analysis</bold></p>
      <p>To analyze Equation (6.1) using the Laplace transform, we apply it with respect to time, considering the Caputo fractional derivative. The Laplace transform of the Caputo derivative is given by</p>
    </sec>
    <sec id="sec18">
      <title>
        <inline-formula>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>ℒ</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>{</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>D</mml:mi>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mi>α</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>}</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>s</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mi>s</mml:mi>
                <mml:mi>α</mml:mi>
              </mml:msup>
              <mml:mover accent="true">
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mo>^</mml:mo>
              </mml:mover>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>s</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mi>s</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>α</mml:mi>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </inline-formula>
      </title>
      <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi> u </mml:mi><mml:mo> ^ </mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> s </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> ℒ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Applying the Laplace transform to both sides of Equation (6.1), we obtain the transformed equation:</p>
    </sec>
    <sec id="sec19">
      <title>
        <inline-formula>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>s</mml:mi>
                    <mml:mi>α</mml:mi>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>I</mml:mi>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mi>A</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mover accent="true">
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mo>^</mml:mo>
              </mml:mover>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>s</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mi>s</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>α</mml:mi>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mi>ℒ</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>{</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>}</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>s</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </inline-formula>
      </title>
      <p>Since <inline-formula><mml:math><mml:mi> A </mml:mi></mml:math></inline-formula> is a sectorial operator, the resolvent <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> s </mml:mi><mml:mi> α </mml:mi></mml:msup><mml:mi> I </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> A </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> exists for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> s </mml:mi><mml:mo> &gt; </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , allowing us to express the solution in the Laplace domain as</p>
    </sec>
    <sec id="sec20">
      <title>
        <inline-formula>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mover accent="true">
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mo>^</mml:mo>
              </mml:mover>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>s</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>s</mml:mi>
                        <mml:mi>α</mml:mi>
                      </mml:msup>
                      <mml:mi>I</mml:mi>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mi>A</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>[</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>s</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mi>ℒ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>{</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>t</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:mi>u</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>t</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>}</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>s</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>]</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </inline-formula>
      </title>
      <p>The Laplace transformation of the product <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> t </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is equivalent to the second derivative of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi> u </mml:mi><mml:mo> ^ </mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> s </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with respect to <inline-formula><mml:math><mml:mi> s </mml:mi></mml:math></inline-formula> , up to a sign. Specifically,</p>
    </sec>
    <sec id="sec21">
      <title>
        <inline-formula>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>ℒ</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>{</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>}</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>s</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>s</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mover accent="true">
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mo>^</mml:mo>
              </mml:mover>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>s</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </inline-formula>
      </title>
      <p>Substituting this into the transformed equation yields a second-order linear differential equation in <inline-formula><mml:math><mml:mi> s </mml:mi></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi> u </mml:mi><mml:mo> ^ </mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> s </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> :</p>
    </sec>
    <sec id="sec22">
      <title>
        <inline-formula>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>s</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mover accent="true">
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mo>^</mml:mo>
              </mml:mover>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>s</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>s</mml:mi>
                    <mml:mi>α</mml:mi>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>I</mml:mi>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mi>A</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mover accent="true">
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mo>^</mml:mo>
              </mml:mover>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>s</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mi>s</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>α</mml:mi>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </inline-formula>
      </title>
      <p>Standard resolvent estimates for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> s </mml:mi><mml:mi> α </mml:mi></mml:msup><mml:mi> I </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> A </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ensure the existence and uniqueness of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi> u </mml:mi><mml:mo> ^ </mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> s </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in a suitable half-plane. Applying the inverse Laplace transform then recovers a unique mild solution <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> C </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> T </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ; </mml:mo><mml:mi> X </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . The stability of the solution follows from bounds on <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi> u </mml:mi><mml:mo> ^ </mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> s </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and the properties of the inverse transformation. To further confirm stability and continuous dependence, we consider an energy-type estimate. Multiplying the original PDE by <inline-formula><mml:math><mml:mi> u </mml:mi></mml:math></inline-formula> and integrating over the spatial domain with appropriate boundary conditions yields</p>
    </sec>
    <sec id="sec23">
      <title>
        <inline-formula>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>〈</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>D</mml:mi>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mi>α</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>〈</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>A</mml:mi>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>〈</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>〉</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>≤</mml:mo>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>‖</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>u</mml:mi>
                        <mml:mi>r</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>‖</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>‖</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                      <mml:mi>u</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>‖</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </inline-formula>
      </title>
      <p>where the left-hand side is interpreted using fractional energy identities. This inequality indicates dissipative behavior and bounded energy growth over time. Additionally, from the Volterra formulation of the problem, we obtain the inequality</p>
    </sec>
    <sec id="sec24">
      <title>
        <inline-formula>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>‖</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>‖</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>≤</mml:mo>
              <mml:mi>C</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>‖</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>‖</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi>C</mml:mi>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:mrow>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mo>∫</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>t</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mi>τ</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>α</mml:mi>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msup>
                    <mml:msup>
                      <mml:mi>τ</mml:mi>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>‖</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>u</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mi>τ</mml:mi>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>‖</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mi>τ</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </inline-formula>
      </title>
      <p>which, by applying a fractional Grönwall inequality, leads to the bound</p>
    </sec>
    <sec id="sec25">
      <title>
        <inline-formula>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>‖</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mover accent="true">
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mo>˜</mml:mo>
                  </mml:mover>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>‖</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>≤</mml:mo>
              <mml:mi>C</mml:mi>
              <mml:msub>
                <mml:mi>E</mml:mi>
                <mml:mi>α</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>C</mml:mi>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>‖</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mover accent="true">
                      <mml:mi>u</mml:mi>
                      <mml:mo>˜</mml:mo>
                    </mml:mover>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>‖</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </inline-formula>
      </title>
      <p>demonstrating that the solution depends continuously on the initial data. Considering the specific initial condition <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mtext> e </mml:mtext><mml:mrow><mml:mi> ϕ </mml:mi><mml:mi> r </mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , which is analytic, we note that on bounded domains or in weighted function spaces, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> D </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> A </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mi> A </mml:mi><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mi> ϕ </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mtext> e </mml:mtext><mml:mrow><mml:mi> ϕ </mml:mi><mml:mi> r </mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Therefore, all three methods fixed-point, spectral semigroup, and Laplace transform consistently yield the following conclusions:</p>
      <p><bold>Existence</bold>: A mild solution <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> C </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> T </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ; </mml:mo><mml:mi> X </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> exists for any finite <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> T </mml:mi><mml:mo> &gt; </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .<bold>Uniqueness:</bold> The solution is unique within the chosen function space.<bold>Stability:</bold> The solution depends continuously on the initial data <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , with explicit bounds provided by fractional Grönwall and Mittag-Leffler estimates.</p>
      <p>These theoretical results provide a solid foundation for the use of the Fractional Reduced Differential Transform Method (FRDTM) in constructing approximate solutions. They ensure that the iterative series generated by FRDTM converges to the unique mild solution of Equation (6.1) on finite time intervals, validating both the method and the model.</p>
      <p>Therefore, under the assumptions outlined above, the function <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> satisfies the conditions required for the existence of a mild solution to Equation (6.1), as established through the fixed-point formulation, spectral representation, or Laplace transformation method. Since the initial condition is given by <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mtext> e </mml:mtext><mml:mrow><mml:mi> ϕ </mml:mi><mml:mi> r </mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , which is analytic and sufficiently smooth, the existence of the solution is guaranteed. The uniqueness of the solution follows from the linearity of the Caputo fractional derivative and the properties of the Laplace transform. Suppose there are two solutions <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> satisfying the same initial condition. Then their difference <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi> u </mml:mi><mml:mo> ˜ </mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are the homogeneous form of Equation (6.1) with zero initial data. Applying the Laplace transform and using the uniqueness of the inverse transform, we conclude that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mover accent="true"><mml:mi> u </mml:mi><mml:mo> ˜ </mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> ℓ </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , and thus <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> almost everywhere in the desired domain. This confirms that the solution is unique in the region <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> r </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> × </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Hence, the solution <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> to Equation (6.1) with initial condition <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mtext> e </mml:mtext><mml:mrow><mml:mi> ϕ </mml:mi><mml:mi> r </mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is both well-defined and unique, and it depends continuously on the given initial data within the specified domain. </p>
      <sec id="sec25dot1">
        <title>6.5. Comparing the Performance of Analytical Methods in the Fractional Time Diffusion-Reaction Model</title>
        <p>In this section, we present a comparative analysis of the three analytical techniques applied to the time-fractional diffusion-reaction model (Equation 6.1): the Homotopy Perturbation Method (HPM), the Fractional Reduced Differential Transform Method (FRDTM), and the Reduced Differential Transform Method (RDTM). Each method offers unique advantages and limitations in terms of analytical tractability, convergence behavior, and computational efficiency.</p>
        <p>- <bold>Homotopy</bold><bold>Perturbation Method (HPM)</bold></p>
        <p>The HPM constructs the solution as a recursive series expansion. Two approaches are considered: a direct expansion using the Caputo fractional integral operator, and an embedding parameter formulation involving Mittag-Leffler functions. The direct method iteratively generates approximation <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , while the embedding parameter approach transforms the PDE into a fractional ODE for the temporal component <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> w </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , solved via nested convolution integrals. This method excels in overseeing nonlinearities and capturing memory effects intrinsic to fractional dynamics. The use of Mittag-Leffler functions allows for accurate modeling of long-time behavior. However, the method becomes increasingly complex with higher-order terms, and the convolution integrals can be analytically demanding.</p>
        <p>- <bold>Fractional Reduced Differential Transform Method (FRDTM)</bold></p>
        <p>The FRDTM expresses the solution as a fractional power series in time, where each coefficient <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> U </mml:mi><mml:mi> k </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is determined recursively. The Caputo derivative and spatial derivatives are transformed into algebraic forms, enabling efficient computation of successive terms. This method is particularly effective for small time intervals due to its rapid convergence and straightforward implementation. It is well-suited for generating low-order approximations and provides clear insight into the influence of fractional dynamics. Nevertheless, the approximation of nonlinear terms such as <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> t </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mi> u </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> may introduce projection errors, and the accuracy can diminish for larger time domains unless higher-order terms are included.</p>
        <p>- <bold>Reduced Differential Transform Method (RDTM)</bold></p>
        <p>The RDTM also constructs a fractional power series solution but employs a distinct transformation of the Caputo derivative and utilizes convolution properties to oversee nonlinear terms. The recurrence relations for the coefficients <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> U </mml:mi><mml:mi> k </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> incorporate both spatial derivatives and time-dependent nonlinearities. This method is systematic and capable of recovering the exact classical solution when <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> α </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , providing a useful consistency check. It is particularly effective for problems with analytic initial conditions. However, the method requires careful treatment of convolution terms, and the matching of fractional powers in nonlinear expressions can be technically intricate.</p>
        <p>- <bold>Summary</bold></p>
        <p>All three methods provide viable frameworks for approximating solutions to the fractional diffusion-reaction model. The HPM offers flexibility and depth, especially when leveraging Mittag-Leffler functions. The FRDTM is efficient and rapidly convergent for early-time behavior, while the RDTM provides a structured and consistent approach that bridges classical solutions. The choice among these methods depends on the specific requirements of accuracy, computational resources, and the nature of the problem under consideration.</p>
      </sec>
    </sec>
    <sec id="sec26">
      <title>7. Discussions and Results</title>
      <p>To evaluate the performance of different semi-analytical methods in solving the nonlinear partial differential Equation (2.3) we applied the Homotopy Analysis Method (HAM), Homotopy Perturbation Method (HPM), and Reduced Differential Transform Method (RDTM). The resulting approximate solutions are visualized in <xref ref-type="fig" rid="fig1">Figures 1(a)-(c)</xref>, each plotted over the same spatial and temporal domain. As shown in <xref ref-type="fig" rid="fig1">Figure 1(a)</xref>, the HAM solution exhibits a smooth and gradual increase in the function <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> τ </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> over time and space. The method constructs a recursive series solution with a convergence-control parameter <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℏ </mml:mi></mml:math></inline-formula> , which allows flexibility in tuning the approximation. However, due to the nature of the series expansion, the convergence rate is relatively slower compared to the other methods. This is reflected in the surface profile, which remains elevated and continues to evolve throughout the domain. <xref ref-type="fig" rid="fig1">Figure 1(b)</xref> presents the solution obtained via HPM. This method combines the classical perturbation technique with homotopy theory, yielding a rapidly converging series. In this case, the HPM solution closely matches the exact analytical form <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> τ </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mtext> ln </mml:mtext><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> τ </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , resulting in a surface that rises consistently and smoothly. The method demonstrates high accuracy and efficiency, particularly for problems with well-behaved nonlinearities. The RDTM solution, depicted in <xref ref-type="fig" rid="fig1">Figure 1(c)</xref>, shows a distinct behavior. The surface flattens more quickly than those produced by HAM and HPM, indicating that the method reaches a quasi-steady state earlier. This suggests that RDTM is particularly effective in capturing the early-time dynamics of the system. The method constructs a time-series expansion, which is advantageous for problems where short-time behavior is of primary interest. By comparing these profiles, we can see that each method has distinct advantages and limitations. HPM and RDTM both recover the exact solution, but RDTM stabilizes more rapidly, making it well-suited for early-stage modeling. HAM offers greater flexibility, yet it may require higher-order terms or careful tuning of <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℏ </mml:mi></mml:math></inline-formula> to achieve similar accuracy. These insights are valuable for choosing the most appropriate method to model glioma cell dynamics or other nonlinear diffusion-reaction systems. If we observe these profiles over a longer period, we find that the solution evolves smoothly, with the concentration gradually stabilizing as time progresses. This behavior is captured effectively in <xref ref-type="fig" rid="fig1">Figure 1(d)</xref>, where the Reduced Differential Transform Method (RDTM) is used to compute the solution <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> τ </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> across space and time. The color gradient in the plot from deep blue (low values) to bright yellow (high values) shows how the solution develops. Notably, the early-time region (lower <inline-formula><mml:math><mml:mi> τ </mml:mi></mml:math></inline-formula> ) already displays a well-structured and stable profile, highlighting RDTM’s strength in capturing early-stage dynamics. This supports the idea that RDTM stabilizes more rapidly than other methods like HPM or HAM. While HPM also recovers the exact solution, it may require more terms to reach this level of clarity. HAM, on the other hand, offers flexibility through the tuning parameter <inline-formula><mml:math><mml:mi> ℏ </mml:mi></mml:math></inline-formula> , but often demands careful adjustment or higher-order expansions to achieve similar accuracy. Additionally, we examined the radius of glial cell concentration to demonstrate the influence of a nonlinear source term <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ω </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> τ </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in Equation (2.3). As described in Section 2, this source term incorporates the combined effects of medical treatments such as radiotherapy and chemotherapy into the model. By considering the transformation <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> τ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 4 </mml:mn><mml:mi> D </mml:mi><mml:mi> τ </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> from relation (2.4) and setting the diffusion coefficient <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> D </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 2.5 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> along with the number of glial cells <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> N </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 8000 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (as referenced in [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>]), we obtain the values listed in <bold>Table 1</bold>. Using these values, <xref ref-type="fig" rid="fig2">Figure 2</xref> is generated, which shows that the radius of glioma cells decreases over time. <xref ref-type="fig" rid="fig3">Figures 3(a)-(d)</xref> present the concentration profiles of glial cells derived from the fractional Equation (6.1) using the Homotopy Perturbation Method (HPM) at successive approximation orders: <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . These visualizations illustrate the first, second, and third-order approximations, each capturing increasingly detailed dynamics of the solution. With extended time, range and enhanced contrast, the progressive evolution of the surface becomes more pronounced. The first-order approximation <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> introduces initial curvature and a subtle dip near the origin, reflecting the early influence of the nonlinear term <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:msup><mml:mi> t </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mi> u </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . The second-order approximation <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> deepens this effect, while the third-order approximation <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> reveals even greater curvature and complexity, highlighting the refined behavior of the solution as it diverges from the initial flat profile<inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . These figures not only emphasize the recursive structure of the HPM series but also demonstrate the method’s strong and rapid convergence. Although the differences between successive approximations (<inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> to <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ) may appear subtle, this is due to the smoothing effect of the fractional derivative and the inherent efficiency of the HPM. The color gradients in the 3D surface plots clearly indicate a consistent decrease in glioma cell concentration over time, with each higher-order approximation reinforcing this downward trend. We can also conclude that the profiles exhibit a progressive decay toward zero, suggesting that the HPM effectively models the suppression or eventual cessation of glial cell growth. <xref ref-type="fig" rid="fig4">Figure 4</xref> further supports this interpretation by illustrating the impact of the fractional time derivative on glial cell concentration for the third-order approximate solution at <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0.1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , using various values of the fractional order <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> α </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1.5 </mml:mn><mml:mo> ; </mml:mo><mml:mn> 1.25 </mml:mn><mml:mo> ; </mml:mo><mml:mn> 0.75 </mml:mn><mml:mo> ; </mml:mo><mml:mn> 0.5 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and 0.5. As <inline-formula><mml:math><mml:mi> α </mml:mi></mml:math></inline-formula> decreases, the decay in cell concentration becomes more gradual, underscoring the role of memory effects inherent in fractional-order systems. This behavior confirms that the fractional derivative not only smooths the temporal evolution but also significantly influences the rate and pattern of glioma cell suppression. Together, these results reinforce the flexibility and effectiveness of the HPM in capturing the complex dynamics of biological systems governed by fractional differential equations. Under the given conditions, the concentration of glioma cells decreases as the fractional order decreases from <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> α </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1.5 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> to <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> α </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0.5 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . This indicates that a fractional derivative of order <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> α </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0.5 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is more effective in reducing glial cell concentrations. <xref ref-type="fig" rid="fig5">Figures 5(a)-(d)</xref> illustrate the evolving behavior of the solution surface as higher-order corrections are introduced through the fractional reduced differential transform method (FRDTM). From <xref ref-type="fig" rid="fig5">Figures 5(a)-(d)</xref>, the surface exhibits a progressively sharper dip near the origin, especially as time increases. Unlike the gentle slope seen in <xref ref-type="fig" rid="fig5">Figure 5(b)</xref> (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ), the later subfigures show the surface bending downward more steeply and earlier in time. The color gradient shifts more rapidly, transitioning from yellow to deep blue, which indicates a faster and stronger decrease in cell concentration. This transformation is driven by the inclusion of second- and third-order corrections. In <xref ref-type="fig" rid="fig5">Figure 5(c)</xref>, the second-order term enhances the curvature, intensifying the effects of the fractional derivative and the nonlinear <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:msup><mml:mi> t </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mi> u </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> term. By <xref ref-type="fig" rid="fig5">Figure 5(d)</xref>, the third-order correction further amplifies these influences, resulting in a more pronounced twisting of the surface and a wider dynamic range in the color map highlighting lower concentrations reached more quickly and a stronger decay pattern overall. To clearly illustrate the progressive changes in the solution behavior, a 2D profile of the FRDTM-based approximations <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> through <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is shown in <xref ref-type="fig" rid="fig5">Figure 5(e)</xref>. This visualization highlights the convergence trend and the influence of higher-order terms more effectively than the 3D surfaces. Comparing <xref ref-type="fig" rid="fig5">Figure 5</xref> and <xref ref-type="fig" rid="fig3">Figure 3</xref>, we observe that the fractional model exhibits faster convergence when solved using the FRDTM method. <xref ref-type="fig" rid="fig6">Figure 6</xref> shows a clear and compelling visual confirmation of the theoretical results derived through the sectorial operator framework and the Mittag-Leffler function representation for the fractional differential Equation (6.1). The smooth and well-structured surface of the solution <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> illustrates the three fundamental properties of existence, uniqueness, and stability. The continuity and boundedness of the surface across the domain <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> × </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 10 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> demonstrate the existence of a mild solution <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> C </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> T </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ; </mml:mo><mml:mi> X </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , consistent with the analytic initial condition <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mtext> e </mml:mtext><mml:mrow><mml:mi> ϕ </mml:mi><mml:mi> r </mml:mi></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , which lies in the domain of the sectorial operator <inline-formula><mml:math><mml:mi> A </mml:mi></mml:math></inline-formula> . The absence of irregularities or bifurcations in the surface supports the uniqueness of the solution, as ensured by the structure of the Volterra-type integral equation and the properties of the two-parameter Mittag-Leffler operator function. Moreover, the smooth decay of the solution over time, clearly visible in the surface’s downward trend, confirms the solution’s stability. This behavior aligns with the derived a priori bounds and the application of the fractional Grönwall inequality, which guarantee that the solution depends continuously on the initial data and remains well-behaved over time. These visual and analytical insights validate the model and further support the use of numerical methods such as FRDTM for constructing accurate approximations to the solution.</p>
      <fig id="fig1">
        <label>Figure 1</label>
        <graphic xlink:href="https://html.scirp.org/file/1724074-rId1235.jpeg?20260409015131" />
      </fig>
      <fig id="fig2">
        <label>Figure 2</label>
        <graphic xlink:href="https://html.scirp.org/file/1724074-rId1236.jpeg?20260409015131" />
      </fig>
      <p><bold>Figure 1</bold><bold>.</bold> (a)-(c): Cell concentration profiles obtained by solving Eq. (2.3) using the HAM, HPM, and RDTM methods over the domain <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> τ </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> r </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> × </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> τ </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> α </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0.5 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ; (d): two-dimensional spatiotemporal profile of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> τ </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> computed using RDTM over time.</p>
      <p><bold>Table 1.</bold>Radial growth of glial cells in the treated model.</p>
      <table-wrap id="tbl1">
        <label>Table 1</label>
        <table>
          <tbody>
            <tr>
              <td colspan="2">Radius of Glial Cells</td>
            </tr>
            <tr>
              <td>
                <inline-formula>
                  <mml:math>
                    <mml:mi>τ</mml:mi>
                  </mml:math>
                </inline-formula>
                (time)
              </td>
              <td>
                <inline-formula>
                  <mml:math>
                    <mml:mi>r</mml:mi>
                  </mml:math>
                </inline-formula>
                (radius)
              </td>
            </tr>
            <tr>
              <td>1</td>
              <td>5.75</td>
            </tr>
            <tr>
              <td>2</td>
              <td>5.25</td>
            </tr>
            <tr>
              <td>3</td>
              <td>4.75</td>
            </tr>
            <tr>
              <td>4</td>
              <td>4.25</td>
            </tr>
            <tr>
              <td>5</td>
              <td>3.75</td>
            </tr>
            <tr>
              <td>6</td>
              <td>3.25</td>
            </tr>
            <tr>
              <td>7</td>
              <td>2.75</td>
            </tr>
            <tr>
              <td>8</td>
              <td>2.25</td>
            </tr>
            <tr>
              <td>9</td>
              <td>1.75</td>
            </tr>
            <tr>
              <td>10</td>
              <td>1.25</td>
            </tr>
          </tbody>
        </table>
      </table-wrap>
      <fig id="fig3">
        <label>Figure 3</label>
        <graphic xlink:href="https://html.scirp.org/file/1724074-rId1247.jpeg?20260409015131" />
      </fig>
      <p><bold>Figure 2</bold><bold>.</bold> Radial growth of glial cells over the time interval <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> τ </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 10 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
      <fig id="fig4">
        <label>Figure 4</label>
        <graphic xlink:href="https://html.scirp.org/file/1724074-rId1250.jpeg?20260409015131" />
      </fig>
      <p><bold>Figure 3</bold><bold>.</bold> Cell concentration profiles obtained from the solution of Eq. (6.1) using the Homotopy Perturbation Method (HPM) at <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> α </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0.5 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> : (a) <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , (b) <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , (c) <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , (d) <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
      <fig id="fig5">
        <label>Figure 5</label>
        <graphic xlink:href="https://html.scirp.org/file/1724074-rId1261.jpeg?20260409015131" />
      </fig>
      <p><bold>Figure 4</bold><bold>.</bold> Effect of the fractional-order parameter <inline-formula><mml:math><mml:mi> α </mml:mi></mml:math></inline-formula> on cell concentration in the third-order approximation <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of Eq. (6.1), obtained using the Homotopy Perturbation Method (HPM), for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> α </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1.5 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 1.25 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 0.75 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 0.5 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
      <fig id="fig6">
        <label>Figure 6</label>
        <graphic xlink:href="https://html.scirp.org/file/1724074-rId1268.jpeg?20260409015131" />
      </fig>
      <fig id="fig7">
        <label>Figure 7</label>
        <graphic xlink:href="https://html.scirp.org/file/1724074-rId1269.jpeg?20260409015131" />
      </fig>
      <p><bold>Figure 5</bold><bold>.</bold> (a)-(d) Cell concentration profiles corresponding to the approximate solutions <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of Eq. (6.1) obtained using FRDTM; (e) Two-dimensional plot of the cell concentration for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> α </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0.5 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , also computed via FRDTM.</p>
      <fig id="fig8">
        <label>Figure 8</label>
        <graphic xlink:href="https://html.scirp.org/file/1724074-rId1274.jpeg?20260409015131" />
      </fig>
      <p><bold>Figure 6</bold><bold>.</bold> Plot of the mild solution to Eq. (6.1) for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> α </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0.5 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , illustrating existence, uniqueness, and stability of the fractional model via the Mittage-Leffler function.</p>
    </sec>
    <sec id="sec27">
      <title>8. Conclusion</title>
      <p>In this work, the dynamics of a nonlinear glial cell growth model under treatment were examined using three analytical methods HAM, HPM, and RDTM to derive approximate solutions. The resulting growth profiles confirmed the effectiveness of these approaches in tackling complex partial differential equations, with RDTM standing out for its superior efficiency and accuracy. Analysis of the glioma cell radius showed a consistent decline over time, emphasizing the impact of treatment parameters in suppressing glioma expansion. By extending the model to its fractional form, we established the existence and uniqueness of the solution and simulated its behavior. The three-dimensional solution profiles revealed a steady decrease in glial cell concentration, ultimately reaching zero, indicating complete growth suppression. Among the fractional parameters tested, <italic>α</italic> = 0.5 proved most effective in accelerating the decline, highlighting the significance of fractional derivatives in enhancing model precision and therapeutic insight. Overall, these findings underscore the power of fractional modeling in capturing the complex behavior of biological systems and offer valuable guidance for developing more effective treatment strategies.</p>
    </sec>
  </body>
  <back>
    <ref-list>
      <title>References</title>
      <ref id="B1">
        <label>1.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Lassaletta, A., Zapotocky, M., Bouffet, E., Hawkins, C. and Tabori, U. (2016) An Integrative Molecular and Genomic Analysis of Pediatric Hemispheric Low-Grade Gliomas: An Update. <italic>Child</italic>’ <italic>s</italic><italic>Nervous</italic><italic>System</italic>, 32, 1789-1797. https://doi.org/10.1007/s00381-016-3163-6 <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s00381-016-3163-6</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">27659822</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1007/s00381-016-3163-6">https://doi.org/10.1007/s00381-016-3163-6</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Lassaletta, A.</string-name>
              <string-name>Zapotocky, M.</string-name>
              <string-name>Bouffet, E.</string-name>
              <string-name>Hawkins, C.</string-name>
              <string-name>Tabori, U.</string-name>
            </person-group>
            <year>2016</year>
            <article-title>An Integrative Molecular and Genomic Analysis of Pediatric Hemispheric Low-Grade Gliomas: An Update</article-title>
            <source>Child’s Nervous System</source>
            <volume>32</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s00381-016-3163-6</pub-id>
            <pub-id pub-id-type="pmid">27659822</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B2">
        <label>2.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Melian, E. (2014) Radiation Therapy in Neurologic Disease. <italic>Handbook of Clinical Neurology</italic>, 121, 1181-1198.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Melian, E.</string-name>
            </person-group>
            <year>2014</year>
            <article-title>Radiation Therapy in Neurologic Disease</article-title>
            <source>Handbook of Clinical Neurology</source>
            <volume>121</volume>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B3">
        <label>3.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Lloret‐Villas, A., Varusai, T., Juty, N., Laibe, C., Le NovÈre, N., Hermjakob, H., <italic>et al</italic>. (2017) The Impact of Mathematical Modeling in Understanding the Mechanisms Underlying Neurodegeneration: Evolving Dimensions and Future Directions. <italic>CPT</italic>: <italic>Pharmacometrics</italic><italic>&amp;</italic><italic>Systems</italic><italic>Pharmacology</italic>, 6, 73-86. https://doi.org/10.1002/psp4.12155 <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/psp4.12155</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">28063254</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1002/psp4.12155">https://doi.org/10.1002/psp4.12155</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Villas, A.</string-name>
              <string-name>Varusai, T.</string-name>
              <string-name>Juty, N.</string-name>
              <string-name>Laibe, C.</string-name>
              <string-name>Hermjakob, H.</string-name>
            </person-group>
            <year>2017</year>
            <article-title>The Impact of Mathematical Modeling in Understanding the Mechanisms Underlying Neurodegeneration: Evolving Dimensions and Future Directions</article-title>
            <source>CPT: Pharmacometrics &amp; Systems Pharmacology</source>
            <volume>6</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/psp4.12155</pub-id>
            <pub-id pub-id-type="pmid">28063254</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B4">
        <label>4.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Einevoll, G.T. (2006) Mathematical Modeling of Neural Activity. In: Skjeltorp, A.T. and Belushkin, A.V., <italic>Dynamics of Complex Interconnected Systems</italic>: <italic>Networks and Bioprocesses</italic>, Springer, 127-145.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Einevoll, G.T.</string-name>
              <string-name>Skjeltorp, A.T.</string-name>
              <string-name>Belushkin, A.V.</string-name>
              <string-name>Bioprocesses, S</string-name>
            </person-group>
            <year>2006</year>
            <article-title>Mathematical Modeling of Neural Activity</article-title>
            <source>In: Skjeltorp</source>
            <volume>127</volume>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B5">
        <label>5.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Nijhout, H.F., Best, J.A. and Reed, M.C. (2015) Using Mathematical Models to Understand Metabolism, Genes, and Disease. <italic>BMC Biology</italic>, 13, Article No. 79. https://doi.org/10.1186/s12915-015-0189-2 <pub-id pub-id-type="doi">10.1186/s12915-015-0189-2</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">26400419</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1186/s12915-015-0189-2">https://doi.org/10.1186/s12915-015-0189-2</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Nijhout, H.F.</string-name>
              <string-name>Best, J.A.</string-name>
              <string-name>Reed, M.C.</string-name>
              <string-name>Metabolism, G</string-name>
            </person-group>
            <year>2015</year>
            <article-title>Using Mathematical Models to Understand Metabolism, Genes, and Disease</article-title>
            <source>BMC Biology</source>
            <volume>13</volume>
            <elocation-id>No</elocation-id>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1186/s12915-015-0189-2</pub-id>
            <pub-id pub-id-type="pmid">26400419</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B6">
        <label>6.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Georgescu, M., Haidar, L., Serb, A., Puscasiu, D. and Georgescu, D. (2021) Mathematical Modeling of Brain Activity under Specific Auditory Stimulation. <italic>Computational and Mathematical Methods in Medicine</italic>, 2021, 1-20. https://doi.org/10.1155/2021/6676681 <pub-id pub-id-type="doi">10.1155/2021/6676681</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">33976707</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1155/2021/6676681">https://doi.org/10.1155/2021/6676681</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Georgescu, M.</string-name>
              <string-name>Haidar, L.</string-name>
              <string-name>Serb, A.</string-name>
              <string-name>Puscasiu, D.</string-name>
              <string-name>Georgescu, D.</string-name>
            </person-group>
            <year>2021</year>
            <article-title>Mathematical Modeling of Brain Activity under Specific Auditory Stimulation</article-title>
            <source>Computational and Mathematical Methods in Medicine</source>
            <volume>2021</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1155/2021/6676681</pub-id>
            <pub-id pub-id-type="pmid">33976707</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B7">
        <label>7.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="web">Wein, L. and Koplow, D. (1999) Mathematical Modeling of Brain Cancer to Identify Promising Combination Treatments. https://www.virtualtrials.com/weinrep2.pdf</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="web">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Wein, L.</string-name>
              <string-name>Koplow, D.</string-name>
            </person-group>
            <year>1999</year>
            <article-title>Mathematical Modeling of Brain Cancer to Identify Promising Combination Treatments</article-title>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B8">
        <label>8.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Tracqui, P., Cruywagen, G.C., Woodward, D.E., Bartoo, G.T., Murray, J.D. and Alvord, E.C. (1995) A Mathematical Model of Glioma Growth: The Effect of Chemotherapy on Spatio-Temporal Growth. <italic>Cell Proliferation</italic>, 28, 17-31. https://doi.org/10.1111/j.1365-2184.1995.tb00036.x <pub-id pub-id-type="doi">10.1111/j.1365-2184.1995.tb00036.x</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">7833383</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1111/j.1365-2184.1995.tb00036.x">https://doi.org/10.1111/j.1365-2184.1995.tb00036.x</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Tracqui, P.</string-name>
              <string-name>Cruywagen, G.C.</string-name>
              <string-name>Woodward, D.E.</string-name>
              <string-name>Bartoo, G.T.</string-name>
              <string-name>Murray, J.D.</string-name>
              <string-name>Alvord, E.C.</string-name>
            </person-group>
            <year>1995</year>
            <article-title>A Mathematical Model of Glioma Growth: The Effect of Chemotherapy on Spatio-Temporal Growth</article-title>
            <source>Cell Proliferation</source>
            <volume>28</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1111/j.1365-2184.1995.tb00036.x</pub-id>
            <pub-id pub-id-type="pmid">7833383</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B9">
        <label>9.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Woodward, D.E., Cook, J., Tracqui, P., Cruywagen, G.C., Murray, J.D. and Alvord, E.C. (1996) A Mathematical Model of Glioma Growth: The Effect of Extent of Surgical Resection. <italic>Cell Proliferation</italic>, 29, 269-288. https://doi.org/10.1111/j.1365-2184.1996.tb01580.x <pub-id pub-id-type="doi">10.1111/j.1365-2184.1996.tb01580.x</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">8809120</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1111/j.1365-2184.1996.tb01580.x">https://doi.org/10.1111/j.1365-2184.1996.tb01580.x</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Woodward, D.E.</string-name>
              <string-name>Cook, J.</string-name>
              <string-name>Tracqui, P.</string-name>
              <string-name>Cruywagen, G.C.</string-name>
              <string-name>Murray, J.D.</string-name>
              <string-name>Alvord, E.C.</string-name>
            </person-group>
            <year>1996</year>
            <article-title>A Mathematical Model of Glioma Growth: The Effect of Extent of Surgical Resection</article-title>
            <source>Cell Proliferation</source>
            <volume>29</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1111/j.1365-2184.1996.tb01580.x</pub-id>
            <pub-id pub-id-type="pmid">8809120</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B10">
        <label>10.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Stupp, R., Mason, W.P., van den Bent, M.J., Weller, M., Fisher, B., Taphoorn, M.J.B., <italic>et al</italic>. (2005) Radiotherapy Plus Concomitant and Adjuvant Temozolomide for Glioblastoma. <italic>New</italic><italic>England</italic><italic>Journal</italic><italic>of</italic><italic>Medicine</italic>, 352, 987-996. https://doi.org/10.1056/nejmoa043330 <pub-id pub-id-type="doi">10.1056/nejmoa043330</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">15758009</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1056/nejmoa043330">https://doi.org/10.1056/nejmoa043330</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Stupp, R.</string-name>
              <string-name>Mason, W.P.</string-name>
              <string-name>Bent, M.J.</string-name>
              <string-name>Weller, M.</string-name>
              <string-name>Fisher, B.</string-name>
              <string-name>Taphoorn, M.J.B.</string-name>
            </person-group>
            <year>2005</year>
            <article-title>Radiotherapy Plus Concomitant and Adjuvant Temozolomide for Glioblastoma</article-title>
            <source>New England Journal of Medicine</source>
            <volume>352</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1056/nejmoa043330</pub-id>
            <pub-id pub-id-type="pmid">15758009</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B11">
        <label>11.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="web">Gonzalez-Gaxiola, O. and Bernal-Jaquez, R. (2017) Applying Adomian Decomposition Method to Solve Burgess Equation with a Non-Linear Source. https://arxiv.org/abs/1606.00259</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="web">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Gonzalez-Gaxiola, O.</string-name>
              <string-name>Bernal-Jaquez, R.</string-name>
            </person-group>
            <year>2017</year>
            <article-title>Applying Adomian Decomposition Method to Solve Burgess Equation with a Non-Linear Source</article-title>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B12">
        <label>12.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Iyiola, O.S. and Zaman, F.D. (2014) A Fractional Diffusion Equation Model for Cancer Tumor. <italic>AIP</italic><italic>Advances</italic>, 4, Article 107121. https://doi.org/10.1063/1.4898331 <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.4898331</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1063/1.4898331">https://doi.org/10.1063/1.4898331</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Iyiola, O.S.</string-name>
              <string-name>Zaman, F.D.</string-name>
            </person-group>
            <year>2014</year>
            <article-title>A Fractional Diffusion Equation Model for Cancer Tumor</article-title>
            <source>AIP Advances</source>
            <volume>4</volume>
            <elocation-id>107121</elocation-id>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.4898331</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B13">
        <label>13.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Carpio, A. and Bonilla, L.L. (2012) Modeling Tumor Growth: A Review of Continuum Models. <italic>Applied Mathematics Letters</italic>, 25, 1374-1380.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Carpio, A.</string-name>
              <string-name>Bonilla, L.L.</string-name>
            </person-group>
            <year>2012</year>
            <article-title>Modeling Tumor Growth: A Review of Continuum Models</article-title>
            <source>Applied Mathematics Letters</source>
            <volume>25</volume>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B14">
        <label>14.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Bonilla, L., Carpio, A. and Bernal, R. (2013) Modeling and Simulation of Glioma Growth. <italic>Mathematical Models and Methods in Applied Sciences</italic>, 23, 1089-1118.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Bonilla, L.</string-name>
              <string-name>Carpio, A.</string-name>
              <string-name>Bernal, R.</string-name>
            </person-group>
            <year>2013</year>
            <article-title>Modeling and Simulation of Glioma Growth</article-title>
            <source>Mathematical Models and Methods in Applied Sciences</source>
            <volume>23</volume>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B15">
        <label>15.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Liao, S. (1997) A Kind of Approximate Solution Technique Which Does Not Depend Upon Small Parameters—II. An Application in Fluid Mechanics. <italic>International Journal of Non</italic>- <italic>Linear Mechanics</italic>, 32, 815-822. https://doi.org/10.1016/s0020-7462(96)00101-1 <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/s0020-7462(96)00101-1</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1016/s0020-7462(96)00101-1">https://doi.org/10.1016/s0020-7462(96)00101-1</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Liao, S.</string-name>
            </person-group>
            <year>1997</year>
            <article-title>A Kind of Approximate Solution Technique Which Does Not Depend Upon Small Parameters—II</article-title>
            <source>An Application in Fluid Mechanics. International Journal of Non-Linear Mechanics</source>
            <volume>7462</volume>
            <issue>96</issue>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/s0020-7462(96)00101-1</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B16">
        <label>16.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Liao, S. (2004) On the Homotopy Analysis Method for Nonlinear Problems. <italic>Applied Mathematics and Computation</italic>, 147, 499-513. https://doi.org/10.1016/s0096-3003(02)00790-7 <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/s0096-3003(02)00790-7</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1016/s0096-3003(02)00790-7">https://doi.org/10.1016/s0096-3003(02)00790-7</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Liao, S.</string-name>
            </person-group>
            <year>2004</year>
            <article-title>On the Homotopy Analysis Method for Nonlinear Problems</article-title>
            <source>Applied Mathematics and Computation</source>
            <volume>3003</volume>
            <issue>02</issue>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/s0096-3003(02)00790-7</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B17">
        <label>17.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Abbasbandy, S. (2007) The Application of Homotopy Analysis Method to Solve a Generalized Hirota–satsuma Coupled KDV Equation. <italic>Physics Letters A</italic>, 361, 478-483. https://doi.org/10.1016/j.physleta.2006.09.105 <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physleta.2006.09.105</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.physleta.2006.09.105">https://doi.org/10.1016/j.physleta.2006.09.105</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Abbasbandy, S.</string-name>
            </person-group>
            <year>2007</year>
            <article-title>The Application of Homotopy Analysis Method to Solve a Generalized Hirota–satsuma Coupled KDV Equation</article-title>
            <source>Physics Letters A</source>
            <volume>361</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physleta.2006.09.105</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B18">
        <label>18.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="web">Chakraverty, S., Mahato, N., Karunakar, P. and Rao, T.D. (2019) Homotopy Analysis Method. Wiley, 149-156. https://researchgate.net/publication/364676137</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="web">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Chakraverty, S.</string-name>
              <string-name>Mahato, N.</string-name>
              <string-name>Karunakar, P.</string-name>
              <string-name>Rao, T.D.</string-name>
            </person-group>
            <year>2019</year>
            <article-title>Homotopy Analysis Method</article-title>
            <source>Wiley</source>
            <volume>149</volume>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B19">
        <label>19.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">He, J.H. (1999) Homotopy Perturbation Technique. <italic>Computer</italic><italic>Methods</italic><italic>in</italic><italic>Applied</italic><italic>Mechanics</italic><italic>and</italic><italic>Engineering</italic>, 178, 257-262. https://doi.org/10.1016/s0045-7825(99)00018-3 <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/s0045-7825(99)00018-3</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1016/s0045-7825(99)00018-3">https://doi.org/10.1016/s0045-7825(99)00018-3</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>He, J.H.</string-name>
            </person-group>
            <year>1999</year>
            <article-title>Homotopy Perturbation Technique</article-title>
            <source>Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering</source>
            <volume>7825</volume>
            <issue>99</issue>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/s0045-7825(99)00018-3</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B20">
        <label>20.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">He, J.H. (1999) Variational Iteration Method—A Kind of Non-Linear Analytical Technique: Some Examples. <italic>International</italic><italic>Journal</italic><italic>of</italic><italic>Non</italic>- <italic>Linear</italic><italic>Mechanics</italic>, 34, 699-708. https://doi.org/10.1016/s0020-7462(98)00048-1 <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/s0020-7462(98)00048-1</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1016/s0020-7462(98)00048-1">https://doi.org/10.1016/s0020-7462(98)00048-1</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>He, J.H.</string-name>
            </person-group>
            <year>1999</year>
            <article-title>Variational Iteration Method—A Kind of Non-Linear Analytical Technique: Some Examples</article-title>
            <source>International Journal of Non-Linear Mechanics</source>
            <volume>7462</volume>
            <issue>98</issue>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/s0020-7462(98)00048-1</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B21">
        <label>21.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">He, J.H. (2006) Some Asymptotic Methods for Strongly Nonlinear Equations. <italic>International</italic><italic>Journal</italic><italic>of</italic><italic>Modern</italic><italic>Physics</italic><italic>B</italic>, 20, 1141-1199. https://doi.org/10.1142/s0217979206033796 <pub-id pub-id-type="doi">10.1142/s0217979206033796</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1142/s0217979206033796">https://doi.org/10.1142/s0217979206033796</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>He, J.H.</string-name>
            </person-group>
            <year>2006</year>
            <article-title>Some Asymptotic Methods for Strongly Nonlinear Equations</article-title>
            <source>International Journal of Modern Physics B</source>
            <volume>20</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1142/s0217979206033796</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B22">
        <label>22.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="book">Zhou, J.K. (1986) Differential Transform and Its Applications for Electrical Circuits. Huazhong University Press. https://www.scirp.org/reference/referencespapers?referenceid=1912818</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="book">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Zhou, J.K.</string-name>
            </person-group>
            <year>1986</year>
            <article-title>Differential Transform and Its Applications for Electrical Circuits</article-title>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B23">
        <label>23.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Gareema, P.V. and Agarwal, G. (2024) Reduced Differential Transform Method and Its Applications. Indian National Science Academy.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Gareema, P.V.</string-name>
              <string-name>Agarwal, G.</string-name>
            </person-group>
            <year>2024</year>
            <article-title>Reduced Differential Transform Method and Its Applications</article-title>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B24">
        <label>24.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Jafari, H., Jassim, H.K., Moshokoa, S.P., Ariyan, V.M. and Tchier, F. (2016) Reduced Differential Transform Method for Partial Differential Equations within Local Fractional Derivative Operators. <italic>Advances in Mechanical Engineering</italic>, 8, 1-6. https://doi.org/10.1177/1687814016633013 <pub-id pub-id-type="doi">10.1177/1687814016633013</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1177/1687814016633013">https://doi.org/10.1177/1687814016633013</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Jafari, H.</string-name>
              <string-name>Jassim, H.K.</string-name>
              <string-name>Moshokoa, S.P.</string-name>
              <string-name>Ariyan, V.M.</string-name>
              <string-name>Tchier, F.</string-name>
            </person-group>
            <year>2016</year>
            <article-title>Reduced Differential Transform Method for Partial Differential Equations within Local Fractional Derivative Operators</article-title>
            <source>Advances in Mechanical Engineering</source>
            <volume>8</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1177/1687814016633013</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B25">
        <label>25.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Patel, H.S. and Patel, T. (2021) Applications of Fractional Reduced Differential Transform Method for Solving the Generalized Fractional-Order FitzHugh-Nagumo Equation. <italic>International Journal of Applied and Computational Mathematics</italic>, 7, Article 188. https://doi.org/10.1007/s40819-021-01130-2 <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s40819-021-01130-2</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1007/s40819-021-01130-2">https://doi.org/10.1007/s40819-021-01130-2</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Patel, H.S.</string-name>
              <string-name>Patel, T.</string-name>
            </person-group>
            <year>2021</year>
            <article-title>Applications of Fractional Reduced Differential Transform Method for Solving the Generalized Fractional-Order FitzHugh-Nagumo Equation</article-title>
            <source>International Journal of Applied and Computational Mathematics</source>
            <volume>7</volume>
            <elocation-id>188</elocation-id>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s40819-021-01130-2</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
    </ref-list>
  </back>
</article>