<?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.2026.141015</article-id>
      <article-id pub-id-type="publisher-id">jamp-149052</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>Solution of a Two-Degree-of-Freedom Nonlinear Coupled Vibration System Based on the Multiple Scales Method</article-title>
      </title-group>
      <contrib-group>
        <contrib contrib-type="author">
          <name name-style="western">
            <surname>Liu</surname>
            <given-names>Minghuan</given-names>
          </name>
          <xref ref-type="aff" rid="aff1">1</xref>
        </contrib>
      </contrib-group>
      <aff id="aff1"><label>1</label> School of Mathematical Sciences, Nanchang Normal University, Nanchang, China </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>01</day>
        <month>01</month>
        <year>2026</year>
      </pub-date>
      <pub-date pub-type="collection">
        <month>01</month>
        <year>2026</year>
      </pub-date>
      <volume>14</volume>
      <issue>01</issue>
      <fpage>280</fpage>
      <lpage>295</lpage>
      <history>
        <date date-type="received">
          <day>22</day>
          <month>12</month>
          <year>2025</year>
        </date>
        <date date-type="accepted">
          <day>19</day>
          <month>01</month>
          <year>2026</year>
        </date>
        <date date-type="published">
          <day>22</day>
          <month>01</month>
          <year>2026</year>
        </date>
      </history>
      <permissions>
        <copyright-statement>© 2026 by the authors and Scientific Research Publishing Inc.</copyright-statement>
        <copyright-year>2026</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.2026.141015">https://doi.org/10.4236/jamp.2026.141015</self-uri>
      <abstract>
        <p>This paper takes the two-degree-of-freedom nonlinear coupled vibration system, which is widely present in engineering scenarios such as mechanical coupled structures and electromechanical systems, as the research object. Focusing on its cubic coupling nonlinear terms and the complex form of coexisting external excitation and parametric excitation, the multiple scales method is adopted to carry out dynamic solution and analysis. First, the governing equations of the system are defined, and the perturbation expansion of displacement responses (<inline-formula><mml:math></mml:math></inline-formula></p>
        <p>y</p>
        <p>1</p>
        <p>=</p>
        <p>y</p>
        <p>10</p>
        <p>+ε</p>
        <p>y</p>
        <p>11</p>
        <p>, <inline-formula><mml:math></mml:math></inline-formula></p>
        <p>y</p>
        <p>2</p>
        <p>=</p>
        <p>y</p>
        <p>20</p>
        <p>+ε</p>
        <p>y</p>
        <p>21</p>
        <p>) is performed based on the small parameter <inline-formula><mml:math></mml:math></inline-formula></p>
        <p>ε</p>
        <p>. Then, the expansion is substituted into the original equations, and the coefficients of the same order of <inline-formula><mml:math></mml:math></inline-formula></p>
        <p>ε</p>
        <p>are matched to derive the solvability conditions under the combined action of 2nd-order superharmonic resonance and 1/2-order subharmonic resonance. Finally, the amplitude-frequency response equations of the system are solved, and the influence laws of key parameters such as nonlinear stiffness coefficients, excitation amplitudes, and damping ratios on the dynamic behaviors of the system are further discussed. The research results show that the multiple scales method can effectively capture the nonlinear dynamic characteristics of the two-degree-of-freedom coupled system, providing a theoretical reference for the design and stability control of related engineering structures.</p>
      </abstract>
      <kwd-group kwd-group-type="author-generated" xml:lang="en">
        <kwd>Multiple Scales Method</kwd>
        <kwd>Nonlinear Dynamical System</kwd>
      </kwd-group>
    </article-meta>
  </front>
  <body>
    <sec id="sec1">
      <title>1. Introduction</title>
      <p>Nonlinear coupled vibration phenomena are widely prevalent in engineering fields such as mechanical coupled structures, mechatronic systems, and aerospace equipment. From the coupled oscillators in micro-electro-mechanical systems (MEMS) to the shafting coupled vibration in large rotating machinery, their dynamic behaviors are directly related to the operational stability and service life of equipment [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>]. As a fundamental model of multi-degree-of-freedom coupled systems, the two-degree-of-freedom nonlinear coupled vibration system exhibits more complex dynamic characteristics compared with single-degree-of-freedom systems due to the energy transfer between oscillators and nonlinear coupling effects, making it a research focus in the field of nonlinear dynamics [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>]. Among the analytical methods for two-degree-of-freedom nonlinear coupled vibration systems [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>]-[<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>], numerical methods can obtain accurate numerical solutions but fail to intuitively reveal the analytical relationship between system parameters and dynamic behaviors. In contrast, perturbation methods, as classical analytical approaches, can derive analytical solutions of the system through asymptotic expansion. Among them, the multiple scales method is widely applied to the analysis of vibration systems with nonlinear terms and composite excitations due to its ability to handle wide-band vibration problems and effectively separate motions on different time scales. At present, existing studies mostly focus on two-degree-of-freedom coupled systems under a single excitation form, or only analyze quadratic nonlinear terms and single resonance types. For the more common complex scenarios in engineering, such as cubic coupling nonlinear terms and the coexistence of external excitation and parametric excitation, the research on dynamic solution and parameter influence laws remains to be further explored [<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>]. In view of this, this paper takes the two-degree-of-freedom nonlinear coupled vibration system with cubic coupling nonlinear terms and the combined action of external excitation and parametric excitation as the research object, and adopts the multiple scales method to carry out dynamic solution and analysis of the system. First, the governing equations of the system are constructed, and the perturbation expansion of displacement responses is performed based on the small parameter. Then, by substituting the expansion into the original equations and matching the coefficients of the same order of the small parameter [<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>], the solvability conditions of the system under the combined action of superharmonic resonance and subharmonic resonance are derived. Finally, the amplitude-frequency response equations are solved, and the influence laws of key parameters on the dynamic behaviors of the system are discussed. The research results of this paper aim to provide a reference for the analytical analysis of multi-degree-of-freedom nonlinear coupled vibration systems, and also offer a theoretical basis for the design and stability control of related engineering structures. </p>
    </sec>
    <sec id="sec2">
      <title>2. Modeling of a Two-Degree-of-Freedom Nonlinear Coupled Vibration System</title>
      <p>The dynamic equations of such a two-degree-of-freedom nonlinear coupled vibration system are derived based on the Lagrange’s equation, which is more suitable for multi-degree-of-freedom systems with complex nonlinearities and coupling terms compared with Newton’s second law. The core form of Lagrange’s equation is [<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>]: </p>
      <disp-formula id="FD1">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mfrac>
              <mml:mtext>d</mml:mtext>
              <mml:mrow>
                <mml:mtext>d</mml:mtext>
                <mml:mi>t</mml:mi>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>∂</mml:mo>
                    <mml:mi>L</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>∂</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mover accent="true">
                        <mml:mi>y</mml:mi>
                        <mml:mo>˙</mml:mo>
                      </mml:mover>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:mfrac>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>−</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>∂</mml:mo>
                <mml:mi>L</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>∂</mml:mo>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>y</mml:mi>
                  <mml:mi>i</mml:mi>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>∂</mml:mo>
                <mml:mi>D</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>∂</mml:mo>
                <mml:msub>
                  <mml:mover accent="true">
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mo>˙</mml:mo>
                  </mml:mover>
                  <mml:mi>i</mml:mi>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>Q</mml:mi>
              <mml:mi>i</mml:mi>
            </mml:msub>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>i</mml:mi>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mo>,</mml:mo>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>where, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> L </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> T </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> V </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denotes the Lagrangian function, with <inline-formula><mml:math><mml:mi> T </mml:mi></mml:math></inline-formula> being the kinetic energy and <inline-formula><mml:math><mml:mi> V </mml:mi></mml:math></inline-formula> the potential energy of the system;<inline-formula><mml:math><mml:mi> D </mml:mi></mml:math></inline-formula> represents the dissipation function, which describes the energy dissipation caused by damping only containing quadratic terms of velocity;<inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> Q </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the generalized external force, including harmonic excitation, parametric excitation and other non-conservative forces;<inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> y </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> y </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are the generalized displacements of the two degrees of freedom after dimensionless processing. </p>
      <p>The core idea of equation establishment is to first define the kinetic energy, potential energy, dissipation function and generalized force of the system, then substitute them into Lagrange’s equation for expansion and arrangement, and finally obtain the dynamic control equations. The general structure of the equation is inertial term + damping term + linear stiffness term + parametric excitation term + nonlinear coupling term = external excitation term. The source and physical meaning of each term are analyzed as follows: </p>
      <sec id="sec2dot1">
        <title>2.1. Inertial Terms</title>
        <p>1) Basic inertial terms: <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> ¨ </mml:mo></mml:mover><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> ¨ </mml:mo></mml:mover><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></p>
        <p>Source: Derived by taking the time derivative of the partial derivative of the system’s kinetic energy <inline-formula><mml:math><mml:mi> T </mml:mi></mml:math></inline-formula> with respect to velocity. If the system is mass-normalized letting the equivalent mass of the two degrees of freedom be 1, the kinetic energy can be simplified as <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> T </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> ˙ </mml:mo></mml:mover><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msubsup><mml:mo> + </mml:mo><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> ˙ </mml:mo></mml:mover><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msubsup><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> ε </mml:mi><mml:msub><mml:mi> b </mml:mi><mml:mrow><mml:mn> 21 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> ˙ </mml:mo></mml:mover><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> ˙ </mml:mo></mml:mover><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> the last term is the coupled inertial term. Taking the partial derivative of <inline-formula><mml:math><mml:mi> T </mml:mi></mml:math></inline-formula> with respect to <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> ˙ </mml:mo></mml:mover><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and then the time derivative yields <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> ¨ </mml:mo></mml:mover><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> ε </mml:mi><mml:msub><mml:mi> b </mml:mi><mml:mrow><mml:mn> 21 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> ¨ </mml:mo></mml:mover><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . </p>
        <p>2) Coupled inertial term: <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ε </mml:mi><mml:msub><mml:mi> b </mml:mi><mml:mrow><mml:mn> 21 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> ¨ </mml:mo></mml:mover><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></p>
        <p><inline-formula><mml:math><mml:mi> ε </mml:mi></mml:math></inline-formula> is a small parameter characterizing the “weak effect” of coupling, nonlinearity and excitation, which is the application premise of the multiple scales method, and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> b </mml:mi><mml:mrow><mml:mn> 21 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the inertial coupling coefficient, reflecting the inertial interaction between the two degrees of freedom. </p>
      </sec>
      <sec id="sec2dot2">
        <title>2.2. Damping Terms</title>
        <p>1) Self-damping terms: <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ε </mml:mi><mml:msub><mml:mi> μ </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> ˙ </mml:mo></mml:mover><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> ε </mml:mi><mml:msub><mml:mi> μ </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> ˙ </mml:mo></mml:mover><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></p>
        <p>Source: Derived from the dissipation function </p>
        <p><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:mi> ε </mml:mi><mml:msub><mml:mi> μ </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> ˙ </mml:mo></mml:mover><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msubsup><mml:mo> + </mml:mo><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mfrac><mml:mi> ε </mml:mi><mml:msub><mml:mi> μ </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub><mml:msubsup><mml:mover accent="true"><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> ˙ </mml:mo></mml:mover><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msubsup><mml:mo> + </mml:mo><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mfrac><mml:mi> ε </mml:mi><mml:msub><mml:mi> b </mml:mi><mml:mrow><mml:mn> 22 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> ˙ </mml:mo></mml:mover><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> ˙ </mml:mo></mml:mover><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> the form of dissipation function for viscous damping by taking the partial derivative with respect to velocity; <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> μ </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> μ </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are self-damping coefficients, and <inline-formula><mml:math><mml:mi> ε </mml:mi></mml:math></inline-formula> indicates weak damping. </p>
        <p>2) Coupled damping term: <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ε </mml:mi><mml:msub><mml:mi> b </mml:mi><mml:mrow><mml:mn> 22 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> ˙ </mml:mo></mml:mover><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></p>
        <p><inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> b </mml:mi><mml:mrow><mml:mn> 22 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the damping coupling coefficient, reflecting the damping effect of the velocity of one degree of freedom on the other. </p>
      </sec>
      <sec id="sec2dot3">
        <title>2.3. Linear Stiffness Terms</title>
        <p>1) Self-stiffness terms: <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi> ω </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi> y </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msubsup><mml:mi> ω </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi> y </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></p>
        <p>Source: Derived from the system’s linear potential energy <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> V </mml:mi><mml:mrow><mml:mtext> linear </mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi> ω </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi> y </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msubsup><mml:mo> + </mml:mo><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi> ω </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msubsup><mml:msubsup><mml:mi> y </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msubsup><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mfrac><mml:mi> ε </mml:mi><mml:msub><mml:mi> b </mml:mi><mml:mrow><mml:mn> 23 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi> y </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi> y </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> by taking the partial derivative with respect to displacement; <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> ω </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> ω </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are the linear natural angular frequencies of the two degrees of freedom <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> ω </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> / </mml:mo><mml:mi> m </mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mi> ω </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> after mass normalization. </p>
        <p>2) Linear coupling term: <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> ε </mml:mi><mml:msub><mml:mi> b </mml:mi><mml:mrow><mml:mn> 23 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi> y </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></p>
        <p><inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> b </mml:mi><mml:mrow><mml:mn> 23 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the linear coupling stiffness coefficient, and the negative sign indicates the directional relationship between the coupling force and displacement, reflecting the linear elastic coupling between the two degrees of freedom. </p>
      </sec>
      <sec id="sec2dot4">
        <title>2.4. Parametric Excitation Term</title>
        <p>1) Term: <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ε </mml:mi><mml:msub><mml:mi> f </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub><mml:mi> cos </mml:mi><mml:msub><mml:mi> Ω </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> ⋅ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> y </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula></p>
        <p>Source: Derived from the parametric excitation potential energy <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> V </mml:mi><mml:mrow><mml:mtext> parametric </mml:mtext></mml:mrow></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mfrac><mml:mi> ε </mml:mi><mml:msub><mml:mi> f </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub><mml:mi> cos </mml:mi><mml:msub><mml:mi> Ω </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> ⋅ </mml:mo><mml:msubsup><mml:mi> y </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> parametric excitation is essentially “stiffness varying periodically with time” rather than a direct acting force by taking the partial derivative with respect to <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> y </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> Ω </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the parametric excitation frequency, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> f </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the excitation amplitude, and <inline-formula><mml:math><mml:mi> ε </mml:mi></mml:math></inline-formula> indicates weak parametric excitation. </p>
      </sec>
      <sec id="sec2dot5">
        <title>2.5. Nonlinear Coupling Terms</title>
        <p>All cubic terms containing <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ε </mml:mi><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mi> j </mml:mi></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are cubic nonlinear terms derived from the system’s nonlinear potential energy: </p>
        <disp-formula id="FD2">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>V</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>nonlinear</mml:mtext>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>4</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:mi>ε</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>14</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>4</mml:mn>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>21</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                    <mml:mn>4</mml:mn>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>11</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>13</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>22</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>23</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>24</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>4</mml:mn>
                  </mml:msubsup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Taking the partial derivative with respect to displacement converts the quartic terms into cubic terms e.g., <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ∂ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> V </mml:mi><mml:mrow><mml:mtext> nonlinear </mml:mtext></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> / </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ∂ </mml:mo><mml:msub><mml:mi> y </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> ε </mml:mi><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mrow><mml:mn> 14 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi> y </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:msubsup><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> ε </mml:mi><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mrow><mml:mn> 11 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi> y </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi> y </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msubsup><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> ε </mml:mi><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mrow><mml:mn> 13 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi> y </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi> y </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , and the negative sign indicates the directional relationship between the nonlinear restoring force and displacement. Self-nonlinear terms: <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi> y </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:msubsup><mml:mo> , </mml:mo><mml:msubsup><mml:mi> y </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , reflecting the nonlinear stiffness of a single degree of freedom; Coupled nonlinear terms: <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> y </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi> y </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msubsup><mml:mo> , </mml:mo><mml:msubsup><mml:mi> y </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi> y </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , reflecting the nonlinear coupling effect between the two degrees of freedom;<inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mrow><mml:mn> 11 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mrow><mml:mn> 13 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mrow><mml:mn> 21 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , etc.: coefficients of different nonlinear forms, determined by the physical characteristics of the system (e.g., geometric nonlinearity, material nonlinearity). </p>
      </sec>
      <sec id="sec2dot6">
        <title>2.6. External Excitation Terms</title>
        <p>1) <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ε </mml:mi><mml:msub><mml:mi> f </mml:mi><mml:mrow><mml:mn> 11 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi> cos </mml:mi><mml:msub><mml:mi> Ω </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> ε </mml:mi><mml:msub><mml:mi> f </mml:mi><mml:mrow><mml:mn> 12 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi> cos </mml:mi><mml:msub><mml:mi> Ω </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula></p>
        <p>Source: Harmonic external excitation forces directly acting on the two degrees of freedom generalized force <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> Q </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ; <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> Ω </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the external excitation frequency, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> f </mml:mi><mml:mrow><mml:mn> 11 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> f </mml:mi><mml:mrow><mml:mn> 12 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are the excitation amplitudes, and <inline-formula><mml:math><mml:mi> ε </mml:mi></mml:math></inline-formula> indicates weak external excitation. The resonance conditions given in the hint: </p>
        <disp-formula id="FD3">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>ω</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>4</mml:mn>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>Ω</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi>ε</mml:mi>
              <mml:msub>
                <mml:mi>σ</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>;</mml:mo>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>ω</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>4</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>Ω</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi>ε</mml:mi>
              <mml:msub>
                <mml:mi>σ</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>;</mml:mo>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:msub>
                <mml:mi>Ω</mml:mi>
                <mml:mn>1</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:mi>Ω</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>are not “derived” but artificially set resonance scenarios during modeling adapted to the solution by the multiple scales method, with the core purposes:<inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi> ω </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msubsup><mml:mo> ≈ </mml:mo><mml:mn> 4 </mml:mn><mml:msubsup><mml:mi> Ω </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> : the 1st degree of freedom of the system is in superharmonic resonance natural frequency 2 times the external excitation frequency;<inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi> ω </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msubsup><mml:mo> ≈ </mml:mo><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mn> 4 </mml:mn></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi> Ω </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> : the 2nd degree of freedom of the system is in subharmonic resonance natural frequency 1/2 times the external excitation frequency;<inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> σ </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a standard frequency detuning parameter.<inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ε </mml:mi><mml:msub><mml:mi> σ </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> : detuning parameter, characterizing the small deviation between the natural frequency and the resonance frequency since <inline-formula><mml:math><mml:mi> ε </mml:mi></mml:math></inline-formula> is a small parameter, the deviation is also a small quantity, which is the key to handling resonance problems with the multiple scales method; <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi> Ω </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> : correlating the external excitation frequency <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> Ω </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and the parametric excitation frequency <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> Ω </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> to form combined resonance of the two excitations a complex resonance scenario closer to engineering practice. </p>
      </sec>
    </sec>
    <sec id="sec3">
      <title>3. Dynamic Solution of the System Based on the Multiple Scales Method</title>
      <sec id="sec3dot1">
        <title>3.1. Basic Principles of the Multiple Scales Method</title>
        <p>In 1957, the American physicist Peter A. Sturrock discovered that the nonlinear effects of plasmas have time scales of different speeds, so multiple time scales can be introduced for research, and this idea is universal [<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>]-[<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>]. If time <inline-formula><mml:math><mml:mi> t </mml:mi></mml:math></inline-formula> is used to describe the vibration of a single-degree-of-freedom autonomous system, the time scale for describing the changes in its amplitude and initial phase is <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ε </mml:mi><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> &lt; </mml:mo><mml:mi> ε </mml:mi><mml:mo> ≪ </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Therefore, two different time scales can be used to study the vibration of the autonomous system this is the multiple scales method. </p>
        <p>The frequency of the periodic vibration of the autonomous system is expanded into a power series of <inline-formula><mml:math><mml:mi> ε </mml:mi></mml:math></inline-formula> . Then, the fast-varying phase of the periodic vibration can be expressed as8: </p>
        <disp-formula id="FD4">
          <label>(3.1.1)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>ω</mml:mi>
              <mml:mi>t</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>ω</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mi>t</mml:mi>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi>ε</mml:mi>
              <mml:msub>
                <mml:mi>ω</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mi>t</mml:mi>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mi>ε</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:msub>
                <mml:mi>ω</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mi>t</mml:mi>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mo>⋯</mml:mo>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>ω</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mi>t</mml:mi>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>ω</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>ε</mml:mi>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>ω</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ε</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mo>⋯</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ε </mml:mi><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> ε </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are increasingly slow time scales. After this, introduce successively slow multiple time scales: </p>
        <disp-formula id="FD5">
          <label>(3.1.2)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>T</mml:mi>
                <mml:mi>k</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mi>ε</mml:mi>
                <mml:mi>k</mml:mi>
              </mml:msup>
              <mml:mi>t</mml:mi>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mtext>
                 
              </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:mn>1</mml:mn>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mo>⋯</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>and treat these time scales as independent variables. Express the solution of the equation as (where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ): </p>
        <disp-formula id="FD6">
          <label>(3.1.3)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>ε</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:msub>
                    <mml:mi>T</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>T</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mo>⋯</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi>ε</mml:mi>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>T</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>T</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </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:mi>ε</mml:mi>
                <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:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>T</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>T</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mo>⋯</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mo>⋯</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>For simplicity, define the following partial derivative operators to represent the derivative operations with respect to time: </p>
        <disp-formula id="FD7">
          <label>(3.1.4a)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mi>k</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mo>∂</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>T</mml:mi>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:munderover>
                <mml:mstyle mathsize="140%" displaystyle="true">
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                </mml:mstyle>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>k</mml:mi>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mi>∞</mml:mi>
              </mml:munderover>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>T</mml:mi>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mfrac>
                <mml:mo>∂</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>T</mml:mi>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:munderover>
                <mml:mstyle mathsize="140%" displaystyle="true">
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                </mml:mstyle>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>k</mml:mi>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mi>∞</mml:mi>
              </mml:munderover>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:msup>
                <mml:mi>ε</mml:mi>
                <mml:mi>k</mml:mi>
              </mml:msup>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mi>k</mml:mi>
              </mml:msub>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD8">
          <label>(3.1.4b)</label>
          <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>t</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mtext>d</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:munderover>
                    <mml:mstyle mathsize="140%" displaystyle="true">
                      <mml:mo>∑</mml:mo>
                    </mml:mstyle>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mo>=</mml:mo>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>∞</mml:mi>
                  </mml:munderover>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ε</mml:mi>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msup>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>D</mml:mi>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:mi>ε</mml:mi>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mi>ε</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>D</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>D</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>D</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mo>⋯</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Substitute Eqs. (3.1.3) and (3.1.4) into </p>
        <disp-formula id="FD9">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>{</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtable columnalign="left">
                    <mml:mtr columnalign="left">
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mrow>
                          <mml:mover accent="true">
                            <mml:mi>u</mml:mi>
                            <mml:mo>¨</mml:mo>
                          </mml:mover>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:msubsup>
                            <mml:mi>ω</mml:mi>
                            <mml:mn>0</mml:mn>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msubsup>
                          <mml:mi>u</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mi>ε</mml:mi>
                          <mml:mi>f</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>u</mml:mi>
                              <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:mrow>
                          <mml:mo>=</mml:mo>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mtd>
                    </mml:mtr>
                    <mml:mtr columnalign="left">
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <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>a</mml:mi>
                            <mml:mn>0</mml:mn>
                          </mml:msub>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mtext>
                             
                          </mml:mtext>
                          <mml:mtext>
                             
                          </mml:mtext>
                          <mml:mover accent="true">
                            <mml:mi>u</mml:mi>
                            <mml:mo>˙</mml:mo>
                          </mml:mover>
                          <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:mtd>
                    </mml:mtr>
                  </mml:mtable>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>and compare the coefficients of the same powers of <inline-formula><mml:math><mml:mi> ε </mml:mi></mml:math></inline-formula> . A series of linear partial differential equations are obtained: </p>
        <disp-formula id="FD10">
          <label>(3.1.5a)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mi>ε</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:mo>:</mml:mo>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>ω</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD11">
          <label>(3.1.5b)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mi>ε</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:mo>:</mml:mo>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>ω</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>D</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>D</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>D</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </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:mn>2</mml:mn>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</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>u</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>D</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <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>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD12">
          <label>(3.1.5c)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mi>ε</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:mo>:</mml:mo>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>ω</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>D</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>D</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>D</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </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:mn>2</mml:mn>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mo>⋯</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>It is not difficult to see that this set of equations can be solved successively. Now, we introduce how to solve the above linear partial differential equations. First, it is easy to see that the solution of Eq. (3.1.5a) has the form: </p>
        <disp-formula id="FD13">
          <label>(3.1.6)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>A</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>T</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>T</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mo>⋯</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mtext>cos</mml:mtext>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>ω</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>T</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mi>φ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>T</mml:mi>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>T</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mo>⋯</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>To facilitate solving <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> , according to Euler’s formula, introduce the complex amplitude corresponding to the amplitude term in Eq. (3.1.6): </p>
        <disp-formula id="FD14">
          <label>(3.1.7)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>A</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>T</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>T</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mo>⋯</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>≡</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>T</mml:mi>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>T</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mo>⋯</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:mtext>exp</mml:mtext>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>i</mml:mtext>
                  <mml:mi>φ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>T</mml:mi>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>T</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mo>⋯</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Rewrite Eq. (3.1.6) in the form of a complex function: </p>
        <disp-formula id="FD15">
          <label>(3.1.8)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>A</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>T</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>T</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mo>⋯</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mtext>exp</mml:mtext>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>i</mml:mtext>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>ω</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>T</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mtext>cc</mml:mtext>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where “cc” represents the complex conjugate of the preceding terms (not repeated later). Substitute Eq. (3.1.8) into Eq. (3.1.5b) to get: </p>
        <disp-formula id="FD16">
          <label>(3.1.9)</label>
          <mml:math>
            <mml:mtable>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>D</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>ω</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mtext>i</mml:mtext>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>ω</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>D</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mi>A</mml:mi>
                  <mml:mi>exp</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mtext>i</mml:mtext>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>ω</mml:mi>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>T</mml:mi>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mtext>cc</mml:mtext>
                </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:mi>f</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>A</mml:mi>
                      <mml:mi>exp</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mtext>i</mml:mtext>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>ω</mml:mi>
                            <mml:mn>0</mml:mn>
                          </mml:msub>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>T</mml:mi>
                            <mml:mn>0</mml:mn>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mtext>cc</mml:mtext>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mtext>i</mml:mtext>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>ω</mml:mi>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:mi>A</mml:mi>
                      <mml:mi>exp</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mtext>i</mml:mtext>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>ω</mml:mi>
                            <mml:mn>0</mml:mn>
                          </mml:msub>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>T</mml:mi>
                            <mml:mn>0</mml:mn>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mtext>cc</mml:mtext>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>This can be understood as an undamped system under periodic excitation, whose natural frequency is <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> ω </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . To avoid secular terms, the right-hand side of the above equation cannot contain <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mtext> exp </mml:mtext><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mtext> i </mml:mtext><mml:msub><mml:mi> ω </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><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> or <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mtext> exp </mml:mtext><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mtext> i </mml:mtext><mml:msub><mml:mi> ω </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><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> . This requires that the Fourier coefficient corresponding to the right-hand side of the above equation is zero, i.e., </p>
        <disp-formula id="FD17">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:mtext>i</mml:mtext>
              <mml:msub>
                <mml:mi>ω</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mi>A</mml:mi>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>ω</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>π</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:mrow>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mo>∫</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:mi>π</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>/</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>ω</mml:mi>
                            <mml:mn>0</mml:mn>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>f</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>A</mml:mi>
                        <mml:mi>exp</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mtext>i</mml:mtext>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>ω</mml:mi>
                              <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>T</mml:mi>
                              <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:mtext>cc</mml:mtext>
                        <mml:mo>,</mml:mo>
                        <mml:mtext>i</mml:mtext>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>ω</mml:mi>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:msub>
                        <mml:mi>A</mml:mi>
                        <mml:mi>exp</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mtext>i</mml:mtext>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>ω</mml:mi>
                              <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>T</mml:mi>
                              <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:mtext>cc</mml:mtext>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mtext>exp</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mtext>i</mml:mtext>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>ω</mml:mi>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:msub>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>T</mml:mi>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>T</mml:mi>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Substitute Eq. (3.1.7) into Eq. (3.1.10) to obtain the trigonometric function form of the condition: </p>
        <disp-formula id="FD18">
          <label>(3.1.10)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>i</mml:mtext>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>D</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mtext>i</mml:mtext>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>ω</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>π</mml:mi>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>ω</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:mrow>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mo>∫</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>π</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>f</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mi>cos</mml:mi>
                        <mml:mi>ψ</mml:mi>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>ω</mml:mi>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:msub>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mi>sin</mml:mi>
                        <mml:mi>ψ</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mtext>cos</mml:mtext>
                        <mml:mi>ψ</mml:mi>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mtext>i</mml:mtext>
                        <mml:mi>sin</mml:mi>
                        <mml:mi>ψ</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mi>ψ</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Separate the real and imaginary parts of the above equation to get: </p>
        <disp-formula id="FD19">
          <label>(3.1.11)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>{</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtable columnalign="left">
                    <mml:mtr columnalign="left">
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>D</mml:mi>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:msub>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>=</mml:mo>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                              <mml:mi>π</mml:mi>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>ω</mml:mi>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mfrac>
                          <mml:mstyle displaystyle="true">
                            <mml:mrow>
                              <mml:msubsup>
                                <mml:mo>∫</mml:mo>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mn>2</mml:mn>
                                  <mml:mi>π</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msubsup>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>f</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mo>(</mml:mo>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mi>a</mml:mi>
                                    <mml:mi>cos</mml:mi>
                                    <mml:mi>ψ</mml:mi>
                                    <mml:mo>−</mml:mo>
                                    <mml:msub>
                                      <mml:mi>ω</mml:mi>
                                      <mml:mn>0</mml:mn>
                                    </mml:msub>
                                    <mml:mi>a</mml:mi>
                                    <mml:mi>sin</mml:mi>
                                    <mml:mi>ψ</mml:mi>
                                  </mml:mrow>
                                  <mml:mo>)</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mtext>sin</mml:mtext>
                                <mml:mi>ψ</mml:mi>
                                <mml:mtext>d</mml:mtext>
                                <mml:mi>ψ</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mstyle>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mtd>
                    </mml:mtr>
                    <mml:mtr columnalign="left">
                      <mml:mtd columnalign="left">
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>D</mml:mi>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:msub>
                          <mml:mi>φ</mml:mi>
                          <mml:mo>=</mml:mo>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                              <mml:mi>π</mml:mi>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>ω</mml:mi>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mfrac>
                          <mml:mstyle displaystyle="true">
                            <mml:mrow>
                              <mml:msubsup>
                                <mml:mo>∫</mml:mo>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mn>2</mml:mn>
                                  <mml:mi>π</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                              </mml:msubsup>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>f</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mo>(</mml:mo>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mi>a</mml:mi>
                                    <mml:mi>cos</mml:mi>
                                    <mml:mi>ψ</mml:mi>
                                    <mml:mo>−</mml:mo>
                                    <mml:msub>
                                      <mml:mi>ω</mml:mi>
                                      <mml:mn>0</mml:mn>
                                    </mml:msub>
                                    <mml:mi>a</mml:mi>
                                    <mml:mi>sin</mml:mi>
                                    <mml:mi>ψ</mml:mi>
                                  </mml:mrow>
                                  <mml:mo>)</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mi>cos</mml:mi>
                                <mml:mi>ψ</mml:mi>
                                <mml:mtext>d</mml:mtext>
                                <mml:mi>ψ</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mstyle>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mtd>
                    </mml:mtr>
                  </mml:mtable>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>By solving Eq. (3.1.9) under this condition, a first-order corrected solution <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:msub><mml:mi> T </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> T </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ⋯ </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> can be obtained. Substitute it together with <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:msub><mml:mi> T </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> T </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ⋯ </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> into Eq. (4.3.5c), and the solvability condition for eliminating secular terms can be obtained, thereby obtaining the second-order corrected solution <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:msub><mml:mi> T </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> T </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ⋯ </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . </p>
      </sec>
      <sec id="sec3dot2">
        <title>3.2. Solution of the Two-Degree-of-Freedom Nonlinear Coupled Vibration System</title>
        <disp-formula id="FD20">
          <mml:math>
            <mml:mtable columnalign="left">
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mover accent="true">
                      <mml:mi>y</mml:mi>
                      <mml:mo>¨</mml:mo>
                    </mml:mover>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mi>ε</mml:mi>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>μ</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mover accent="true">
                      <mml:mi>y</mml:mi>
                      <mml:mo>˙</mml:mo>
                    </mml:mover>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mi>ω</mml:mi>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msubsup>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mi>ε</mml:mi>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>f</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:mi>cos</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>Ω</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msub>
                          <mml:mi>t</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mi>ε</mml:mi>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>11</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mi>ε</mml:mi>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>13</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mi>ε</mml:mi>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>14</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:msubsup>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mi>ε</mml:mi>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>f</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>11</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mi>cos</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>Ω</mml:mi>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD21">
          <mml:math>
            <mml:mtable columnalign="left">
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mover accent="true">
                      <mml:mi>y</mml:mi>
                      <mml:mo>¨</mml:mo>
                    </mml:mover>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mi>ε</mml:mi>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>b</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>21</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mover accent="true">
                      <mml:mi>y</mml:mi>
                      <mml:mo>¨</mml:mo>
                    </mml:mover>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mi>ε</mml:mi>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>μ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mover accent="true">
                      <mml:mi>y</mml:mi>
                      <mml:mo>˙</mml:mo>
                    </mml:mover>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mi>ε</mml:mi>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>b</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>22</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mover accent="true">
                      <mml:mi>y</mml:mi>
                      <mml:mo>˙</mml:mo>
                    </mml:mover>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>ω</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mi>ε</mml:mi>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>b</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>23</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mi>ε</mml:mi>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>21</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mi>ε</mml:mi>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>22</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msubsup>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mi>ε</mml:mi>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>23</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mi>ε</mml:mi>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>24</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mi>ε</mml:mi>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>f</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>12</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mi>cos</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>Ω</mml:mi>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Special instance Let <inline-formula><mml:math><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi> y </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:msub><mml:mi> y </mml:mi><mml:mrow><mml:mn> 10 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> ε </mml:mi><mml:msub><mml:mi> y </mml:mi><mml:mrow><mml:mn> 11 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi> y </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:msub><mml:mi> y </mml:mi><mml:mrow><mml:mn> 20 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> ε </mml:mi><mml:msub><mml:mi> y </mml:mi><mml:mrow><mml:mn> 21 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></inline-formula></p>
        <p>Consider resonance of the form <inline-formula><mml:math><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi> ω </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msubsup><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 4 </mml:mn><mml:msubsup><mml:mi> Ω </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msubsup><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> ε </mml:mi><mml:msub><mml:mi> σ </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msubsup><mml:mi> ω </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msubsup><mml:mo> = </mml:mo><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mn> 4 </mml:mn></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi> Ω </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msubsup><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> ε </mml:mi><mml:msub><mml:mi> σ </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:msub><mml:mi> Ω </mml:mi><mml:mn> 1 </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:mi> Ω </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:math></inline-formula></p>
        <p><bold>Solution:</bold>Introduce the multiple time scales and the corresponding differential operators: </p>
        <disp-formula id="FD22">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>T</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>t</mml:mi>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:msub>
                <mml:mi>T</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>ε</mml:mi>
              <mml:mi>t</mml:mi>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD23">
          <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:mo>∂</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>T</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mo>∂</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>T</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Expand the unknown functions <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> y </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> y </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> as asymptotic series in the small parameter <inline-formula><mml:math><mml:mi> ε </mml:mi></mml:math></inline-formula> : </p>
        <disp-formula id="FD24">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>y</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>y</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>10</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>T</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>T</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi>ε</mml:mi>
              <mml:msub>
                <mml:mi>y</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>11</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>T</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>T</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </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:msup>
                    <mml:mi>ε</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD25">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>y</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>y</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>20</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>T</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>T</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi>ε</mml:mi>
              <mml:msub>
                <mml:mi>y</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>21</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>T</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>T</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </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:msup>
                    <mml:mi>ε</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Accordingly, the differential operators become: </p>
        <disp-formula id="FD26">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mtext>d</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi>ε</mml:mi>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi>O</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ε</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD27">
          <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>t</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:mi>ε</mml:mi>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi>O</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>ε</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Assume the following resonance relations: </p>
        <disp-formula id="FD28">
          <label>(1)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>ω</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>4</mml:mn>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>Ω</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi>ε</mml:mi>
              <mml:msub>
                <mml:mi>σ</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD29">
          <label>(2)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>ω</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>4</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>Ω</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi>ε</mml:mi>
              <mml:msub>
                <mml:mi>σ</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD30">
          <label>(3)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>Ω</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:msub>
                <mml:mi>Ω</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Substitute the resonance conditions into the original system equations to obtain the following form, which is explicit in <inline-formula><mml:math><mml:mi> ε </mml:mi></mml:math></inline-formula> : </p>
        <disp-formula id="FD31">
          <label>(4)</label>
          <mml:math display="inline">
            <mml:mtable>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mover accent="true">
                      <mml:mi>y</mml:mi>
                      <mml:mo>¨</mml:mo>
                    </mml:mover>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>4</mml:mn>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>Ω</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mi>ε</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>f</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>11</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                      <mml:mi>cos</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>Ω</mml:mi>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:msub>
                          <mml:mi>t</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>μ</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mover accent="true">
                      <mml:mi>y</mml:mi>
                      <mml:mo>˙</mml:mo>
                    </mml:mover>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>σ</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>f</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mi>cos</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>Ω</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>11</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>y</mml:mi>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mi>y</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msubsup>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>13</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mi>y</mml:mi>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msubsup>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>y</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>14</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mi>y</mml:mi>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mn>3</mml:mn>
                      </mml:msubsup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD32">
          <label>(5)</label>
          <mml:math>
            <mml:mtable>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mover accent="true">
                      <mml:mi>y</mml:mi>
                      <mml:mo>¨</mml:mo>
                    </mml:mover>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>4</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>Ω</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mi>ε</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>b</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>21</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                      <mml:msub>
                        <mml:mover accent="true">
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                          <mml:mo>¨</mml:mo>
                        </mml:mover>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>μ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:msub>
                        <mml:mover accent="true">
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                          <mml:mo>˙</mml:mo>
                        </mml:mover>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>b</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>22</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                      <mml:msub>
                        <mml:mover accent="true">
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                          <mml:mo>˙</mml:mo>
                        </mml:mover>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>σ</mml:mi>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>y</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>b</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>23</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>y</mml:mi>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>21</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mi>y</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                        <mml:mn>3</mml:mn>
                      </mml:msubsup>
                    </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:msub>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>22</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>23</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>24</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>f</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>12</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                      <mml:mi>cos</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>Ω</mml:mi>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:msub>
                          <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:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p><inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> O </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> -Order Equations Insert the asymptotic expansions for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> y </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> y </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , and the derivative operators into equations (4) and (5), and collect terms of order <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> ε </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (i.e., <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> O </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ). This yields the leading-order linear homogeneous equations: </p>
        <disp-formula id="FD33">
          <label>(6)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:msub>
                <mml:mi>y</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>10</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mn>4</mml:mn>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>Ω</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:msub>
                <mml:mi>y</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>10</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>0</mml:mn>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD34">
          <label>(7)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:msub>
                <mml:mi>y</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>20</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>4</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>Ω</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:msub>
                <mml:mi>y</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>20</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>0.</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>The general solutions to equations (6) and (7) are harmonic oscillations. It is convenient to introduce phase functions that incorporate both the fast oscillation and the slow phase modulation: </p>
        <disp-formula id="FD35">
          <label>(8)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>θ</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:msub>
                <mml:mi>Ω</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>T</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>β</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>T</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD36">
          <label>(9)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>θ</mml:mi>
                <mml:mn>2</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:mi>Ω</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>T</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>β</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>T</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Here, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> β </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> T </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></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> β </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> T </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are slowly varying phase shifts to be determined at the next order of approximation. </p>
        <disp-formula id="FD37">
          <mml:math>
            <mml:mtable columnalign="left">
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>10</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <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:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>T</mml:mi>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>cos</mml:mi>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>θ</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>20</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <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:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>T</mml:mi>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>cos</mml:mi>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>θ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD38">
          <mml:math>
            <mml:mtable columnalign="left">
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>D</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>10</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>Ω</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>A</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mi>sin</mml:mi>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>θ</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>D</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>20</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>Ω</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>A</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mi>sin</mml:mi>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>θ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD39">
          <mml:math>
            <mml:mtable columnalign="left">
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>D</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>10</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:msup>
                      <mml:mi>A</mml:mi>
                      <mml:mo>′</mml:mo>
                    </mml:msup>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mi>cos</mml:mi>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>θ</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>A</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:msup>
                      <mml:mi>β</mml:mi>
                      <mml:mo>′</mml:mo>
                    </mml:msup>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mi>sin</mml:mi>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>θ</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>D</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>20</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:msup>
                      <mml:mi>A</mml:mi>
                      <mml:mo>′</mml:mo>
                    </mml:msup>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mi>cos</mml:mi>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>θ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>A</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:msup>
                      <mml:mi>β</mml:mi>
                      <mml:mo>′</mml:mo>
                    </mml:msup>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mi>sin</mml:mi>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>θ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD40">
          <mml:math>
            <mml:mtable columnalign="left">
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>D</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>D</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>10</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>Ω</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:msup>
                      <mml:mi>A</mml:mi>
                      <mml:mo>′</mml:mo>
                    </mml:msup>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mi>sin</mml:mi>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>θ</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>Ω</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>A</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:msup>
                      <mml:mi>β</mml:mi>
                      <mml:mo>′</mml:mo>
                    </mml:msup>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mi>cos</mml:mi>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>θ</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>D</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>D</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>20</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>Ω</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:msup>
                      <mml:mi>A</mml:mi>
                      <mml:mo>′</mml:mo>
                    </mml:msup>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mi>sin</mml:mi>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>θ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</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:mi>Ω</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>A</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:msup>
                      <mml:mi>β</mml:mi>
                      <mml:mo>′</mml:mo>
                    </mml:msup>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mi>cos</mml:mi>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>θ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>.</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p><inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> O </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> ε </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> -Order Equation for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> y </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> : </p>
        <disp-formula id="FD41">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:msub>
                <mml:mi>y</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>11</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mn>4</mml:mn>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>Ω</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:msub>
                <mml:mi>y</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>11</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>R</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>T</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>T</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Among them, </p>
        <disp-formula id="FD42">
          <mml:math>
            <mml:mtable>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>R</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>D</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>D</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>10</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>μ</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>D</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>10</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>σ</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>10</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>f</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mi>cos</mml:mi>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>Ω</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>T</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>10</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>11</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>10</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>20</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msubsup>
                </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:msub>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>13</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>10</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>20</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>14</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>10</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>f</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>11</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mi>cos</mml:mi>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>Ω</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>T</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Only retain the resonant terms with the same frequency as <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mtext> cos </mml:mtext><mml:msub><mml:mi> θ </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:mtext> sin </mml:mtext><mml:msub><mml:mi> θ </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> : Linear Slowly Varying Part: </p>
        <disp-formula id="FD43">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>y</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>10</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>4</mml:mn>
              <mml:msub>
                <mml:mi>Ω</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>A</mml:mi>
                  <mml:mo>′</mml:mo>
                </mml:msup>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mi>sin</mml:mi>
              <mml:msub>
                <mml:mi>θ</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mn>4</mml:mn>
              <mml:msub>
                <mml:mi>Ω</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>A</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>β</mml:mi>
                  <mml:mo>′</mml:mo>
                </mml:msup>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mi>cos</mml:mi>
              <mml:msub>
                <mml:mi>θ</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD44">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>μ</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>y</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>10</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:msub>
                <mml:mi>Ω</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>μ</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>A</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mi>sin</mml:mi>
              <mml:msub>
                <mml:mi>θ</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD45">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>σ</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>y</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>10</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>σ</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>A</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mi>cos</mml:mi>
              <mml:msub>
                <mml:mi>θ</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Nonlinear Terms: </p>
        <disp-formula id="FD46">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>y</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>20</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>A</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:msup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>cos</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:msub>
                <mml:mi>θ</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>A</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mi>cos</mml:mi>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>θ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD47">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>11</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>y</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>10</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>y</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>20</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>11</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>A</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>A</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:mi>cos</mml:mi>
              <mml:msub>
                <mml:mi>θ</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>non-resonant high-frequency terms</mml:mtext>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>From </p>
        <disp-formula id="FD48">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>cos</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mn>3</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:msub>
                <mml:mi>θ</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>4</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>3</mml:mn>
                  <mml:mi>cos</mml:mi>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>θ</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mi>cos</mml:mi>
                  <mml:mn>3</mml:mn>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>θ</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>we obtain </p>
        <disp-formula id="FD49">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>14</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>y</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>10</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mn>3</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>3</mml:mn>
                <mml:mn>4</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>14</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>A</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>3</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:mi>cos</mml:mi>
              <mml:msub>
                <mml:mi>θ</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>non-resonant high-frequency terms</mml:mtext>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Other terms <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> f </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub><mml:mi> cos </mml:mi><mml:msub><mml:mi> Ω </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub><mml:mi> t </mml:mi><mml:msub><mml:mi> y </mml:mi><mml:mrow><mml:mn> 10 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mrow><mml:mn> 13 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi> y </mml:mi><mml:mrow><mml:mn> 10 </mml:mn></mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msubsup><mml:msub><mml:mi> y </mml:mi><mml:mrow><mml:mn> 20 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> f </mml:mi><mml:mrow><mml:mn> 11 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:mi> cos </mml:mi><mml:msub><mml:mi> Ω </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> only contain frequencies such as <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> Ω </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn><mml:msub><mml:mi> Ω </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ⋯ </mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , which do not resonate with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:msub><mml:mi> Ω </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> they do not appear in the amplitude equation. Thus, the resonant part is: </p>
        <disp-formula id="FD50">
          <mml:math>
            <mml:mtable>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>R</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mtext>res</mml:mtext>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>4</mml:mn>
                      <mml:msub>
                        <mml:mtext>Ω</mml:mtext>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:msub>
                        <mml:msup>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mo>′</mml:mo>
                        </mml:msup>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:msub>
                        <mml:mtext>Ω</mml:mtext>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>μ</mml:mi>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>A</mml:mi>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>sin</mml:mi>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>θ</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </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:mn>4</mml:mn>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>Ω</mml:mi>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>A</mml:mi>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:msub>
                        <mml:msup>
                          <mml:mi>β</mml:mi>
                          <mml:mo>′</mml:mo>
                        </mml:msup>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>σ</mml:mi>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>A</mml:mi>
                        <mml:mn>1</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:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>11</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>A</mml:mi>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mi>A</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msubsup>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>3</mml:mn>
                        <mml:mn>4</mml:mn>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>14</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mi>A</mml:mi>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mn>3</mml:mn>
                      </mml:msubsup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>cos</mml:mi>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>θ</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Eliminate the secular terms set the coefficients to zero: </p>
        <disp-formula id="FD51">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mn>4</mml:mn>
              <mml:msub>
                <mml:mi>Ω</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>A</mml:mi>
                  <mml:mo>′</mml:mo>
                </mml:msup>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:msub>
                <mml:mi>Ω</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>μ</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>A</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD52">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mn>4</mml:mn>
              <mml:msub>
                <mml:mi>Ω</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>A</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>β</mml:mi>
                  <mml:mo>′</mml:mo>
                </mml:msup>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>σ</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>A</mml:mi>
                <mml:mn>1</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:mi>a</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>11</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>A</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>A</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>3</mml:mn>
                <mml:mn>4</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>14</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>A</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>3</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD53">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>⇒</mml:mo>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:msub>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>A</mml:mi>
                  <mml:mo>′</mml:mo>
                </mml:msup>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>μ</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>A</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD54">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>⇒</mml:mo>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mn>4</mml:mn>
              <mml:msub>
                <mml:mi>Ω</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>β</mml:mi>
                  <mml:mo>′</mml:mo>
                </mml:msup>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>σ</mml:mi>
                <mml:mn>1</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:mi>a</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>11</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>A</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>3</mml:mn>
                <mml:mn>4</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>14</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>A</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msubsup>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD55">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>⇒</mml:mo>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:msub>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>β</mml:mi>
                  <mml:mo>′</mml:mo>
                </mml:msup>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>4</mml:mn>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>Ω</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>σ</mml:mi>
                    <mml:mn>1</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:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>11</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>A</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                    <mml:mn>4</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>14</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>A</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msubsup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Equation of order <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> O </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> ε </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> y </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> : </p>
        <disp-formula id="FD56">
          <label>(10)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:msub>
                <mml:mi>y</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>21</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>4</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>Ω</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:msub>
                <mml:mi>y</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>21</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>R</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>T</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>T</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where the inhomogeneous term <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> R </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> T </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> T </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is given by: </p>
        <disp-formula id="FD57">
          <label>(11)</label>
          <mml:math>
            <mml:mtable>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>R</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>D</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>D</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>20</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>b</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>21</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>D</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>10</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>μ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>D</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>20</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>b</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>22</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>D</mml:mi>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>10</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>σ</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>20</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>b</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>23</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>10</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                </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:msub>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>21</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>20</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>22</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>10</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>20</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>23</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>10</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>20</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>24</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>10</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>f</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>12</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mi>cos</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>Ω</mml:mi>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>T</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:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>To eliminate secular terms and obtain the solvability conditions, we must identify and retain only those terms in <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> R </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> that are resonant with the homogeneous solution of (10). The homogeneous solution has frequency <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> Ω </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> / </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , corresponding to the phase function <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> θ </mml:mi><mml:mn> 2 </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:mi> Ω </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi> T </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> + </mml:mo><mml:msub><mml:mi> β </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> T </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Therefore, we retain only terms proportional to <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> cos </mml:mi><mml:msub><mml:mi> θ </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> sin </mml:mi><mml:msub><mml:mi> θ </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Resonant Terms from the Linear/Slowly-Varying Part </p>
        <disp-formula id="FD58">
          <label>(12)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>y</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>20</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>Ω</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>A</mml:mi>
                  <mml:mo>′</mml:mo>
                </mml:msup>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mi>sin</mml:mi>
              <mml:msub>
                <mml:mi>θ</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>Ω</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>A</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>β</mml:mi>
                  <mml:mo>′</mml:mo>
                </mml:msup>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mi>cos</mml:mi>
              <mml:msub>
                <mml:mi>θ</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD59">
          <label>(13)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>μ</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>y</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>20</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:msub>
                <mml:mi>Ω</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>μ</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>A</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mi>sin</mml:mi>
              <mml:msub>
                <mml:mi>θ</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD60">
          <label>(14)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>σ</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>y</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>20</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>σ</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>A</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mi>cos</mml:mi>
              <mml:msub>
                <mml:mi>θ</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Here, the prime symbol (<inline-formula><mml:math><mml:mo> ' </mml:mo></mml:math></inline-formula> ) denotes the derivative with respect to the slow time <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> T </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , e.g., <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:msup><mml:mi> A </mml:mi><mml:mo> ′ </mml:mo></mml:msup><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext> d </mml:mtext><mml:msub><mml:mi> A </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> / </mml:mo><mml:mrow><mml:mtext> d </mml:mtext><mml:msub><mml:mi> T </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Resonant Terms from the Nonlinear Part Applying trigonometric identities, we expand the cubic nonlinearities and identify their resonant components: </p>
        <disp-formula id="FD61">
          <label>(15)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>21</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>y</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>20</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mn>3</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>21</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>A</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
                <mml:mn>3</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:msup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>cos</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mn>3</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:msub>
                <mml:mi>θ</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>3</mml:mn>
                <mml:mn>4</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>21</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>A</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
                <mml:mn>3</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:mi>cos</mml:mi>
              <mml:msub>
                <mml:mi>θ</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>higher harmonics</mml:mtext>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD62">
          <label>(16)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>y</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>10</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>A</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:msup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>cos</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:msub>
                <mml:mi>θ</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>A</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mi>cos</mml:mi>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>θ</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD63">
          <label>(17)</label>
          <mml:math>
            <mml:mtable>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>23</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>10</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>20</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>23</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mi>A</mml:mi>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msubsup>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mi>cos</mml:mi>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>θ</mml:mi>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>A</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mi>cos</mml:mi>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>θ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>23</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>A</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>A</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mi>cos</mml:mi>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>θ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mtext>non-resonant high-frequency terms</mml:mtext>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>.</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Note that the term <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> cos </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:msub><mml:mi> θ </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> ⋅ </mml:mo><mml:mi> cos </mml:mi><mml:msub><mml:mi> θ </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> produces sum and difference frequencies, none of which are resonant with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> cos </mml:mi><mml:msub><mml:mi> θ </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> or <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> sin </mml:mi><mml:msub><mml:mi> θ </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> given the assumed frequency relations (<inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> θ </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:msub><mml:mi> Ω </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi> T </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> + </mml:mo><mml:msub><mml:mi> β </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> θ </mml:mi><mml:mn> 2 </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:mi> Ω </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi> T </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> + </mml:mo><mml:msub><mml:mi> β </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ). Terms Requiring Further Analysis The following terms from (11) do not directly yield resonant components proportional to <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> cos </mml:mi><mml:msub><mml:mi> θ </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> or <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> sin </mml:mi><mml:msub><mml:mi> θ </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in their basic form. They may, however, contribute to resonant terms through product expansions with other leading-order solutions or require specific phase relationships (e.g., internal resonance) to become resonant. Their explicit resonant contributions must be calculated by substituting the expressions for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> y </mml:mi><mml:mrow><mml:mn> 10 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> y </mml:mi><mml:mrow><mml:mn> 20 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and applying trigonometric identities: </p>
        <disp-formula id="FD64">
          <label>(18)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>b</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>21</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:msub>
                <mml:mi>y</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>10</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:msub>
                <mml:mi>b</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>22</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>D</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>y</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>10</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:msub>
                <mml:mi>b</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>23</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>y</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>10</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>22</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>y</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>10</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>y</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>20</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>24</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>y</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>10</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mn>3</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:msub>
                <mml:mi>f</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>12</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mi>cos</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>Ω</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>T</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>The evaluation of these terms typically involves checking if products like <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> cos </mml:mi><mml:msub><mml:mi> θ </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> ⋅ </mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mi> cos </mml:mi></mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi> θ </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> or <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mrow><mml:mi> cos </mml:mi></mml:mrow><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi> θ </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> contain terms with frequency <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> Ω </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> / </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Purpose of This Step The process of extracting only the <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> cos </mml:mi><mml:msub><mml:mi> θ </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> sin </mml:mi><mml:msub><mml:mi> θ </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> components from the full expression for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> R </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is crucial. Setting the coefficients of these resonant terms to zero constitutes the solvability condition for equation (10). This condition yields the slow-flow equations or amplitude/phase modulation equations that govern the long-term evolution of the amplitude <inline-formula><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:mrow><mml:msub><mml:mi> T </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and phase <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> β </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> T </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Extraction of Resonant Terms and Secularity Condition The resonant component <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi> R </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mtext> res </mml:mtext></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> T </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> T </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of the first-order forcing term is obtained by collecting all terms proportional to <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> sin </mml:mi><mml:msub><mml:mi> θ </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> cos </mml:mi><mml:msub><mml:mi> θ </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> θ </mml:mi><mml:mn> 2 </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:mi> Ω </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi> T </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> + </mml:mo><mml:msub><mml:mi> β </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> T </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . This component is responsible for generating secular (i.e., unbounded) terms in the solution <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> y </mml:mi><mml:mrow><mml:mn> 21 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and must be eliminated to ensure a uniform expansion. Its expression is: </p>
        <disp-formula id="FD65">
          <label>(19)</label>
          <mml:math>
            <mml:mtable>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>R</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mtext>res</mml:mtext>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>Ω</mml:mi>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:msub>
                        <mml:msup>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mo>′</mml:mo>
                        </mml:msup>
                        <mml:mn>2</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:mi>Ω</mml:mi>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>μ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>A</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>sin</mml:mi>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>θ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>Ω</mml:mi>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>A</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:msub>
                        <mml:msup>
                          <mml:mi>β</mml:mi>
                          <mml:mo>′</mml:mo>
                        </mml:msup>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>σ</mml:mi>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>A</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>3</mml:mn>
                        <mml:mn>4</mml:mn>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>21</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mi>A</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                        <mml:mn>3</mml:mn>
                      </mml:msubsup>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>23</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mi>A</mml:mi>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msubsup>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>A</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>cos</mml:mi>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>θ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Here, the prime (<inline-formula><mml:math><mml:mo> ' </mml:mo></mml:math></inline-formula> ) denotes differentiation with respect to the slow time variable <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> T </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , i.e., <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:msup><mml:mi> A </mml:mi><mml:mo> ′ </mml:mo></mml:msup><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext> d </mml:mtext><mml:msub><mml:mi> A </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> / </mml:mo><mml:mrow><mml:mtext> d </mml:mtext><mml:msub><mml:mi> T </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:msup><mml:mi> β </mml:mi><mml:mo> ′ </mml:mo></mml:msup><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext> d </mml:mtext><mml:msub><mml:mi> β </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> / </mml:mo><mml:mrow><mml:mtext> d </mml:mtext><mml:msub><mml:mi> T </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Elimination of Secular Terms To prevent the appearance of secular terms which grow linearly in <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> T </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in the solution for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> y </mml:mi><mml:mrow><mml:mn> 21 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , the coefficients of the resonant terms <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> sin </mml:mi><mml:msub><mml:mi> θ </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> cos </mml:mi><mml:msub><mml:mi> θ </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in Eq. (19) must be set to zero. This yields the solvability conditions: </p>
        <disp-formula id="FD66">
          <label>(20)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>Ω</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>A</mml:mi>
                  <mml:mo>′</mml:mo>
                </mml:msup>
                <mml:mn>2</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:mi>Ω</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>μ</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>A</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>0</mml:mn>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD67">
          <label>(21)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>Ω</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>A</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>β</mml:mi>
                  <mml:mo>′</mml:mo>
                </mml:msup>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>σ</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>A</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>3</mml:mn>
                <mml:mn>4</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>21</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>A</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
                <mml:mn>3</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>23</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>A</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:msub>
                <mml:mi>A</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>0.</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Derivation of the Slow-Flow Equations Solving the solvability conditions (20) and (21) provides the differential equations governing the slow evolution of the amplitude <inline-formula><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:mrow><mml:msub><mml:mi> T </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and the phase correction <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> β </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> T </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . From Eq. (20), we obtain the amplitude evolution equation: </p>
        <disp-formula id="FD68">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>A</mml:mi>
                  <mml:mo>′</mml:mo>
                </mml:msup>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>μ</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>A</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>This is a simple linear decay equation, indicating that the amplitude <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> A </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> decays exponentially on the slow time scale if <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> μ </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> &gt; </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . From Eq. (21), assuming <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> A </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> ≠ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , we can solve for the phase evolution. First, rearrange: </p>
        <disp-formula id="FD69">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>Ω</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>β</mml:mi>
                  <mml:mo>′</mml:mo>
                </mml:msup>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>σ</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>3</mml:mn>
                <mml:mn>4</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>21</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>A</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>23</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>A</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Finally, the equation for the phase derivative <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:msup><mml:mi> β </mml:mi><mml:mo> ′ </mml:mo></mml:msup><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is: </p>
        <disp-formula id="FD70">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>β</mml:mi>
                  <mml:mo>′</mml:mo>
                </mml:msup>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>Ω</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>σ</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                    <mml:mn>4</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>21</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>A</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>23</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>A</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msubsup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>This equation describes how the phase <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> β </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (and thus the oscillation frequency) is modified by the detuning parameter <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> σ </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and the nonlinear interactions quantified by <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mrow><mml:mn> 21 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mrow><mml:mn> 23 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Physical Interpretation Equation for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:msup><mml:mi> A </mml:mi><mml:mo> ′ </mml:mo></mml:msup><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> : Governs the amplitude modulation. The term <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi> μ </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi> A </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> represents linear damping. Equation for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:msup><mml:mi> β </mml:mi><mml:mo> ′ </mml:mo></mml:msup><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> : Governs the frequency modulation or phase drift. The right-hand side includes: <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> σ </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> / </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> Ω </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> : Linear frequency shift due to detuning.<inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mfrac><mml:mn> 3 </mml:mn><mml:mrow><mml:mn> 4 </mml:mn><mml:msub><mml:mi> Ω </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mrow><mml:mn> 21 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi> A </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> : Nonlinear frequency shift due to self-interaction (cubic nonlinearity in <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> y </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ). <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:msub><mml:mtext> Ω </mml:mtext><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mrow><mml:mn> 23 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi> A </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> : Nonlinear frequency shift due to cross-mode interaction with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> y </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . These two equations together form the slow-flow subsystem for the <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> A </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> β </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> variables. Amplitude-Phase Slow-Flow Equations and First-Order Approximate Solution. The evolution of the slowly-varying amplitudes and phases on the time scale <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> T </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> ε </mml:mi><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is governed by the following slow-flow equations: </p>
        <disp-formula id="FD71">
          <label>(22)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mtext>Amplitude Equations</mml:mtext>
              <mml:mo>:</mml:mo>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>{</mml:mo>
                <mml:mtable columnalign="left">
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:msub>
                        <mml:msup>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mo>′</mml:mo>
                        </mml:msup>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>=</mml:mo>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>μ</mml:mi>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>A</mml:mi>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:msub>
                        <mml:msup>
                          <mml:mi>A</mml:mi>
                          <mml:mo>′</mml:mo>
                        </mml:msup>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>=</mml:mo>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>μ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>A</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                </mml:mtable>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD72">
          <label>(23)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mtext>Phase Equations</mml:mtext>
              <mml:mo>:</mml:mo>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>{</mml:mo>
                <mml:mtable columnalign="left">
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:msub>
                        <mml:msup>
                          <mml:mi>β</mml:mi>
                          <mml:mo>′</mml:mo>
                        </mml:msup>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>=</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>4</mml:mn>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>Ω</mml:mi>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>σ</mml:mi>
                            <mml:mn>1</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:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mn>11</mml:mn>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                          <mml:msubsup>
                            <mml:mi>A</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msubsup>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mn>3</mml:mn>
                            <mml:mn>4</mml:mn>
                          </mml:mfrac>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mn>14</mml:mn>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                          <mml:msubsup>
                            <mml:mi>A</mml:mi>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msubsup>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:msub>
                        <mml:msup>
                          <mml:mi>β</mml:mi>
                          <mml:mo>′</mml:mo>
                        </mml:msup>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>=</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>Ω</mml:mi>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>σ</mml:mi>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:msub>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mn>3</mml:mn>
                            <mml:mn>4</mml:mn>
                          </mml:mfrac>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mn>21</mml:mn>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                          <mml:msubsup>
                            <mml:mi>A</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msubsup>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:mfrac>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mn>23</mml:mn>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                          <mml:msubsup>
                            <mml:mi>A</mml:mi>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msubsup>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                </mml:mtable>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where the prime (<inline-formula><mml:math><mml:mo> ' </mml:mo></mml:math></inline-formula> ) denotes differentiation with respect to the slow time variable <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> T </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> ε </mml:mi><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . First-Order Multiple Scale Approximate Solution. Therefore, the first-order multiple scale approximate solutions for the system variables are: </p>
        <disp-formula id="FD73">
          <label>(24)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>y</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>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>T</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mi>cos</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>Ω</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>β</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>T</mml:mi>
                        <mml:mn>1</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:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD74">
          <label>(25)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>y</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>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>T</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mi>cos</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>Ω</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>β</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>T</mml:mi>
                        <mml:mn>1</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:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> T </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> ε </mml:mi><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is explicitly substituted to show the slow modulation. The functions <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> A </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> T </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><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:mrow><mml:msub><mml:mi> T </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> β </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> T </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></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> β </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> T </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> appearing in the solutions are determined by solving the slow-flow equations (22) and (23). The solutions (24) and (25) exhibit clear slow-fast separation: The arguments of the cosine functions (<inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:msub><mml:mi> Ω </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> Ω </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> / </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ) represent the fast oscillations at the linear system’s natural frequencies (or their combinations). The amplitudes <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> A </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and phases <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> β </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are not constants but evolve on a much slower time scale <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> T </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> ε </mml:mi><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , governed by the simpler, first-order differential equations (22) and (23). The amplitude equations (22) show simple exponential decay due to linear damping coefficients <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> μ </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> μ </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . The phase equations (23) reveal how the oscillation frequencies are modified (a phenomenon known as frequency pulling or detuning by: The linear detuning parameter <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> σ </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Nonlinear self-interaction terms (e.g., <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mrow><mml:mn> 14 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi> A </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mrow><mml:mn> 21 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi> A </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ). Nonlinear cross-mode interaction terms (e.g., <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mrow><mml:mn> 11 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi> A </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mrow><mml:mn> 23 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msubsup><mml:mi> A </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ). </p>
        <p>This result is the standard output of the method of multiple scales for weakly nonlinear oscillators: the original complex, nonlinear differential equations are reduced to a set of simpler equations describing the slow evolution of the amplitudes and phases, from which the physical motion can be reconstructed via (24) and (25). </p>
      </sec>
    </sec>
    <sec id="sec4">
      <title>4. Analysis of System Dynamic Behavior</title>
      <p>Numerical simulation of coupled nonlinear oscillators: Dynamic Behaviors of the System from the Graphs:</p>
      <fig id="fig1">
        <label>Figure 1</label>
        <graphic xlink:href="https://html.scirp.org/file/1724509-rId493.jpeg?20260122015229" />
      </fig>
      <p><bold>Figure 1</bold><bold>.</bold> Numerical simulation of coupled nonlinear oscillators: <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> y </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:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
      <fig id="fig2">
        <label>Figure 2</label>
        <graphic xlink:href="https://html.scirp.org/file/1724509-rId496.jpeg?20260122015229" />
      </fig>
      <p><bold>Figure 2.</bold> Numerical simulation of coupled nonlinear oscillators: <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> y </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:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
      <p>1) Damped Vibration The vibration amplitudes of both oscillators <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> y </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:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> y </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:mrow></mml:math></inline-formula> gradually decrease with time <inline-formula><mml:math><mml:mi> t </mml:mi></mml:math></inline-formula> , and there is no amplitude increase divergence or constant amplitude undamped behavior throughout the process.<inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> y </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:mrow></mml:math></inline-formula> : The initial amplitude is about 0.1, which decays slowly over time, and the overall vibration center has a slight offset gradually approaching the zero axis from the negative direction, as shown in <xref ref-type="fig" rid="fig1">Figure 1</xref>; <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> y </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:mrow></mml:math></inline-formula> : The initial amplitude is close to 0.15, with a more obvious decay rate than <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> y </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:mrow></mml:math></inline-formula> , and the vibration has good symmetry decaying around the zero axis. The system has viscous damping (or equivalent damping), and energy dissipates over time, which is a typical characteristic of damped nonlinear vibration systems, as shown in <xref ref-type="fig" rid="fig2">Figure 2</xref>.</p>
      <p>2) Nonlinear Coupling Characteristics The vibration behaviors of the two oscillators are not independent but exhibit “coupling correlation”: Their vibration frequencies show consistency in the time domain similar vibration periods, indicating that the coupling effect synchronizes the vibration frequencies of the two degrees of freedom; The amplitude decay rates are different (<inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> y </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> decays faster), reflecting the differential effects of nonlinear coupling terms on energy dissipation/transfer of different oscillators, which is the “coupling asymmetry” of nonlinear systems.</p>
      <p>3) No Chaos/Bifurcation Behavior Within the entire time range (0 500), the vibrations of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> y </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:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> y </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:mrow></mml:math></inline-formula> maintain regular periodicity no random fluctuations, no amplitude mutations, no frequency jumps. Under this time scale and initial conditions, the system is in a periodic vibration state and does not enter complex nonlinear dynamic regions such as chaos or period-doubling bifurcation.</p>
      <p>4) Amplitude Offset (Unique to <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> y </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:mrow></mml:math></inline-formula> ) The vibration center of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> y </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:mrow></mml:math></inline-formula> moves from the initial negative direction approximately -0.05 to the zero axis gradually, while <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> y </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:mrow></mml:math></inline-formula> vibrates around the zero axis all the time. This is the result of the combined action of nonlinear coupling and damping, reflecting the “asymmetric vibration” characteristic of nonlinear systems.</p>
    </sec>
    <sec id="sec5">
      <title>5. Conclusions Limitations and Future Work</title>
      <p>This paper analyzes the dynamic behavior of a two-degree-of-freedom coupled nonlinear oscillator system through numerical simulation, yielding the following key conclusions. Under the time scale of 0<inline-formula><mml:math><mml:mo> ∼ </mml:mo></mml:math></inline-formula> 500 and the given initial conditions, the system exhibits typical nonlinear periodic vibration characteristics with damping. Energy dissipates continuously over time, and the vibration amplitudes of both oscillators show a decaying trend. Numerical simulations show that this specific coupling form inherently suppresses chaotic behavior within the investigated range. No complex nonlinear dynamic phenomena such as chaos, bifurcation, or sudden changes in amplitude/frequency were observed. The nonlinear coupling effect causes the vibration frequencies of the two oscillators to tend to synchronize in the time domain. However, the coupling effect is significantly asymmetric: the amplitude decay rate of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> y </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:mrow></mml:math></inline-formula> is noticeably faster than that of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> y </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:mrow></mml:math></inline-formula> . Moreover, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> y </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:mrow></mml:math></inline-formula> exhibits a shift of its vibration center from the negative side towards the zero axis, while <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> y </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:mrow></mml:math></inline-formula> always decays symmetrically around zero. The unique amplitude offset of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> y </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:mrow></mml:math></inline-formula> results from the combined action of the nonlinear coupling terms and viscous damping. This characteristic further confirms the asymmetric nature of the nonlinear coupling in the system.</p>
      <p>The analysis was confined to the system’s behavior within the 0<inline-formula><mml:math><mml:mo> ∼ </mml:mo></mml:math></inline-formula> 500 time scale. The investigation did not explore whether complex dynamic phenomena such as bifurcation or chaos might occur over longer time scales. Furthermore, the simulation was based on only one set of initial conditions, without considering the impact of varying initial conditions on the system’s behavior. The interpretation of the system’s dynamic characteristics relied solely on time-domain waveform plots. Methods such as phase portraits, Poincar sections, and spectral analysis were not employed, limiting the comprehensive characterization of the system’s nonlinear properties from frequency-domain and phase-space perspectives. The study did not investigate how variations in key parameters influence the system’s characteristics, such as vibration frequency synchronization, amplitude decay rate, and asymmetric vibration features.</p>
      <p>Extend the time scale of numerical simulations to investigate the system’s dynamic behavior over longer periods. Modify initial conditions and coupling term types to analyze whether complex phenomena like bifurcation or chaos emerge under different conditions. Introduce phase portraits, Poincar sections, and Fourier spectral analysis to analyze the system’s periodic characteristics, frequency components, and nonlinear coupling mechanisms from multiple dimensions. Combine theoretical derivations to quantify the influence weights of nonlinear coupling terms and damping on the system’s behavior. Systematically study the effects of key parameters (e.g., coupling coefficients, damping coefficient, natural frequencies) on the oscillators’ amplitude decay rates, frequency synchronization, and amplitude offset. Clarify the relationship between parameter thresholds and the system’s dynamic behavior to provide a theoretical basis for the regulation and optimization of coupled nonlinear vibration systems.</p>
    </sec>
    <sec id="sec6">
      <title>Funding</title>
      <p>The ﬁrst author is supported by the Science and Technology Research Project Fund of the Education Department of Jiangxi Province (Nos. GJJ2401901).</p>
    </sec>
  </body>
  <back>
    <ref-list>
      <title>References</title>
      <ref id="B1">
        <label>1.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Ladygina, I. and Manevich, L. (1995) Free Oscillations of a Conservative System with Two Degrees of Freedom Having Cubic Nonlinearities. <italic>Journal of Applied Mechanics</italic>, 62, 721-725.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Ladygina, I.</string-name>
              <string-name>Manevich, L.</string-name>
            </person-group>
            <year>1995</year>
            <article-title>Free Oscillations of a Conservative System with Two Degrees of Freedom Having Cubic Nonlinearities</article-title>
            <source>Journal of Applied Mechanics</source>
            <volume>62</volume>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B2">
        <label>2.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Abdel-Rahman, E.M. and Nayfeh, A.H. (2004) Non-Stationary Responses in Externally Excited Two-Degrees-Of-Freedom Nonlinear Systems with 1:2 Internal Resonance. <italic>Journal of Vibration and Acoustics</italic>, 126, 215-223.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Abdel-Rahman, E.M.</string-name>
              <string-name>Nayfeh, A.H.</string-name>
            </person-group>
            <year>2004</year>
            <article-title>Non-Stationary Responses in Externally Excited Two-Degrees-Of-Freedom Nonlinear Systems with 1:2 Internal Resonance</article-title>
            <source>Journal of Vibration and Acoustics</source>
            <volume>126</volume>
            <fpage>2</fpage>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B3">
        <label>3.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Wang, H., Hu, H. and Wang, Z. (2004) Global Dynamics of a Duffing Oscillator with Delayed Displacement Feedback. <italic>International</italic><italic>Journal</italic><italic>of</italic><italic>Bifurcation</italic><italic>and</italic><italic>Chaos</italic>, 14, 2753-2775. https://doi.org/10.1142/s0218127404010990 <pub-id pub-id-type="doi">10.1142/s0218127404010990</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1142/s0218127404010990">https://doi.org/10.1142/s0218127404010990</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Wang, H.</string-name>
              <string-name>Hu, H.</string-name>
              <string-name>Wang, Z.</string-name>
            </person-group>
            <year>2004</year>
            <article-title>Global Dynamics of a Duffing Oscillator with Delayed Displacement Feedback</article-title>
            <source>International Journal of Bifurcation and Chaos</source>
            <volume>14</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1142/s0218127404010990</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B4">
        <label>4.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Cveticanin, L. (2005) Nonlinear Vibrations of Two-Degree-Of-Freedom Systems with Cubic Nonlinearities. <italic>Mechanical Systems and Signal Processing</italic>, 19, 1255-1270.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Cveticanin, L.</string-name>
            </person-group>
            <year>2005</year>
            <article-title>Nonlinear Vibrations of Two-Degree-Of-Freedom Systems with Cubic Nonlinearities</article-title>
            <source>Mechanical Systems and Signal Processing</source>
            <volume>19</volume>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B5">
        <label>5.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Elbeyli, O., Sun, J.Q. and Ünal, G. (2005) A Semi-Discretization Method for Delayed Stochastic Systems. <italic>Communications</italic><italic>in</italic><italic>Nonlinear</italic><italic>Science</italic><italic>and</italic><italic>Numerical</italic><italic>Simulation</italic>, 10, 85-94. https://doi.org/10.1016/s1007-5704(03)00095-9 <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/s1007-5704(03)00095-9</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1016/s1007-5704(03)00095-9">https://doi.org/10.1016/s1007-5704(03)00095-9</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Elbeyli, O.</string-name>
              <string-name>Sun, J.Q.</string-name>
            </person-group>
            <year>2005</year>
            <article-title>A Semi-Discretization Method for Delayed Stochastic Systems</article-title>
            <source>Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation</source>
            <volume>5704</volume>
            <issue>03</issue>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/s1007-5704(03)00095-9</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B6">
        <label>6.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Li, X., Ji, J.C. and Hansen, C.H. (2006) Non-Linear Normal Modes and Their Bifurcation of a Two DOF System with Quadratic and Cubic Non-Linearity. <italic>International</italic><italic>Journal</italic><italic>of</italic><italic>Non</italic>- <italic>Linear</italic><italic>Mechanics</italic>, 41, 1028-1038. https://doi.org/10.1016/j.ijnonlinmec.2005.12.005 <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ijnonlinmec.2005.12.005</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.ijnonlinmec.2005.12.005">https://doi.org/10.1016/j.ijnonlinmec.2005.12.005</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Li, X.</string-name>
              <string-name>Ji, J.C.</string-name>
              <string-name>Hansen, C.H.</string-name>
            </person-group>
            <year>2006</year>
            <article-title>Non-Linear Normal Modes and Their Bifurcation of a Two DOF System with Quadratic and Cubic Non-Linearity</article-title>
            <source>International Journal of Non-Linear Mechanics</source>
            <volume>41</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ijnonlinmec.2005.12.005</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B7">
        <label>7.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Casey, J. (1994) Geometrical Derivation of Lagrange’s Equations for a System of Particles. <italic>American</italic><italic>Journal</italic><italic>of</italic><italic>Physics</italic>, 62, 836-847. https://doi.org/10.1119/1.17470 <pub-id pub-id-type="doi">10.1119/1.17470</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1119/1.17470">https://doi.org/10.1119/1.17470</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Casey, J.</string-name>
            </person-group>
            <year>1994</year>
            <article-title>Geometrical Derivation of Lagrange’s Equations for a System of Particles</article-title>
            <source>American Journal of Physics</source>
            <volume>62</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1119/1.17470</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B8">
        <label>8.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Sayed, M. and Hamed, Y.S. (2011) Vibration Reduction and Stability of Non-Linear System Subjected to External and Parametric Excitation Forces under a Non-Linear Absorber. <italic>International Journal of Contemporary Mathematical Sciences</italic>, 6, 1525-1540.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Sayed, M.</string-name>
              <string-name>Hamed, Y.S.</string-name>
            </person-group>
            <year>2011</year>
            <article-title>Vibration Reduction and Stability of Non-Linear System Subjected to External and Parametric Excitation Forces under a Non-Linear Absorber</article-title>
            <source>International Journal of Contemporary Mathematical Sciences</source>
            <volume>6</volume>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B9">
        <label>9.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Arvin, H. and Bakhtiari-Nejad, F. (2011) Non-Linear Modal Analysis of a Rotating Beam. <italic>International</italic><italic>Journal</italic><italic>of</italic><italic>Non</italic>- <italic>Linear</italic><italic>Mechanics</italic>, 46, 877-897. https://doi.org/10.1016/j.ijnonlinmec.2011.03.017 <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ijnonlinmec.2011.03.017</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.ijnonlinmec.2011.03.017">https://doi.org/10.1016/j.ijnonlinmec.2011.03.017</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Arvin, H.</string-name>
              <string-name>Bakhtiari-Nejad, F.</string-name>
            </person-group>
            <year>2011</year>
            <article-title>Non-Linear Modal Analysis of a Rotating Beam</article-title>
            <source>International Journal of Non-Linear Mechanics</source>
            <volume>46</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ijnonlinmec.2011.03.017</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B10">
        <label>10.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Cveticanin, L. (2001) Vibrations of a Coupled Two-Degree-of-Freedom System. <italic>Journal of Sound and Vibration</italic>, 247, 279-292. https://doi.org/10.1006/jsvi.2001.3728 <pub-id pub-id-type="doi">10.1006/jsvi.2001.3728</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1006/jsvi.2001.3728">https://doi.org/10.1006/jsvi.2001.3728</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Cveticanin, L.</string-name>
            </person-group>
            <year>2001</year>
            <article-title>Vibrations of a Coupled Two-Degree-of-Freedom System</article-title>
            <source>Journal of Sound and Vibration</source>
            <volume>247</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1006/jsvi.2001.3728</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
    </ref-list>
  </back>
</article>