<?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.2026.143049</article-id>
      <article-id pub-id-type="publisher-id">jamp-149995</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>Courant-Friedrichs-Lewy Condition for Analysis of Convergence and Stability of Explicit Forward Time Central Space Scheme for Three-Dimensional Wave Equation</article-title>
      </title-group>
      <contrib-group>
        <contrib contrib-type="author">
          <contrib-id contrib-id-type="orcid">0009-0004-5176-1536</contrib-id>
          <name name-style="western">
            <surname>Tuesday</surname>
            <given-names>Kafunda</given-names>
          </name>
          <xref ref-type="aff" rid="aff1">1</xref>
          <xref ref-type="aff" rid="aff2">2</xref>
        </contrib>
        <contrib contrib-type="author">
          <contrib-id contrib-id-type="orcid">0000-0001-7192-3169</contrib-id>
          <name name-style="western">
            <surname>Kelvin</surname>
            <given-names>Muzundu</given-names>
          </name>
          <xref ref-type="aff" rid="aff2">2</xref>
        </contrib>
        <contrib contrib-type="author">
          <contrib-id contrib-id-type="orcid">0000-0003-0834-7781</contrib-id>
          <name name-style="western">
            <surname>Timothy</surname>
            <given-names>Oreta</given-names>
          </name>
          <xref ref-type="aff" rid="aff3">3</xref>
        </contrib>
        <contrib contrib-type="author">
          <contrib-id contrib-id-type="orcid">0000-0002-2982-3786</contrib-id>
          <name name-style="western">
            <surname>Sidney</surname>
            <given-names>Muzyamba</given-names>
          </name>
          <xref ref-type="aff" rid="aff4">4</xref>
        </contrib>
        <contrib contrib-type="author">
          <contrib-id contrib-id-type="orcid">0000-0003-2791-6361</contrib-id>
          <name name-style="western">
            <surname>Danny</surname>
            <given-names>Mukonda</given-names>
          </name>
          <xref ref-type="aff" rid="aff5">5</xref>
        </contrib>
        <contrib contrib-type="author">
          <contrib-id contrib-id-type="orcid">0009-0003-5265-5711</contrib-id>
          <name name-style="western">
            <surname>Collins</surname>
            <given-names>Bulaya</given-names>
          </name>
          <xref ref-type="aff" rid="aff1">1</xref>
        </contrib>
        <contrib contrib-type="author">
          <contrib-id contrib-id-type="orcid">0009-0003-1715-5906</contrib-id>
          <name name-style="western">
            <surname>Chikubula</surname>
            <given-names>Lucheta</given-names>
          </name>
          <xref ref-type="aff" rid="aff6">6</xref>
        </contrib>
        <contrib contrib-type="author">
          <contrib-id contrib-id-type="orcid">0009-0000-3315-9913</contrib-id>
          <name name-style="western">
            <surname>Malichi</surname>
            <given-names>Emmanuel</given-names>
          </name>
          <xref ref-type="aff" rid="aff7">7</xref>
        </contrib>
        <contrib contrib-type="author">
          <name name-style="western">
            <surname>Mukuka</surname>
            <given-names>Joseph</given-names>
          </name>
          <xref ref-type="aff" rid="aff7">7</xref>
        </contrib>
        <contrib contrib-type="author">
          <name name-style="western">
            <surname>Kamwengo</surname>
            <given-names>Christian</given-names>
          </name>
          <xref ref-type="aff" rid="aff8">8</xref>
        </contrib>
        <contrib contrib-type="author">
          <contrib-id contrib-id-type="orcid">0009-0007-0225-4273</contrib-id>
          <name name-style="western">
            <surname>Mukau</surname>
            <given-names>Able</given-names>
          </name>
          <xref ref-type="aff" rid="aff9">9</xref>
        </contrib>
        <contrib contrib-type="author">
          <name name-style="western">
            <surname>Tembo</surname>
            <given-names>Davies</given-names>
          </name>
          <xref ref-type="aff" rid="aff10">10</xref>
        </contrib>
      </contrib-group>
      <aff id="aff1"><label>1</label> Department of Applied Sciences, Eden University, Lusaka, Zambia </aff>
      <aff id="aff2"><label>2</label> Department of Mathematics and Statistics, University of Zambia, Lusaka, Zambia </aff>
      <aff id="aff3"><label>3</label> Department of Physics, University of Zambia, Lusaka, Zambia </aff>
      <aff id="aff4"><label>4</label> Department of Biomaterials and Technology, Copperbelt University, Kitwe, Zambia </aff>
      <aff id="aff5"><label>5</label> Department of Mathematics and Statistics, Mulungushi University, Kabwe, Zambia </aff>
      <aff id="aff6"><label>6</label> Department of Mathematics and Statistics, Kwame Nkrumah University, Kabwe, Zambia </aff>
      <aff id="aff7"><label>7</label> Department of Mathematics and Natural Science, Rockview University, Lusaka, Zambia </aff>
      <aff id="aff8"><label>8</label> Department of Literature and Languages, Rockview University, Lusaka, Zambia </aff>
      <aff id="aff9"><label>9</label> Department of Physics, Mulungushi University, Kabwe, Zambia </aff>
      <aff id="aff10"><label>10</label> Department of Physics, University of Lusaka, Lusaka, Zambia </aff>
      <author-notes>
        <fn fn-type="conflict" id="fn-conflict">
          <p>The authors declare to have no conflicts of interest regarding publication of this article.</p>
        </fn>
      </author-notes>
      <pub-date pub-type="epub">
        <day>09</day>
        <month>03</month>
        <year>2026</year>
      </pub-date>
      <pub-date pub-type="collection">
        <month>03</month>
        <year>2026</year>
      </pub-date>
      <volume>14</volume>
      <issue>03</issue>
      <fpage>1073</fpage>
      <lpage>1092</lpage>
      <history>
        <date date-type="received">
          <day>
          </day>
          <month>
          </month>
          <year>
          </year>
        </date>
        <date date-type="accepted">
          <day>
          </day>
          <month>
          </month>
          <year>
          </year>
        </date>
        <date date-type="published">
          <day>09</day>
          <month>03</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.2026.143049">https://doi.org/10.4236/jamp.2026.143049</self-uri>
      <abstract>
        <p>The aim of this research is to examine Courant-Friedrichs-Lewy condition for the analysis of convergence and stability of explicit forward time central space scheme for a three-dimensional wave equation. The wave equation, which models physical phenomena such as sound and electromagnetic wave propagation, is discretized using finite difference methods in both time and space. A central difference scheme is implemented to approximate the second-order derivatives across spatial and temporal domains. The CFL condition is derived as a criterion to ensure numerical stability and is shown to depend on the wave speed and spatial grid resolution. The explicit update scheme is constructed and analyzed under uniform grid spacing. Through von Neumann stability analysis, the amplification factor is expressed using Fourier modes and Euler’s identity. The characteristic equation for the scheme is derived, and its roots are examined to determine the conditions for numerical stability. The CFL number <inline-formula><mml:math></mml:math></inline-formula></p>
        <p>λ=</p>
        <p>cΔt</p>
        <p>h</p>
        <p>is introduced and bounded to prevent error magnification. The analysis confirms that for stability, the time step must satisfy <inline-formula><mml:math></mml:math></inline-formula></p>
        <p>Δt≤</p>
        <p>h</p>
        <p>c</p>
        <p>3</p>
        <p>. Convergence is discussed in the context of satisfying both consistency and stability criteria. The initial and boundary conditions necessary for realistic modeling are incorporated. This work validates that adherence to the CFL condition is essential for reliable and accurate simulation of three-dimensional wave propagation using explicit finite difference methods.</p>
      </abstract>
      <kwd-group kwd-group-type="author-generated" xml:lang="en">
        <kwd>Courant-Friedrichs-Lewy Condition: Convergence</kwd>
        <kwd>Stability</kwd>
        <kwd>Explicit FTCS</kwd>
        <kwd>Wave Equation</kwd>
      </kwd-group>
    </article-meta>
  </front>
  <body>
    <sec id="sec1">
      <title>1. Introduction</title>
      <p>Accurate numerical solutions of partial differential equations are critical for simulating wave propagation. The explicit Forward-Time Central-Space (FTCS) method offers simplicity but requires careful stability and convergence analysis. The Courant-Friedrichs-Lewy (CFL) condition establishes the maximum time step relative to spatial discretization to ensure stability. In three-dimensional wave equations, the multi-directional propagation increases computational challenges, making CFL analysis essential. This study investigates the CFL condition for three-dimensional FTCS schemes, providing guidelines for stable and convergent simulations.</p>
      <p>Traditional finite-difference methods (FDMs) find it hard approximating acoustic wave propagation when the CFL number goes beyond 0.707 in 2D or 0.577 in 3D for equally spaced grids. This limits how large the time step can be. To address this, researchers have developed a variable-length temporal and spatial operator approach that allows wave modeling beyond these limits without losing accuracy. The idea is to make the temporal operators slightly longer than the spatial operators in high-velocity areas, which helps maintain stability at larger time steps. At the same time, both operator lengths are adjusted according to local velocity to keep the results accurate. With this method, the CFL number can be pushed up to 1.25 in 2D and 1.0 in 3D for high-velocity contrast cases. Tests in both simple and complex media show that the method works well [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>].</p>
      <p>[<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>] analyzed the transient diffusion equation in one dimension with diffusion coefficients that vary in both space and time. These types of transport equations, which can be derived from the Fokker-Planck equation, are essential for understanding diffusion mechanisms in general, such as those occurring in carbon nanotubes. Using the classical self-similar Ansatz, the authors obtained new, nontrivial analytical solutions, which they then reproduced using 16 explicit numerical time-integration methods-11 of them recent and unconditionally stable. The findings showed that certain algorithms, such as the leapfrog-hopscotch method, proved highly efficient and, in some cases, outperformed the standard FTCS method.</p>
      <p>[<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>] examined the stability of three-dimensional numerical evolutions of the Einstein equations, comparing the standard ADM formulation with variations of a conformal-traceless (CT) formulation that separates the conformal and traceless parts of the system. The authors developed a CT implementation with improved stability for evolving both weak and strong gravitational fields, in vacuum and in spacetimes coupled to matter sources. Their tests included weak and strong gravitational wave packets, black holes, boson stars, and neutron stars. They identified the conditions under which the CT approach produced better results than ADM in 3D simulations. Overall, their CT implementation yielded more stable long-term evolutions in all cases studied, although it was less accurate in the short term for the range of resolutions used.</p>
      <p>[<xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>]-[<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>] addressed the often-overlooked effect of tidal movement on the shoreline by incorporating the moving boundary into a shallow water model through a coordinate transformation and a Lax-Friedrichs time-explicit scheme. Applied to the Ameland inlet system, the model derived from the 3D Navier-Stokes equations produced realistic results, capturing both steady conditions at the seaward side and nonlinear effects near the landward side. Sensitivity tests across wave amplitude, water depth, basin length, and resistance confirmed the model’s stability and accuracy.</p>
      <p>With advances in distributed computing, interest has grown in explicit time-integration methods that offer greater stability, avoiding the parallelization challenges of implicit schemes [<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>]. This work introduced a weighted difference scheme combining delayed and conventional explicit methods which achieved a higher stability limit of 1.5 and eliminated the checkerboard instability of the delayed approach.</p>
      <p>This work is an extension of [<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>] who examined the time-space domain explicit FDM that numerically solves the wave equation by approximating its spatial and temporal derivatives but often faces stability issues. The results showed that the maximum stable CFL number depends on the peak value of the spatial FD dispersion relation. While conventional methods determine spatial FD coefficients by matching the dispersion relation within a specific wavenumber range, indicating that outside this range, the dispersion and the CFL number are uncontrolled. their work involed a 2D wave propagation but we have considered a 3D case for better generalization and also set conditions for stability and convergence for FTCS scheme as these are interconnected.</p>
      <p>It is important to clarify the terminology used in this work. The classical Forward-Time Central-Space (FTCS) scheme refers to a first-order accurate Euler forward discretization in time combined with second-order central differences in space. However, the wave equation <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∂ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mi> u </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> / </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ∂ </mml:mo><mml:msup><mml:mi> t </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mi> c </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mo> ∇ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mi> u </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> contains a second-order time derivative, which necessitates a different treatment. </p>
    </sec>
    <sec id="sec2">
      <title>2. Mathematical Formulation</title>
      <p>The wave equation in three spatial dimensions models the propagation of waves in physical systems such as acoustics, electromagnetics, and elastic media. The classical 3D wave equation is given by </p>
      <disp-formula id="FD1">
        <label>(1)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msup>
                <mml:mi>u</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>∂</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:msup>
              <mml:mi>c</mml:mi>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msup>
            <mml:msup>
              <mml:mo>∇</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msup>
            <mml:mi>u</mml:mi>
            <mml:mo>,</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> ζ </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the wave displacement, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ζ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> z </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> Ω </mml:mi><mml:mo> ⊂ </mml:mo><mml:msup><mml:mi> ℝ </mml:mi><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the spatial coordinate vector, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> ≥ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is time, and <inline-formula><mml:math><mml:mi> c </mml:mi></mml:math></inline-formula> is the constant wave speed [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>][<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>]. As discussed in [<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>]-[<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>], the Laplacian operator in three dimensions is </p>
      <disp-formula id="FD2">
        <label>(2)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msup>
              <mml:mo>∇</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msup>
            <mml:mi>u</mml:mi>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msup>
                <mml:mi>u</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>∂</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msup>
                <mml:mi>u</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>∂</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>y</mml:mi>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msup>
                <mml:mi>u</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>∂</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>z</mml:mi>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mo>.</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD3">
        <label>(3)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msup>
                <mml:mi>u</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>∂</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:msup>
              <mml:mi>c</mml:mi>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msup>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mo>∂</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:msup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>∂</mml:mo>
                    <mml:msup>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:msup>
                  </mml:mrow>
                </mml:mfrac>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mo>∂</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:msup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>∂</mml:mo>
                    <mml:msup>
                      <mml:mi>y</mml:mi>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:msup>
                  </mml:mrow>
                </mml:mfrac>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mo>∂</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:msup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>∂</mml:mo>
                    <mml:msup>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:msup>
                  </mml:mrow>
                </mml:mfrac>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>For one dimensional wave equation describing vibrations on a string given by </p>
      <disp-formula id="FD4">
        <label>(4)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msup>
                <mml:mi>u</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>∂</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:msup>
              <mml:mi>c</mml:mi>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msup>
            <mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msup>
                <mml:mi>u</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>∂</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>ξ</mml:mi>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>has a general solution consists of two traveling waves: </p>
      <disp-formula id="FD5">
        <label>(5)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mi>u</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>ξ</mml:mi>
                <mml:mo>,</mml:mo>
                <mml:mi>t</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mi>f</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>ξ</mml:mi>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mi>c</mml:mi>
                <mml:mi>t</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:mi>g</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>ξ</mml:mi>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mi>c</mml:mi>
                <mml:mi>t</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>where:</p>
      <p><inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> f </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> ξ </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> c </mml:mi><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a right-moving wave, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> g </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> ξ </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> c </mml:mi><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a left-moving wave, <inline-formula><mml:math><mml:mi> c </mml:mi></mml:math></inline-formula> is the wave propagation speed, <inline-formula><mml:math><mml:mi> f </mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mi> g </mml:mi></mml:math></inline-formula> are the functions describing displacement and velocity of a wave respectively.</p>
      <p>However, for a 3D wave function, the propagation is in all three spatial directions, therefore, the general solution is given by: </p>
      <disp-formula id="FD6">
        <label>(6)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mi>u</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mo>,</mml:mo>
                <mml:mi>y</mml:mi>
                <mml:mo>,</mml:mo>
                <mml:mi>z</mml:mi>
                <mml:mo>,</mml:mo>
                <mml:mi>t</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mi>f</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>k</mml:mi>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                </mml:msub>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>k</mml:mi>
                  <mml:mi>y</mml:mi>
                </mml:msub>
                <mml:mi>y</mml:mi>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>k</mml:mi>
                  <mml:mi>z</mml:mi>
                </mml:msub>
                <mml:mi>z</mml:mi>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mi>ω</mml:mi>
                <mml:mi>t</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>,</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>and </p>
      <disp-formula id="FD7">
        <label>(7)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mi>c</mml:mi>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mi>ω</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>|</mml:mo>
                  <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:mstyle>
                  <mml:mo>|</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mo>,</mml:mo>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>where</mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                <mml:mi>k</mml:mi>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>|</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:msqrt>
              <mml:mrow>
                <mml:msubsup>
                  <mml:mi>k</mml:mi>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msubsup>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:msubsup>
                  <mml:mi>k</mml:mi>
                  <mml:mi>y</mml:mi>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msubsup>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:msubsup>
                  <mml:mi>k</mml:mi>
                  <mml:mi>z</mml:mi>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msubsup>
              </mml:mrow>
            </mml:msqrt>
            <mml:mo>.</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>which defines the magnitude of the velocity at which the wavefronts move through space. where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> k </mml:mi><mml:mi> x </mml:mi></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> k </mml:mi><mml:mi> y </mml:mi></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> k </mml:mi><mml:mi> z </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are spatial components of the wave vector <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"><mml:mi> k </mml:mi></mml:mstyle><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> k </mml:mi><mml:mi> x </mml:mi></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> k </mml:mi><mml:mi> y </mml:mi></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> k </mml:mi><mml:mi> z </mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , which determine the direction of wave propagation in 3D space, <inline-formula><mml:math><mml:mi> ω </mml:mi></mml:math></inline-formula> is the angular frequency, which determines how fast the wave oscillates in time, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> k </mml:mi><mml:mi> x </mml:mi></mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:msub><mml:mi> k </mml:mi><mml:mi> y </mml:mi></mml:msub><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:msub><mml:mi> k </mml:mi><mml:mi> z </mml:mi></mml:msub><mml:mi> z </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> ω </mml:mi><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the wave phase, which moves with constant speed. </p>
      <sec id="sec2dot1">
        <title>2.1. Discretization Scheme</title>
        <p>The numerical method employed in this study discretizes both temporal and spatial derivatives using second-order accurate central difference approximations. Unlike the classical Forward-Time Central-Space (FTCS) scheme—which uses a first-order forward Euler approximation for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ∂ </mml:mo><mml:mi> u </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> / </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ∂ </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> —the wave equation requires approximation of the second-order time derivative <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∂ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mi> u </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> / </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ∂ </mml:mo><mml:msup><mml:mi> t </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . This is accomplished by three-level central difference: </p>
        <disp-formula id="FD8">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msup>
                            <mml:mo>∂</mml:mo>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                          <mml:mi>u</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>∂</mml:mo>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>t</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>|</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>≈</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>Δ</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:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>which is second-order accurate in time. This scheme is more precisely classified as a central-time central-space (CTCS) or leapfrog scheme. The update formula requires solution values from two previous time levels (<inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ), making it a two-step explicit method. We discretize the cubic spatial domain <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> Ω </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mi> x </mml:mi></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> b </mml:mi><mml:mi> x </mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> × </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mi> y </mml:mi></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> b </mml:mi><mml:mi> y </mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> × </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> a </mml:mi><mml:mi> z </mml:mi></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> b </mml:mi><mml:mi> z </mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> uniformly: </p>
        <disp-formula id="FD9">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mi>i</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mi>x</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi>i</mml:mi>
              <mml:mi>Δ</mml:mi>
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:msub>
                <mml:mi>y</mml:mi>
                <mml:mi>j</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mi>y</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi>j</mml:mi>
              <mml:mi>Δ</mml:mi>
              <mml:mi>y</mml:mi>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:msub>
                <mml:mi>z</mml:mi>
                <mml:mi>k</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mi>z</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi>k</mml:mi>
              <mml:mi>Δ</mml:mi>
              <mml:mi>z</mml:mi>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>for integers </p>
        <disp-formula id="FD10">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>i</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:mo>,</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>N</mml:mi>
                <mml:mi>x</mml:mi>
              </mml:msub>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD11">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>j</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:mo>,</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>N</mml:mi>
                <mml:mi>y</mml:mi>
              </mml:msub>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>and </p>
        <disp-formula id="FD12">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <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:mo>,</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>N</mml:mi>
                <mml:mi>z</mml:mi>
              </mml:msub>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where </p>
        <disp-formula id="FD13">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>Δ</mml:mi>
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>b</mml:mi>
                    <mml:mi>x</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mi>x</mml:mi>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>N</mml:mi>
                    <mml:mi>x</mml:mi>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mi>Δ</mml:mi>
              <mml:mi>y</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>b</mml:mi>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>N</mml:mi>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mi>Δ</mml:mi>
              <mml:mi>z</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>b</mml:mi>
                    <mml:mi>z</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mi>z</mml:mi>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>N</mml:mi>
                    <mml:mi>z</mml:mi>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Time is discretized as </p>
        <disp-formula id="FD14">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>n</mml:mi>
              <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
              <mml:mi>t</mml:mi>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mi>n</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:mo>,</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>N</mml:mi>
                <mml:mi>t</mml:mi>
              </mml:msub>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>with time step <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mtext> Δ </mml:mtext><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>The numerical solution approximating <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> y </mml:mi><mml:mi> j </mml:mi></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> z </mml:mi><mml:mi> k </mml:mi></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msup><mml:mi> t </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is denoted by <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> j </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> k </mml:mi></mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . </p>
        <p>We define a uniform grid over the domain: </p>
        <disp-formula id="FD15">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mi>i</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>i</mml:mi>
              <mml:mi>Δ</mml:mi>
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:msub>
                <mml:mi>y</mml:mi>
                <mml:mi>j</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>j</mml:mi>
              <mml:mi>Δ</mml:mi>
              <mml:mi>y</mml:mi>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:msub>
                <mml:mi>z</mml:mi>
                <mml:mi>k</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>k</mml:mi>
              <mml:mi>Δ</mml:mi>
              <mml:mi>z</mml:mi>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:msup>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>n</mml:mi>
              <mml:mi>Δ</mml:mi>
              <mml:mi>t</mml:mi>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>and let <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> j </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> k </mml:mi></mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi></mml:msubsup><mml:mo> ≈ </mml:mo><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> y </mml:mi><mml:mi> j </mml:mi></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> z </mml:mi><mml:mi> k </mml:mi></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msup><mml:mi> t </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . The following are the central differences in both time and space according to [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>][<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>]-[<xref ref-type="bibr" rid="B14">14</xref>]</p>
        <disp-formula id="FD16">
          <label>(8)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mo>∂</mml:mo>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <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:mrow>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msubsup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>Δ</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:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD17">
          <label>(9)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mo>∂</mml:mo>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>x</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>≈</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>x</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD18">
          <label>(10)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mo>∂</mml:mo>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>≈</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD19">
          <label>(11)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mo>∂</mml:mo>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>z</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>≈</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>z</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Substituting these into Equation (3), the explicit finite difference updated scheme is: </p>
        <disp-formula id="FD20">
          <label>(12)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msubsup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>Δ</mml:mi>
                          <mml:mi>t</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD21">
          <label>(13)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mi>c</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mi>u</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>i</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>j</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                      </mml:msubsup>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mi>u</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>i</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>j</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                      </mml:msubsup>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mi>u</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>i</mml:mi>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>j</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                      </mml:msubsup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>Δ</mml:mi>
                              <mml:mi>x</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>Δ</mml:mi>
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD22">
          <label>(14)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mi>u</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>i</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>j</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                      </mml:msubsup>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mi>u</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>i</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>j</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                      </mml:msubsup>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mi>u</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>i</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>j</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                      </mml:msubsup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>Δ</mml:mi>
                              <mml:mi>z</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD23">
          <label>(15)</label>
          <mml:math>
            <mml:mtable>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>c</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>Δ</mml:mi>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msubsup>
                            <mml:mi>u</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>i</mml:mi>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:mi>j</mml:mi>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:mi>k</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                          </mml:msubsup>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:msubsup>
                            <mml:mi>u</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>i</mml:mi>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:mi>j</mml:mi>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:mi>k</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                          </mml:msubsup>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:msubsup>
                            <mml:mi>u</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>i</mml:mi>
                              <mml:mo>−</mml:mo>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:mi>j</mml:mi>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:mi>k</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                          </mml:msubsup>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>Δ</mml:mi>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>x</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mi>u</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>i</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>j</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                      </mml:msubsup>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mi>u</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>i</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>j</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                      </mml:msubsup>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mi>u</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>i</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>j</mml:mi>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                      </mml:msubsup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>Δ</mml:mi>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>y</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msubsup>
                            <mml:mi>u</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>i</mml:mi>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:mi>j</mml:mi>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:mi>k</mml:mi>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                          </mml:msubsup>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:msubsup>
                            <mml:mi>u</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>i</mml:mi>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:mi>j</mml:mi>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:mi>k</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                          </mml:msubsup>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:msubsup>
                            <mml:mi>u</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>i</mml:mi>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:mi>j</mml:mi>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:mi>k</mml:mi>
                              <mml:mo>−</mml:mo>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                          </mml:msubsup>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>Δ</mml:mi>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>z</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>.</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>CFL condition for the stability of explicit finite difference schemes applied to the three-dimensional wave equation and uniform grid, the time step <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mtext> Δ </mml:mtext><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> must satisfy: </p>
        <disp-formula id="FD24">
          <label>(16)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mi>c</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
              <mml:msup>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>x</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>y</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>≤</mml:mo>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD25">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>c</mml:mi>
              <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
              <mml:mi>t</mml:mi>
              <mml:mo>≤</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>x</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>y</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>z</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msqrt>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mi> c </mml:mi></mml:math></inline-formula> = wave propagation speed, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mtext> Δ </mml:mtext><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> = time step size and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mtext> Δ </mml:mtext><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mtext> Δ </mml:mtext><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mtext> Δ </mml:mtext><mml:mi> z </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> = spatial grid spacing in <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> z </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> respectively. Using a uniform grid spacing </p>
        <disp-formula id="FD26">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
              <mml:mi>y</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
              <mml:mi>z</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>h</mml:mi>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>the CFL condition reduces to </p>
        <disp-formula id="FD27">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
              <mml:mi>t</mml:mi>
              <mml:mo>≤</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mi>h</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:msqrt>
                  <mml:mi>c</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Let the CFL number be: </p>
        <disp-formula id="FD28">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>λ</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>c</mml:mi>
                  <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mi>h</mml:mi>
              </mml:mfrac>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>According to [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>], the finite difference formula become: </p>
        <disp-formula id="FD29">
          <label>(17)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mo>∂</mml:mo>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <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:mrow>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msubsup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>h</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD30">
          <label>(18)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mo>∂</mml:mo>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>x</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>≈</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>h</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD31">
          <label>(19)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mo>∂</mml:mo>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>≈</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>h</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD32">
          <label>(20)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mo>∂</mml:mo>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>z</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>≈</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>h</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Substituting in (13) </p>
        <disp-formula id="FD33">
          <label>(21)</label>
          <mml:math>
            <mml:mtable>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>λ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mi>u</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>i</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>j</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                      </mml:msubsup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mi>u</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>i</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>j</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                      </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="FD34">
          <label>(22)</label>
          <mml:math>
            <mml:mtable>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>λ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mi>u</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>i</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>j</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                      </mml:msubsup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>6</mml:mn>
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mi>u</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>i</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>j</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                      </mml:msubsup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>To ensure stability, the CFL condition must be satisfied: </p>
        <disp-formula id="FD35">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>λ</mml:mi>
              <mml:mo>≤</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:msqrt>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>or</mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>equivalently</mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
              <mml:mi>t</mml:mi>
              <mml:mo>≤</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mi>h</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>c</mml:mi>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:msqrt>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
      </sec>
      <sec id="sec2dot2">
        <title>2.2. Boundary Conditions</title>
        <disp-formula id="FD36">
          <label>(23)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>{</mml:mo>
                <mml:mtable columnalign="left">
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mi>u</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>t</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>=</mml:mo>
                      <mml:mi>u</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>L</mml:mi>
                            <mml:mi>x</mml:mi>
                          </mml:msub>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>t</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>=</mml:mo>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mi>u</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>t</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>=</mml:mo>
                      <mml:mi>u</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>L</mml:mi>
                            <mml:mi>y</mml:mi>
                          </mml:msub>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>t</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>=</mml:mo>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mi>u</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>t</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>=</mml:mo>
                      <mml:mi>u</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>L</mml:mi>
                            <mml:mi>z</mml:mi>
                          </mml:msub>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>t</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>=</mml:mo>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                </mml:mtable>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD37">
          <label>(24)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>{</mml:mo>
                <mml:mtable columnalign="left">
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>u</mml:mi>
                        <mml:mi>x</mml:mi>
                      </mml:msub>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>t</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>=</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>u</mml:mi>
                        <mml:mi>x</mml:mi>
                      </mml:msub>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>L</mml:mi>
                            <mml:mi>x</mml:mi>
                          </mml:msub>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>t</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>=</mml:mo>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>u</mml:mi>
                        <mml:mi>y</mml:mi>
                      </mml:msub>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>t</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>=</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>u</mml:mi>
                        <mml:mi>y</mml:mi>
                      </mml:msub>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>L</mml:mi>
                            <mml:mi>y</mml:mi>
                          </mml:msub>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>t</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>=</mml:mo>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>u</mml:mi>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                      </mml:msub>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>t</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>=</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>u</mml:mi>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                      </mml:msub>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>L</mml:mi>
                            <mml:mi>z</mml:mi>
                          </mml:msub>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>t</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>=</mml:mo>
                      <mml:mn>0.</mml:mn>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                </mml:mtable>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Equations (23) and (24) impose both Dirichlet and Neumann conditions on identical boundaries. In the present work, this combination is employed to model a clamped boundary condition, as encountered in elastic membrane or plate problems where the boundary is rigidly fixed (zero displacement) and cannot rotate (zero slope). This scenario is physically realizable for fourth-order problems but is extended here to the second-order wave equation under the assumption of <italic>compatible initial data</italic> satisfying <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> f </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ∂ </mml:mo><mml:mi> f </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> / </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ∂ </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> on <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∂ </mml:mo><mml:mi> Ω </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . The inclusion of both conditions also facilitates testing of the numerical scheme’s robustness under mixed boundary data. </p>
      </sec>
    </sec>
    <sec id="sec3">
      <title>3. Stability and Convergence Analysis</title>
      <p>The paper now analyzes the stability of the explicit central-time central-space (leapfrog) scheme. It is worth emphasizing that the classical FTCS nomenclature can be misleading in this context. The scheme under investigation is a <italic>three-level</italic> method requiring two initial conditions (<inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ), whereas the standard FTCS scheme for parabolic problems is a two-level method. The von Neumann stability analysis presented below accounts for the quadratic characteristic equation arising from the three-level time discretization, which yields two amplification modes a feature absent in one-step FTCS methods. Consider the three-dimensional wave Equation (22) in finite difference form. Applying the von Neumann stability analysis by assuming the error solution of the form: </p>
      <disp-formula id="FD38">
        <label>(25)</label>
        <mml:math>
          <mml:mtable>
            <mml:mtr>
              <mml:mtd>
                <mml:msubsup>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>i</mml:mi>
                    <mml:mo>,</mml:mo>
                    <mml:mi>j</mml:mi>
                    <mml:mo>,</mml:mo>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                </mml:msubsup>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>G</mml:mi>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                </mml:msup>
                <mml:msup>
                  <mml:mtext>e</mml:mtext>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtext>i</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                          <mml:mi>i</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                          <mml:mi>j</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:msup>
              </mml:mtd>
            </mml:mtr>
            <mml:mtr>
              <mml:mtd>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>G</mml:mi>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                </mml:msup>
                <mml:msup>
                  <mml:mtext>e</mml:mtext>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtext>i</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mi>x</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                            <mml:mi>Δ</mml:mi>
                            <mml:mi>x</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mi>y</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>j</mml:mi>
                            <mml:mi>Δ</mml:mi>
                            <mml:mi>y</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mi>z</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mi>Δ</mml:mi>
                            <mml:mi>z</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:msup>
              </mml:mtd>
            </mml:mtr>
          </mml:mtable>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Substituting the Fourier mode into each term: </p>
      <disp-formula id="FD39">
        <label>(26)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msubsup>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>i</mml:mi>
                <mml:mo>,</mml:mo>
                <mml:mi>j</mml:mi>
                <mml:mo>,</mml:mo>
                <mml:mi>k</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:msubsup>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:msup>
              <mml:mi>G</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:msup>
            <mml:msup>
              <mml:mtext>e</mml:mtext>
              <mml:mrow>
                <mml:mtext>i</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                        <mml:mi>Δ</mml:mi>
                        <mml:mi>x</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mi>y</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:mi>j</mml:mi>
                        <mml:mi>Δ</mml:mi>
                        <mml:mi>y</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:mi>k</mml:mi>
                        <mml:mi>Δ</mml:mi>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:msup>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD40">
        <label>(27)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msubsup>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>i</mml:mi>
                <mml:mo>,</mml:mo>
                <mml:mi>j</mml:mi>
                <mml:mo>,</mml:mo>
                <mml:mi>k</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:msubsup>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:msup>
              <mml:mi>G</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:msup>
            <mml:msup>
              <mml:mtext>e</mml:mtext>
              <mml:mrow>
                <mml:mtext>i</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                        <mml:mi>Δ</mml:mi>
                        <mml:mi>x</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mi>y</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:mi>j</mml:mi>
                        <mml:mi>Δ</mml:mi>
                        <mml:mi>y</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:mi>k</mml:mi>
                        <mml:mi>Δ</mml:mi>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:msup>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD41">
        <label>(28)</label>
        <mml:math>
          <mml:mtable>
            <mml:mtr>
              <mml:mtd>
                <mml:msubsup>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>i</mml:mi>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mo>,</mml:mo>
                    <mml:mi>j</mml:mi>
                    <mml:mo>,</mml:mo>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                </mml:msubsup>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>G</mml:mi>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                </mml:msup>
                <mml:msup>
                  <mml:mtext>e</mml:mtext>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtext>i</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>[</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mi>x</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>(</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                                <mml:mo>+</mml:mo>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mo>)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi>Δ</mml:mi>
                            <mml:mi>x</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mi>y</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>j</mml:mi>
                            <mml:mi>Δ</mml:mi>
                            <mml:mi>y</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mi>z</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mi>Δ</mml:mi>
                            <mml:mi>z</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>]</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:msup>
              </mml:mtd>
            </mml:mtr>
            <mml:mtr>
              <mml:mtd>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>G</mml:mi>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                </mml:msup>
                <mml:msup>
                  <mml:mtext>e</mml:mtext>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtext>i</mml:mtext>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mi>Δ</mml:mi>
                    <mml:mi>x</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:msup>
                <mml:msup>
                  <mml:mtext>e</mml:mtext>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtext>i</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>[</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mi>x</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                            <mml:mi>Δ</mml:mi>
                            <mml:mi>x</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mi>y</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>j</mml:mi>
                            <mml:mi>Δ</mml:mi>
                            <mml:mi>y</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mi>z</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mi>Δ</mml:mi>
                            <mml:mi>z</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>]</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:msup>
              </mml:mtd>
            </mml:mtr>
          </mml:mtable>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD42">
        <label>(29)</label>
        <mml:math>
          <mml:mtable>
            <mml:mtr>
              <mml:mtd>
                <mml:msubsup>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>i</mml:mi>
                    <mml:mo>,</mml:mo>
                    <mml:mi>j</mml:mi>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mo>,</mml:mo>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                </mml:msubsup>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>G</mml:mi>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                </mml:msup>
                <mml:msup>
                  <mml:mtext>e</mml:mtext>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtext>i</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>[</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mi>x</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                            <mml:mi>Δ</mml:mi>
                            <mml:mi>x</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mi>y</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>(</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>j</mml:mi>
                                <mml:mo>+</mml:mo>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mo>)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi>Δ</mml:mi>
                            <mml:mi>y</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mi>z</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mi>Δ</mml:mi>
                            <mml:mi>z</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>]</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:msup>
              </mml:mtd>
            </mml:mtr>
            <mml:mtr>
              <mml:mtd>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>G</mml:mi>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                </mml:msup>
                <mml:msup>
                  <mml:mtext>e</mml:mtext>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtext>i</mml:mtext>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mi>y</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mi>Δ</mml:mi>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:msup>
                <mml:msup>
                  <mml:mtext>e</mml:mtext>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtext>i</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>[</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mi>x</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                            <mml:mi>Δ</mml:mi>
                            <mml:mi>x</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mi>y</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>j</mml:mi>
                            <mml:mi>Δ</mml:mi>
                            <mml:mi>y</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mi>z</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mi>Δ</mml:mi>
                            <mml:mi>z</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>]</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:msup>
              </mml:mtd>
            </mml:mtr>
          </mml:mtable>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD43">
        <label>(30)</label>
        <mml:math>
          <mml:mtable>
            <mml:mtr>
              <mml:mtd>
                <mml:msubsup>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>i</mml:mi>
                    <mml:mo>,</mml:mo>
                    <mml:mi>j</mml:mi>
                    <mml:mo>,</mml:mo>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                </mml:msubsup>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>G</mml:mi>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                </mml:msup>
                <mml:msup>
                  <mml:mtext>e</mml:mtext>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtext>i</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>[</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mi>x</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                            <mml:mi>Δ</mml:mi>
                            <mml:mi>x</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mi>y</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>j</mml:mi>
                            <mml:mi>Δ</mml:mi>
                            <mml:mi>y</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mi>z</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>(</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>k</mml:mi>
                                <mml:mo>+</mml:mo>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mo>)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi>Δ</mml:mi>
                            <mml:mi>z</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>]</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:msup>
              </mml:mtd>
            </mml:mtr>
            <mml:mtr>
              <mml:mtd>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>G</mml:mi>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                </mml:msup>
                <mml:msup>
                  <mml:mtext>e</mml:mtext>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtext>i</mml:mtext>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mi>Δ</mml:mi>
                    <mml:mi>z</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:msup>
                <mml:msup>
                  <mml:mtext>e</mml:mtext>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtext>i</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>[</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mi>x</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                            <mml:mi>Δ</mml:mi>
                            <mml:mi>x</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mi>y</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>j</mml:mi>
                            <mml:mi>Δ</mml:mi>
                            <mml:mi>y</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mi>z</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mi>Δ</mml:mi>
                            <mml:mi>z</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>]</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:msup>
              </mml:mtd>
            </mml:mtr>
          </mml:mtable>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD44">
        <label>(31)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msubsup>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>i</mml:mi>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mo>,</mml:mo>
                <mml:mi>j</mml:mi>
                <mml:mo>,</mml:mo>
                <mml:mi>k</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mi>n</mml:mi>
            </mml:msubsup>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:msup>
              <mml:mi>G</mml:mi>
              <mml:mi>n</mml:mi>
            </mml:msup>
            <mml:msup>
              <mml:mtext>e</mml:mtext>
              <mml:mrow>
                <mml:mtext>i</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mi>Δ</mml:mi>
                        <mml:mi>x</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mi>y</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:mi>j</mml:mi>
                        <mml:mi>Δ</mml:mi>
                        <mml:mi>y</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:mi>k</mml:mi>
                        <mml:mi>Δ</mml:mi>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:msup>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD45">
        <label>(32)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:msup>
              <mml:mi>G</mml:mi>
              <mml:mi>n</mml:mi>
            </mml:msup>
            <mml:msup>
              <mml:mtext>e</mml:mtext>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mtext>i</mml:mtext>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>k</mml:mi>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                </mml:msub>
                <mml:mi>Δ</mml:mi>
                <mml:mi>x</mml:mi>
              </mml:mrow>
            </mml:msup>
            <mml:msup>
              <mml:mtext>e</mml:mtext>
              <mml:mrow>
                <mml:mtext>i</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>Δ</mml:mi>
                    <mml:mi>x</mml:mi>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mi>y</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:mi>j</mml:mi>
                        <mml:mi>Δ</mml:mi>
                        <mml:mi>y</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:mi>k</mml:mi>
                        <mml:mi>Δ</mml:mi>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:msup>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD46">
        <label>(33)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msubsup>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>i</mml:mi>
                <mml:mo>,</mml:mo>
                <mml:mi>j</mml:mi>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mo>,</mml:mo>
                <mml:mi>k</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mi>n</mml:mi>
            </mml:msubsup>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:msup>
              <mml:mi>G</mml:mi>
              <mml:mi>n</mml:mi>
            </mml:msup>
            <mml:msup>
              <mml:mtext>e</mml:mtext>
              <mml:mrow>
                <mml:mtext>i</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                        <mml:mi>Δ</mml:mi>
                        <mml:mi>x</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mi>y</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>j</mml:mi>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mi>Δ</mml:mi>
                        <mml:mi>y</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:mi>k</mml:mi>
                        <mml:mi>Δ</mml:mi>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:msup>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD47">
        <label>(34)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:msup>
              <mml:mi>G</mml:mi>
              <mml:mi>n</mml:mi>
            </mml:msup>
            <mml:msup>
              <mml:mtext>e</mml:mtext>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mtext>i</mml:mtext>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>k</mml:mi>
                  <mml:mi>y</mml:mi>
                </mml:msub>
                <mml:mi>Δ</mml:mi>
                <mml:mi>y</mml:mi>
              </mml:mrow>
            </mml:msup>
            <mml:msup>
              <mml:mtext>e</mml:mtext>
              <mml:mrow>
                <mml:mtext>i</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mi>x</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mi>Δ</mml:mi>
                        <mml:mi>x</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mi>y</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:mi>j</mml:mi>
                        <mml:mi>Δ</mml:mi>
                        <mml:mi>y</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:mi>k</mml:mi>
                        <mml:mi>Δ</mml:mi>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:msup>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD48">
        <label>(35)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msubsup>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>i</mml:mi>
                <mml:mo>,</mml:mo>
                <mml:mi>j</mml:mi>
                <mml:mo>,</mml:mo>
                <mml:mi>k</mml:mi>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:mrow>
              <mml:mi>n</mml:mi>
            </mml:msubsup>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:msup>
              <mml:mi>G</mml:mi>
              <mml:mi>n</mml:mi>
            </mml:msup>
            <mml:msup>
              <mml:mtext>e</mml:mtext>
              <mml:mrow>
                <mml:mtext>i</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                        <mml:mi>Δ</mml:mi>
                        <mml:mi>x</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mi>y</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:mi>j</mml:mi>
                        <mml:mi>Δ</mml:mi>
                        <mml:mi>y</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mi>Δ</mml:mi>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:msup>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD49">
        <label>(36)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:msup>
              <mml:mi>G</mml:mi>
              <mml:mi>n</mml:mi>
            </mml:msup>
            <mml:msup>
              <mml:mtext>e</mml:mtext>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mtext>i</mml:mtext>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>k</mml:mi>
                  <mml:mi>z</mml:mi>
                </mml:msub>
                <mml:mi>Δ</mml:mi>
                <mml:mi>z</mml:mi>
              </mml:mrow>
            </mml:msup>
            <mml:msup>
              <mml:mtext>e</mml:mtext>
              <mml:mrow>
                <mml:mtext>i</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mi>x</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mi>Δ</mml:mi>
                        <mml:mi>x</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mi>y</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:mi>j</mml:mi>
                        <mml:mi>Δ</mml:mi>
                        <mml:mi>y</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:mi>k</mml:mi>
                        <mml:mi>Δ</mml:mi>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:msup>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mtext> i </mml:mtext><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mi> G </mml:mi></mml:math></inline-formula> is the amplification factor and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> k </mml:mi><mml:mi> x </mml:mi></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> k </mml:mi><mml:mi> y </mml:mi></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> k </mml:mi><mml:mi> z </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are wave numbers in each spatial direction.</p>
      <p>Substituting into the scheme (21) leads to the relation </p>
      <disp-formula id="FD50">
        <label>(37)</label>
        <mml:math>
          <mml:mtable columnalign="left">
            <mml:mtr>
              <mml:mtd>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>G</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                </mml:msup>
                <mml:msup>
                  <mml:mtext>e</mml:mtext>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtext>i</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mi>x</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                            <mml:mi>Δ</mml:mi>
                            <mml:mi>x</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mi>y</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>j</mml:mi>
                            <mml:mi>Δ</mml:mi>
                            <mml:mi>y</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mi>z</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mi>Δ</mml:mi>
                            <mml:mi>z</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:msup>
              </mml:mtd>
            </mml:mtr>
            <mml:mtr>
              <mml:mtd>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mn>2</mml:mn>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>G</mml:mi>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                </mml:msup>
                <mml:msup>
                  <mml:mtext>e</mml:mtext>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtext>i</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mi>x</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                            <mml:mi>Δ</mml:mi>
                            <mml:mi>x</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mi>y</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>j</mml:mi>
                            <mml:mi>Δ</mml:mi>
                            <mml:mi>y</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mi>z</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mi>Δ</mml:mi>
                            <mml:mi>z</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:msup>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>G</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                </mml:msup>
                <mml:msup>
                  <mml:mtext>e</mml:mtext>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtext>i</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mi>x</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                            <mml:mi>Δ</mml:mi>
                            <mml:mi>x</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mi>y</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>j</mml:mi>
                            <mml:mi>Δ</mml:mi>
                            <mml:mi>y</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mi>z</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mi>Δ</mml:mi>
                            <mml:mi>z</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:msup>
              </mml:mtd>
            </mml:mtr>
            <mml:mtr>
              <mml:mtd>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>λ</mml:mi>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mi>G</mml:mi>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                    </mml:msup>
                    <mml:msup>
                      <mml:mtext>e</mml:mtext>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mtext>i</mml:mtext>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mi>Δ</mml:mi>
                        <mml:mi>x</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msup>
                    <mml:msup>
                      <mml:mtext>e</mml:mtext>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mtext>i</mml:mtext>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>k</mml:mi>
                              <mml:mi>x</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>(</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>a</mml:mi>
                                  <mml:mi>x</mml:mi>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo>+</mml:mo>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                                <mml:mi>Δ</mml:mi>
                                <mml:mi>x</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mo>)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>k</mml:mi>
                              <mml:mi>y</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>(</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>a</mml:mi>
                                  <mml:mi>y</mml:mi>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo>+</mml:mo>
                                <mml:mi>j</mml:mi>
                                <mml:mi>Δ</mml:mi>
                                <mml:mi>y</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mo>)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>k</mml:mi>
                              <mml:mi>z</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>(</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>a</mml:mi>
                                  <mml:mi>z</mml:mi>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo>+</mml:mo>
                                <mml:mi>k</mml:mi>
                                <mml:mi>Δ</mml:mi>
                                <mml:mi>z</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mo>)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msup>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>G</mml:mi>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                </mml:msup>
                <mml:msup>
                  <mml:mtext>e</mml:mtext>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mtext>i</mml:mtext>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mi>Δ</mml:mi>
                    <mml:mi>x</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:msup>
                <mml:msup>
                  <mml:mtext>e</mml:mtext>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtext>i</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mi>x</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                            <mml:mi>Δ</mml:mi>
                            <mml:mi>x</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mi>y</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>j</mml:mi>
                            <mml:mi>Δ</mml:mi>
                            <mml:mi>y</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mi>z</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mi>Δ</mml:mi>
                            <mml:mi>z</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:msup>
              </mml:mtd>
            </mml:mtr>
            <mml:mtr>
              <mml:mtd>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>G</mml:mi>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                </mml:msup>
                <mml:msup>
                  <mml:mtext>e</mml:mtext>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtext>i</mml:mtext>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mi>y</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mi>Δ</mml:mi>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:msup>
                <mml:msup>
                  <mml:mtext>e</mml:mtext>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtext>i</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mi>x</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                            <mml:mi>Δ</mml:mi>
                            <mml:mi>x</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mi>y</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>j</mml:mi>
                            <mml:mi>Δ</mml:mi>
                            <mml:mi>y</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mi>z</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mi>Δ</mml:mi>
                            <mml:mi>z</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:msup>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>G</mml:mi>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                </mml:msup>
                <mml:msup>
                  <mml:mtext>e</mml:mtext>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mtext>i</mml:mtext>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mi>y</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mi>Δ</mml:mi>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:msup>
                <mml:msup>
                  <mml:mtext>e</mml:mtext>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtext>i</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mi>x</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                            <mml:mi>Δ</mml:mi>
                            <mml:mi>x</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mi>y</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>j</mml:mi>
                            <mml:mi>Δ</mml:mi>
                            <mml:mi>y</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mi>z</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mi>Δ</mml:mi>
                            <mml:mi>z</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:msup>
              </mml:mtd>
            </mml:mtr>
            <mml:mtr>
              <mml:mtd>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>G</mml:mi>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                </mml:msup>
                <mml:msup>
                  <mml:mtext>e</mml:mtext>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtext>i</mml:mtext>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mi>Δ</mml:mi>
                    <mml:mi>z</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:msup>
                <mml:msup>
                  <mml:mtext>e</mml:mtext>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtext>i</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mi>x</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                            <mml:mi>Δ</mml:mi>
                            <mml:mi>x</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mi>y</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>j</mml:mi>
                            <mml:mi>Δ</mml:mi>
                            <mml:mi>y</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mi>z</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mi>Δ</mml:mi>
                            <mml:mi>z</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:msup>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>G</mml:mi>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                </mml:msup>
                <mml:msup>
                  <mml:mtext>e</mml:mtext>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mtext>i</mml:mtext>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mi>Δ</mml:mi>
                    <mml:mi>z</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:msup>
                <mml:msup>
                  <mml:mtext>e</mml:mtext>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtext>i</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mi>x</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                            <mml:mi>Δ</mml:mi>
                            <mml:mi>x</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mi>y</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>j</mml:mi>
                            <mml:mi>Δ</mml:mi>
                            <mml:mi>y</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mi>z</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mi>Δ</mml:mi>
                            <mml:mi>z</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:msup>
              </mml:mtd>
            </mml:mtr>
            <mml:mtr>
              <mml:mtd>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>6</mml:mn>
                    <mml:msup>
                      <mml:mi>G</mml:mi>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                    </mml:msup>
                    <mml:msup>
                      <mml:mtext>e</mml:mtext>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mtext>i</mml:mtext>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>k</mml:mi>
                              <mml:mi>x</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>(</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>a</mml:mi>
                                  <mml:mi>x</mml:mi>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo>+</mml:mo>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                                <mml:mi>Δ</mml:mi>
                                <mml:mi>x</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mo>)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>k</mml:mi>
                              <mml:mi>y</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>(</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>a</mml:mi>
                                  <mml:mi>y</mml:mi>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo>+</mml:mo>
                                <mml:mi>j</mml:mi>
                                <mml:mi>Δ</mml:mi>
                                <mml:mi>y</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mo>)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>k</mml:mi>
                              <mml:mi>z</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>(</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:msub>
                                  <mml:mi>a</mml:mi>
                                  <mml:mi>z</mml:mi>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo>+</mml:mo>
                                <mml:mi>k</mml:mi>
                                <mml:mi>Δ</mml:mi>
                                <mml:mi>z</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mo>)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msup>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mtd>
            </mml:mtr>
          </mml:mtable>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Factor out the common term </p>
      <disp-formula id="FD51">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msup>
              <mml:mtext>e</mml:mtext>
              <mml:mrow>
                <mml:mtext>i</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                        <mml:mi>Δ</mml:mi>
                        <mml:mi>x</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mi>y</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:mi>j</mml:mi>
                        <mml:mi>Δ</mml:mi>
                        <mml:mi>y</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:mi>k</mml:mi>
                        <mml:mi>Δ</mml:mi>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:msup>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>from both sides of Equation (37) to get </p>
      <disp-formula id="FD52">
        <label>(38)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msup>
              <mml:mi>G</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:msup>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mn>2</mml:mn>
            <mml:msup>
              <mml:mi>G</mml:mi>
              <mml:mi>n</mml:mi>
            </mml:msup>
            <mml:mo>−</mml:mo>
            <mml:msup>
              <mml:mi>G</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:msup>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:msup>
              <mml:mi>λ</mml:mi>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msup>
            <mml:msup>
              <mml:mi>G</mml:mi>
              <mml:mi>n</mml:mi>
            </mml:msup>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mtext>e</mml:mtext>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtext>i</mml:mtext>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mi>Δ</mml:mi>
                    <mml:mi>x</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:msup>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mtext>e</mml:mtext>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mtext>i</mml:mtext>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mi>Δ</mml:mi>
                    <mml:mi>x</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:msup>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mtext>e</mml:mtext>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtext>i</mml:mtext>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mi>y</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mi>Δ</mml:mi>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:msup>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mtext>e</mml:mtext>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mtext>i</mml:mtext>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mi>y</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mi>Δ</mml:mi>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:msup>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mtext>e</mml:mtext>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtext>i</mml:mtext>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mi>Δ</mml:mi>
                    <mml:mi>z</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:msup>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mtext>e</mml:mtext>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mtext>i</mml:mtext>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mi>Δ</mml:mi>
                    <mml:mi>z</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:msup>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mn>6</mml:mn>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Applying the Euler’s identity </p>
      <disp-formula id="FD53">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msup>
              <mml:mtext>e</mml:mtext>
              <mml:mrow>
                <mml:mtext>i</mml:mtext>
                <mml:mi>ϕ</mml:mi>
              </mml:mrow>
            </mml:msup>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:msup>
              <mml:mtext>e</mml:mtext>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mtext>i</mml:mtext>
                <mml:mi>ϕ</mml:mi>
              </mml:mrow>
            </mml:msup>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mn>2</mml:mn>
            <mml:mi>cos</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mi>ϕ</mml:mi>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>,</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Equation (38) becomes </p>
      <disp-formula id="FD54">
        <label>(39)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msup>
              <mml:mi>G</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:msup>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mn>2</mml:mn>
            <mml:msup>
              <mml:mi>G</mml:mi>
              <mml:mi>n</mml:mi>
            </mml:msup>
            <mml:mo>−</mml:mo>
            <mml:msup>
              <mml:mi>G</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:msup>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:mn>2</mml:mn>
            <mml:msup>
              <mml:mi>λ</mml:mi>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msup>
            <mml:msup>
              <mml:mi>G</mml:mi>
              <mml:mi>n</mml:mi>
            </mml:msup>
            <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>k</mml:mi>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
                    <mml:mi>x</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mtext>cos</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mi>y</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mtext>cos</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
                    <mml:mi>z</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mn>3</mml:mn>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Using a uniform grid spacing </p>
      <disp-formula id="FD55">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
            <mml:mi>x</mml:mi>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
            <mml:mi>y</mml:mi>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
            <mml:mi>z</mml:mi>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mi>h</mml:mi>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Equation (39) becomes </p>
      <disp-formula id="FD56">
        <label>(40)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msup>
              <mml:mi>G</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:msup>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mn>2</mml:mn>
            <mml:msup>
              <mml:mi>G</mml:mi>
              <mml:mi>n</mml:mi>
            </mml:msup>
            <mml:mo>−</mml:mo>
            <mml:msup>
              <mml:mi>G</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:msup>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:mn>2</mml:mn>
            <mml:msup>
              <mml:mi>λ</mml:mi>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msup>
            <mml:msup>
              <mml:mi>G</mml:mi>
              <mml:mi>n</mml:mi>
            </mml:msup>
            <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>k</mml:mi>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mi>h</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mtext>cos</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mi>y</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mi>h</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mtext>cos</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mi>h</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mn>3</mml:mn>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Suppose a parameter </p>
      <disp-formula id="FD57">
        <label>(41)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mi>μ</mml:mi>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mn>2</mml:mn>
            <mml:msup>
              <mml:mi>λ</mml:mi>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msup>
            <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>k</mml:mi>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mi>h</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mtext>cos</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mi>y</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mi>h</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mtext>cos</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mi>h</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mn>3</mml:mn>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Then Equation (40) becomes </p>
      <disp-formula id="FD58">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msup>
              <mml:mi>G</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:msup>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mn>2</mml:mn>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mi>μ</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:msup>
              <mml:mi>G</mml:mi>
              <mml:mi>n</mml:mi>
            </mml:msup>
            <mml:mo>−</mml:mo>
            <mml:msup>
              <mml:mi>G</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:msup>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Assume a solution of the form <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> G </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mi> ξ </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Substituting gives:</p>
      <disp-formula id="FD59">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msup>
              <mml:mi>ξ</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:msup>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mn>2</mml:mn>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mi>μ</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:msup>
              <mml:mi>ξ</mml:mi>
              <mml:mi>n</mml:mi>
            </mml:msup>
            <mml:mo>−</mml:mo>
            <mml:msup>
              <mml:mi>ξ</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>n</mml:mi>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:msup>
            <mml:mo>⇒</mml:mo>
            <mml:msup>
              <mml:mi>ξ</mml:mi>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msup>
            <mml:mo>−</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mn>2</mml:mn>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mi>μ</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mi>ξ</mml:mi>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:mn>1</mml:mn>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mn>0</mml:mn>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>This characteristic equation has solutions: </p>
      <disp-formula id="FD60">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mi>ξ</mml:mi>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:mi>μ</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>±</mml:mo>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>μ</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:msup>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mn>4</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:mfrac>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>For the numerical scheme to be stable, the amplification factor must satisfy:</p>
      <disp-formula id="FD61">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mi>ξ</mml:mi>
              <mml:mo>|</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>≤</mml:mo>
            <mml:mn>1</mml:mn>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mo>⇒</mml:mo>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:msup>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:mi>μ</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msup>
            <mml:mo>−</mml:mo>
            <mml:mn>4</mml:mn>
            <mml:mo>≤</mml:mo>
            <mml:mn>0</mml:mn>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mo>⇒</mml:mo>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mo>−</mml:mo>
            <mml:mn>4</mml:mn>
            <mml:mo>≤</mml:mo>
            <mml:mi>μ</mml:mi>
            <mml:mo>≤</mml:mo>
            <mml:mn>0</mml:mn>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Substituting the expression for <inline-formula><mml:math><mml:mi> μ </mml:mi></mml:math></inline-formula> : </p>
      <disp-formula id="FD62">
        <label>(42)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mo>−</mml:mo>
            <mml:mn>4</mml:mn>
            <mml:mo>≤</mml:mo>
            <mml:mn>2</mml:mn>
            <mml:msup>
              <mml:mi>λ</mml:mi>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msup>
            <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>k</mml:mi>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mi>h</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mtext>cos</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mi>y</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mi>h</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mtext>cos</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                    </mml:msub>
                    <mml:mi>h</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mn>3</mml:mn>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>≤</mml:mo>
            <mml:mn>0</mml:mn>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD63">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mtext>cos</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mi>m</mml:mi>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>≤</mml:mo>
            <mml:mn>1</mml:mn>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD64">
        <label>(43)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msup>
              <mml:mi>λ</mml:mi>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msup>
            <mml:mo>≤</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mn>3</mml:mn>
            </mml:mfrac>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mo>⇒</mml:mo>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mi>λ</mml:mi>
            <mml:mo>≤</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mn>3</mml:mn>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>or</mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mi>λ</mml:mi>
            <mml:mo>≥</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mn>3</mml:mn>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>or equivalently: </p>
      <disp-formula id="FD65">
        <label>(44)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mi>λ</mml:mi>
              <mml:mo>|</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>≤</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mn>3</mml:mn>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mo>⇒</mml:mo>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
            <mml:mi>t</mml:mi>
            <mml:mo>≤</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mi>h</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>c</mml:mi>
                <mml:msqrt>
                  <mml:mn>3</mml:mn>
                </mml:msqrt>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>|</mml:mo>
              <mml:mi>ξ</mml:mi>
              <mml:mo>|</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>≤</mml:mo>
            <mml:mn>1</mml:mn>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>The stability of the three-dimensional FTCS scheme is governed by the (CFL) condition (44). This fundamental stability criterion prevents numerical instabilities that could lead to oscillatory solutions or divergence in the computational results.</p>
      <p>The operator family <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> C </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mtext> Δ </mml:mtext><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is said to be a convergent approximation to the true solution operator <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> E </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> if, for any initial value <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> z </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> ℬ </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , and for any sequence of time steps <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext> Δ </mml:mtext><mml:mi> j </mml:mi></mml:msub><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and integers <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> n </mml:mi><mml:mi> j </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> satisfying: </p>
      <disp-formula id="FD66">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
              <mml:mi>j</mml:mi>
            </mml:msub>
            <mml:mi>t</mml:mi>
            <mml:mo>→</mml:mo>
            <mml:mn>0</mml:mn>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>and</mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:msub>
              <mml:mi>n</mml:mi>
              <mml:mi>j</mml:mi>
            </mml:msub>
            <mml:msub>
              <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
              <mml:mi>j</mml:mi>
            </mml:msub>
            <mml:mi>t</mml:mi>
            <mml:mo>→</mml:mo>
            <mml:mi>t</mml:mi>
            <mml:mo>∈</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>[</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mn>0</mml:mn>
                <mml:mo>,</mml:mo>
                <mml:mi>T</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>]</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>,</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>then the iterated approximation converges to the true solution: </p>
      <disp-formula id="FD67">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>‖</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>C</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
                              <mml:mi>j</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mi>t</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:msup>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:msub>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>x</mml:mi>
                    <mml:mo>,</mml:mo>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mo>,</mml:mo>
                    <mml:mi>z</mml:mi>
                    <mml:mo>,</mml:mo>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mi>E</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:msub>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>x</mml:mi>
                    <mml:mo>,</mml:mo>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                    <mml:mo>,</mml:mo>
                    <mml:mi>z</mml:mi>
                    <mml:mo>,</mml:mo>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>‖</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>→</mml:mo>
            <mml:mn>0</mml:mn>
            <mml:mo>,</mml:mo>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>for</mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>all</mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mi>t</mml:mi>
            <mml:mo>∈</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>[</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mn>0</mml:mn>
                <mml:mo>,</mml:mo>
                <mml:mi>T</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>]</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>.</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> E </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the exact evolution operator, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> z </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi> ℬ </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the initial condition, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> C </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mtext> Δ </mml:mtext><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a numerical approximation of the evolution over a time step <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mtext> Δ </mml:mtext><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and </p>
      <disp-formula id="FD68">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msubsup>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>i</mml:mi>
                <mml:mo>,</mml:mo>
                <mml:mi>j</mml:mi>
                <mml:mo>,</mml:mo>
                <mml:mi>k</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mi>n</mml:mi>
            </mml:msubsup>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mo>,</mml:mo>
                <mml:mi>y</mml:mi>
                <mml:mo>,</mml:mo>
                <mml:mi>z</mml:mi>
                <mml:mo>,</mml:mo>
                <mml:mi>t</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mi>C</mml:mi>
            <mml:msup>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mi>n</mml:mi>
            </mml:msup>
            <mml:msub>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mo>,</mml:mo>
                <mml:mi>y</mml:mi>
                <mml:mo>,</mml:mo>
                <mml:mi>z</mml:mi>
                <mml:mo>,</mml:mo>
                <mml:mi>t</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>.</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>after iterating the approximate operator <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> C </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mtext> Δ </mml:mtext><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula><inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> times which gives the numerical approximation at time <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi><mml:mtext> Δ </mml:mtext><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . The hope is that as <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mtext> Δ </mml:mtext><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> → </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , this approximation converges to the true solution.</p>
      <p>A numerical scheme such as FTCS is said to be stable if, under successive refinements of the time step <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext> Δ </mml:mtext><mml:mi> j </mml:mi></mml:msub><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> → </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , the computed solution remains bounded over the time interval of interest.</p>
      <p>For such a scheme, the operators used during the computation are drawn from the set </p>
      <disp-formula id="FD69">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>{</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>C</mml:mi>
                <mml:msup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
                          <mml:mi>j</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mi>t</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>}</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>,</mml:mo>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mi>j</mml:mi>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mn>1</mml:mn>
            <mml:mo>,</mml:mo>
            <mml:mn>2</mml:mn>
            <mml:mo>,</mml:mo>
            <mml:mn>3</mml:mn>
            <mml:mo>,</mml:mo>
            <mml:mo>⋯</mml:mo>
            <mml:mo>,</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> satisfies <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mi> n </mml:mi><mml:msub><mml:mtext> Δ </mml:mtext><mml:mi> j </mml:mi></mml:msub><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> &lt; </mml:mo><mml:mi> T </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . These operators act on the initial condition <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> to produce approximations at discrete time levels.</p>
      <p>Stability refers to the property that no component of the initial data is allowed to grow without bound due to the numerical procedure.</p>
      <p>The approximation <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> C </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mtext> Δ </mml:mtext><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is said to be stable if the set of operators <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> C </mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mtext> Δ </mml:mtext><mml:mi> j </mml:mi></mml:msub><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is uniformly bounded. This means there exists a constant <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> K </mml:mi><mml:mo> &gt; </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> such that </p>
      <disp-formula id="FD70">
        <mml:math display="inline">
          <mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>‖</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>C</mml:mi>
                <mml:msup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
                          <mml:mi>j</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mi>t</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>‖</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>≤</mml:mo>
            <mml:mi>K</mml:mi>
            <mml:mo>,</mml:mo>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>for</mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>all</mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mi>j</mml:mi>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>and</mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>all</mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mi>n</mml:mi>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>such</mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>that</mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mn>0</mml:mn>
            <mml:mo>≤</mml:mo>
            <mml:mi>n</mml:mi>
            <mml:msub>
              <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
              <mml:mi>j</mml:mi>
            </mml:msub>
            <mml:mi>t</mml:mi>
            <mml:mo>&lt;</mml:mo>
            <mml:mi>T</mml:mi>
            <mml:mo>.</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>The operator norm <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ‖ </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> C </mml:mi><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mtext> Δ </mml:mtext><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mo> ‖ </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> depends continuously on <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mtext> Δ </mml:mtext><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for very small values. Therefore, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> C </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mtext> Δ </mml:mtext><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is stable if there exists <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> τ </mml:mi><mml:mo> &gt; </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> such that for all <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> &lt; </mml:mo><mml:mtext> Δ </mml:mtext><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mi> τ </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and all <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mtext> Δ </mml:mtext><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mi> T </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , the operators </p>
      <disp-formula id="FD71">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>{</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>C</mml:mi>
                <mml:msup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
                        <mml:mi>t</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>}</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>remain uniformly bounded. Specifically, there exists a constant <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> K </mml:mi><mml:mo> &gt; </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> such that </p>
      <disp-formula id="FD72">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>‖</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>C</mml:mi>
                <mml:msup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
                        <mml:mi>t</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>‖</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>≤</mml:mo>
            <mml:mi>K</mml:mi>
            <mml:mo>,</mml:mo>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>for</mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>all</mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
            <mml:mi>t</mml:mi>
            <mml:mo>∈</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mn>0</mml:mn>
                <mml:mo>,</mml:mo>
                <mml:mi>τ</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>]</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>and</mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>all</mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mi>n</mml:mi>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>with</mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mi>n</mml:mi>
            <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
            <mml:mi>t</mml:mi>
            <mml:mo>≤</mml:mo>
            <mml:mi>T</mml:mi>
            <mml:mo>.</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p><bold>Theorem 1.</bold> Lax Equivalence: For a uniformly solvable linear finite difference scheme that approximates a well-posed linear evolution problem, stability constitutes both a necessary and sufficient condition for convergence, provided the scheme is consistent </p>
      <p><italic>Proof</italic><italic>.</italic> Proof of Sufficiency of the Lax Equivalence Theorem Let <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> z </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mi mathvariant="double-struck"> M </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> be a sufficiently smooth solution of the 3D wave equation in finite differences, then, </p>
      <disp-formula id="FD73">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>P</mml:mi>
              <mml:mn>1</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>U</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>m</mml:mi>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                </mml:msup>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>m</mml:mi>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>P</mml:mi>
              <mml:mn>0</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>U</mml:mi>
                  <mml:mi>m</mml:mi>
                </mml:msup>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                  <mml:mi>m</mml:mi>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>−</mml:mo>
            <mml:msup>
              <mml:mi>T</mml:mi>
              <mml:mi>m</mml:mi>
            </mml:msup>
            <mml:mo>,</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD74">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msup>
              <mml:mi>U</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>m</mml:mi>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:msup>
            <mml:mo>−</mml:mo>
            <mml:msup>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>m</mml:mi>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:msup>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msubsup>
                  <mml:mi>P</mml:mi>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                </mml:msubsup>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>P</mml:mi>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>U</mml:mi>
                  <mml:mi>m</mml:mi>
                </mml:msup>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                  <mml:mi>m</mml:mi>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>−</mml:mo>
            <mml:msubsup>
              <mml:mi>P</mml:mi>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:msubsup>
            <mml:msup>
              <mml:mi>T</mml:mi>
              <mml:mi>m</mml:mi>
            </mml:msup>
            <mml:mo>.</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>by truncation error where <inline-formula><mml:math><mml:mi mathvariant="double-struck"> M </mml:mi></mml:math></inline-formula> is a Banach space, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are difference operators which are not functions of on <inline-formula><mml:math><mml:mi> m </mml:mi></mml:math></inline-formula> and </p>
      <disp-formula id="FD75">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msup>
              <mml:mi>T</mml:mi>
              <mml:mi>m</mml:mi>
            </mml:msup>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>P</mml:mi>
              <mml:mn>1</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:msup>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>m</mml:mi>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:msup>
            <mml:mo>−</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>[</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>P</mml:mi>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:msub>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                  <mml:mi>m</mml:mi>
                </mml:msup>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>F</mml:mi>
                  <mml:mi>m</mml:mi>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>]</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>,</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>is the truncation error of the finite difference scheme. Recursively, and by assuming <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> U </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , obtaining </p>
      <disp-formula id="FD76">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msup>
              <mml:mi>U</mml:mi>
              <mml:mi>m</mml:mi>
            </mml:msup>
            <mml:mo>−</mml:mo>
            <mml:msup>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mi>m</mml:mi>
            </mml:msup>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mo>−</mml:mo>
            <mml:munderover>
              <mml:mstyle mathsize="140%" displaystyle="true">
                <mml:mo>∑</mml:mo>
              </mml:mstyle>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>l</mml:mi>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>m</mml:mi>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:munderover>
            <mml:msup>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msubsup>
                      <mml:mi>P</mml:mi>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msubsup>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>P</mml:mi>
                      <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mi>l</mml:mi>
            </mml:msup>
            <mml:msubsup>
              <mml:mi>P</mml:mi>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:msubsup>
            <mml:msup>
              <mml:mi>T</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>m</mml:mi>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mi>l</mml:mi>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:msup>
            <mml:mo>.</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Therefore, by the uniform solvability </p>
      <disp-formula id="FD77">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>‖</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msubsup>
                  <mml:mi>P</mml:mi>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                </mml:msubsup>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>‖</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>≤</mml:mo>
            <mml:mi>K</mml:mi>
            <mml:mi>τ</mml:mi>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>and the stability </p>
      <disp-formula id="FD78">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>‖</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msubsup>
                          <mml:mi>P</mml:mi>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msubsup>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>P</mml:mi>
                          <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>l</mml:mi>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>‖</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>≤</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>K</mml:mi>
              <mml:mn>1</mml:mn>
            </mml:msub>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>this gives </p>
      <disp-formula id="FD79">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>‖</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>U</mml:mi>
                  <mml:mi>m</mml:mi>
                </mml:msup>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                  <mml:mi>m</mml:mi>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>‖</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>≤</mml:mo>
            <mml:mi>K</mml:mi>
            <mml:msub>
              <mml:mi>K</mml:mi>
              <mml:mn>1</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mi>τ</mml:mi>
            <mml:munderover>
              <mml:mstyle mathsize="140%" displaystyle="true">
                <mml:mo>∑</mml:mo>
              </mml:mstyle>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>l</mml:mi>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>m</mml:mi>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:munderover>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>‖</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>T</mml:mi>
                  <mml:mi>l</mml:mi>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>‖</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>,</mml:mo>
            <mml:mo>∀</mml:mo>
            <mml:mi>m</mml:mi>
            <mml:mo>&gt;</mml:mo>
            <mml:mn>0</mml:mn>
            <mml:mo>,</mml:mo>
            <mml:mi>K</mml:mi>
            <mml:mo>&gt;</mml:mo>
            <mml:mn>0</mml:mn>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Assuming consistency, then </p>
      <disp-formula id="FD80">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:munder>
              <mml:mrow>
                <mml:mtext>lim</mml:mtext>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>τ</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mi>h</mml:mi>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>→</mml:mo>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:munder>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>‖</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>U</mml:mi>
                  <mml:mi>m</mml:mi>
                </mml:msup>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                  <mml:mi>m</mml:mi>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>‖</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mn>0</mml:mn>
            <mml:mo>,</mml:mo>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mn>0</mml:mn>
            <mml:mo>≤</mml:mo>
            <mml:mi>m</mml:mi>
            <mml:mi>τ</mml:mi>
            <mml:mo>≤</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>t</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mtext>max</mml:mtext>
              </mml:mrow>
            </mml:msub>
            <mml:mo>.</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>For a general solution <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> z </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , let <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> ζ </mml:mi><mml:mi> α </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> z </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> be the smooth solution sequence satisfying </p>
      <disp-formula id="FD81">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:munder>
              <mml:mrow>
                <mml:mtext>lim</mml:mtext>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>α</mml:mi>
                <mml:mo>→</mml:mo>
                <mml:mi>∞</mml:mi>
              </mml:mrow>
            </mml:munder>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>‖</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msubsup>
                  <mml:mi>ζ</mml:mi>
                  <mml:mi>α</mml:mi>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:msubsup>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>‖</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>→</mml:mo>
            <mml:mn>0.</mml:mn>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p><inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∀ </mml:mo><mml:mi> ε </mml:mi><mml:mo> &gt; </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∃ </mml:mo><mml:mi> A </mml:mi><mml:mo> &gt; </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , such that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ‖ </mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi> ζ </mml:mi><mml:mi> α </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msubsup><mml:mo> − </mml:mo><mml:msup><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mo> ‖ </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> &lt; </mml:mo><mml:mi> ε </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for all <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> α </mml:mi><mml:mo> &gt; </mml:mo><mml:mi> A </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . </p>
      <p>For fixed <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> β </mml:mi><mml:mo> &gt; </mml:mo><mml:mi> A </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , let <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi> ζ </mml:mi><mml:mi> β </mml:mi><mml:mi> m </mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> z </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> be the solution of the difference.</p>
      <p>For fixed <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> β </mml:mi><mml:mo> &gt; </mml:mo><mml:mi> A </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , let <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi> ζ </mml:mi><mml:mi> β </mml:mi><mml:mi> m </mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> be the solution of the difference scheme with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi> ζ </mml:mi><mml:mi> β </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msubsup><mml:mo> = </mml:mo><mml:msubsup><mml:mi> ζ </mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mi> β </mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
      <p><inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∀ </mml:mo><mml:mi> ε </mml:mi><mml:mo> &gt; </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ∃ </mml:mo><mml:mi> h </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> ε </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> &gt; </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , s.t. <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ‖ </mml:mo><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi> ζ </mml:mi><mml:mi> β </mml:mi><mml:mi> m </mml:mi></mml:msubsup><mml:mo> − </mml:mo><mml:msubsup><mml:mi> ζ </mml:mi><mml:mrow><mml:msub><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mi> β </mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mi> m </mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo> ‖ </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> &lt; </mml:mo><mml:mi> ε </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , for all <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> h </mml:mi><mml:mo> &lt; </mml:mo><mml:mi> h </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> .</p>
      <p>Thus, by the stability and the uniform invertibility of the scheme and the well-posedness of the problem that, if <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> h </mml:mi><mml:mo> &lt; </mml:mo><mml:mi> h </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> , then </p>
      <disp-formula id="FD82">
        <mml:math>
          <mml:mtable>
            <mml:mtr>
              <mml:mtd>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>‖</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mi>U</mml:mi>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                    </mml:msup>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:msup>
                      <mml:mi>u</mml:mi>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                    </mml:msup>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>‖</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>≤</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>‖</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mi>U</mml:mi>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                    </mml:msup>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:msubsup>
                      <mml:mi>ζ</mml:mi>
                      <mml:mi>β</mml:mi>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                    </mml:msubsup>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>‖</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>‖</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msubsup>
                      <mml:mi>ζ</mml:mi>
                      <mml:mi>β</mml:mi>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                    </mml:msubsup>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:msubsup>
                      <mml:mi>ζ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:mi>β</mml:mi>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                    </mml:msubsup>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>‖</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>‖</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msubsup>
                      <mml:mi>ζ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:mi>β</mml:mi>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                    </mml:msubsup>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:msup>
                      <mml:mi>u</mml:mi>
                      <mml:mi>m</mml:mi>
                    </mml:msup>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>‖</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mtd>
            </mml:mtr>
            <mml:mtr>
              <mml:mtd>
                <mml:mo>≤</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>K</mml:mi>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:msub>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:mi>C</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mi>ε</mml:mi>
                <mml:mo>.</mml:mo>
              </mml:mtd>
            </mml:mtr>
          </mml:mtable>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>then </p>
      <disp-formula id="FD83">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:munder>
              <mml:mrow>
                <mml:mtext>lim</mml:mtext>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>τ</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mi>h</mml:mi>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>→</mml:mo>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:munder>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>‖</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>U</mml:mi>
                  <mml:mi>m</mml:mi>
                </mml:msup>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                  <mml:mi>m</mml:mi>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>‖</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mn>0</mml:mn>
            <mml:mo>,</mml:mo>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mn>0</mml:mn>
            <mml:mo>≤</mml:mo>
            <mml:mi>m</mml:mi>
            <mml:mi>τ</mml:mi>
            <mml:mo>≤</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>t</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mtext>max</mml:mtext>
              </mml:mrow>
            </mml:msub>
            <mml:mo>.</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>since <inline-formula><mml:math><mml:mi> ε </mml:mi></mml:math></inline-formula> is picked arbitrarily.</p>
      <p>To complete the stability analysis and establish convergence of the explicit central-time central-space (leapfrog) scheme for the three-dimensional wave equation, we now examine its consistency. Consistency quantifies how accurately the discrete difference operators approximate the continuous partial differential equation at each grid point. </p>
      <sec id="sec3dot1">
        <title>Local Truncation Error</title>
        <p>Let <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> z </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> be a sufficiently smooth solution of the three-dimensional wave equation </p>
        <disp-formula id="FD84">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mo>∂</mml:mo>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>u</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mi>c</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mo>∂</mml:mo>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:mi>u</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>∂</mml:mo>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>x</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mo>∂</mml:mo>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:mi>u</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>∂</mml:mo>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>y</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mo>∂</mml:mo>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:mi>u</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>∂</mml:mo>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>0.</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>local truncation error <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi> T </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> j </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> k </mml:mi></mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> as the residual obtained when the exact solution is substituted into the finite difference scheme (21). Assuming uniform grid spacing <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mtext> Δ </mml:mtext><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mtext> Δ </mml:mtext><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mtext> Δ </mml:mtext><mml:mi> z </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> h </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and time step <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mtext> Δ </mml:mtext><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , the scheme is: </p>
        <disp-formula id="FD85">
          <mml:math>
            <mml:mtable columnalign="left">
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>u</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>n</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msup>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>u</mml:mi>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                      </mml:msup>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>u</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>n</mml:mi>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mtext>Δ</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:msup>
                    <mml:mi>c</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msubsup>
                            <mml:mi>u</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>i</mml:mi>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:mi>j</mml:mi>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:mi>k</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                          </mml:msubsup>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:msubsup>
                            <mml:mi>u</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>i</mml:mi>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:mi>j</mml:mi>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:mi>k</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                          </mml:msubsup>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:msubsup>
                            <mml:mi>u</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>i</mml:mi>
                              <mml:mo>−</mml:mo>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:mi>j</mml:mi>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:mi>k</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                          </mml:msubsup>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>h</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mi>u</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>i</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>j</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                      </mml:msubsup>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mi>u</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>i</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>j</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                      </mml:msubsup>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mi>u</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>i</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>j</mml:mi>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                      </mml:msubsup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>h</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msubsup>
                            <mml:mi>u</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>i</mml:mi>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:mi>j</mml:mi>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:mi>k</mml:mi>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                          </mml:msubsup>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:msubsup>
                            <mml:mi>u</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>i</mml:mi>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:mi>j</mml:mi>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:mi>k</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                          </mml:msubsup>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:msubsup>
                            <mml:mi>u</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>i</mml:mi>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:mi>j</mml:mi>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:mi>k</mml:mi>
                              <mml:mo>−</mml:mo>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                          </mml:msubsup>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>h</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>T</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>.</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Expanding each term about the point <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> y </mml:mi><mml:mi> j </mml:mi></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> z </mml:mi><mml:mi> k </mml:mi></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msup><mml:mi> t </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> using Taylor series with remainder:</p>
        <disp-formula id="FD86">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
              <mml:mi>t</mml:mi>
              <mml:mo>
              </mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mi>t</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mn>6</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mn>4</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>24</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mn>5</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="FD87">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
              <mml:mi>t</mml:mi>
              <mml:mo>
              </mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mi>t</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mn>6</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mn>4</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>24</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mn>5</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="FD88">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>i</mml:mi>
                  <mml:mo>±</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>j</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>k</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mo>±</mml:mo>
              <mml:mi>h</mml:mi>
              <mml:mo>
              </mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mi>x</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>h</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>±</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>h</mml:mi>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mn>6</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>h</mml:mi>
                    <mml:mn>4</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>24</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>h</mml:mi>
                    <mml:mn>5</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="FD89">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>i</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>j</mml:mi>
                  <mml:mo>±</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>k</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mo>±</mml:mo>
              <mml:mi>h</mml:mi>
              <mml:mo>
              </mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mi>y</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>h</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>y</mml:mi>
                  <mml:mi>y</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>±</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>h</mml:mi>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mn>6</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>y</mml:mi>
                  <mml:mi>y</mml:mi>
                  <mml:mi>y</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>h</mml:mi>
                    <mml:mn>4</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>24</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>y</mml:mi>
                  <mml:mi>y</mml:mi>
                  <mml:mi>y</mml:mi>
                  <mml:mi>y</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>h</mml:mi>
                    <mml:mn>5</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="FD90">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>i</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>j</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>k</mml:mi>
                  <mml:mo>±</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mo>±</mml:mo>
              <mml:mi>h</mml:mi>
              <mml:mo>
              </mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mi>z</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>h</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>z</mml:mi>
                  <mml:mi>z</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>±</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>h</mml:mi>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mn>6</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>z</mml:mi>
                  <mml:mi>z</mml:mi>
                  <mml:mi>z</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>h</mml:mi>
                    <mml:mn>4</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>24</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>z</mml:mi>
                  <mml:mi>z</mml:mi>
                  <mml:mi>z</mml:mi>
                  <mml:mi>z</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>h</mml:mi>
                    <mml:mn>5</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Substituting these expansions into the finite difference stencil yields:</p>
        <disp-formula id="FD91">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>Δ</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:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>12</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mn>4</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="FD92">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>h</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>h</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>12</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>h</mml:mi>
                    <mml:mn>4</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>with analogous expressions for the <inline-formula><mml:math><mml:mi> y </mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mi> z </mml:mi></mml:math></inline-formula> directions.</p>
        <p>The local truncation error therefore evaluates to:</p>
        <disp-formula id="FD93">
          <mml:math>
            <mml:mtable>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>T</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>u</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>t</mml:mi>
                          <mml:mi>t</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>c</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>u</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>x</mml:mi>
                              <mml:mi>x</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>u</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>y</mml:mi>
                              <mml:mi>y</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>u</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>z</mml:mi>
                              <mml:mi>z</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>Δ</mml:mi>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>t</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>12</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>c</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>h</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>12</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>u</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>u</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>u</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>Δ</mml:mi>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>t</mml:mi>
                        <mml:mn>4</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>h</mml:mi>
                        <mml:mn>4</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>Δ</mml:mi>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>t</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>h</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>.</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>The leading-order term in parentheses vanishes identically because <inline-formula><mml:math><mml:mi> u </mml:mi></mml:math></inline-formula> satisfies the wave equation. Hence, the local truncation error reduces to:</p>
        <disp-formula id="FD94">
          <label>(45)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>T</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>i</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>j</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>k</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mi>n</mml:mi>
              </mml:msubsup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>12</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>c</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>h</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>12</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>y</mml:mi>
                      <mml:mi>y</mml:mi>
                      <mml:mi>y</mml:mi>
                      <mml:mi>y</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>u</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi mathvariant="script">O</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mn>4</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>h</mml:mi>
                    <mml:mn>4</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>h</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>
      </sec>
    </sec>
    <sec id="sec4">
      <title>4. Results and Discussion</title>
      <p>To quantify stability, we monitor the discrete total energy. For the continuous wave equation, the total energy is conserved and given by: </p>
      <disp-formula id="FD95">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mi>E</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mi>t</mml:mi>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:mfrac>
            <mml:mstyle displaystyle="true">
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mo>∫</mml:mo>
                  <mml:mi>Ω</mml:mi>
                </mml:msub>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mi>u</mml:mi>
                        <mml:mi>t</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msubsup>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>c</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>|</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>∇</mml:mo>
                              <mml:mi>u</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>|</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:mi>Ω</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:mstyle>
            <mml:mo>.</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>The discrete counterpart is computed at each time level <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> as: </p>
      <disp-formula id="FD96">
        <mml:math>
          <mml:mtable>
            <mml:mtr>
              <mml:mtd>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>E</mml:mi>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                </mml:msup>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:mfrac>
                <mml:munder>
                  <mml:mstyle mathsize="140%" displaystyle="true">
                    <mml:mo>∑</mml:mo>
                  </mml:mstyle>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>i</mml:mi>
                    <mml:mo>,</mml:mo>
                    <mml:mi>j</mml:mi>
                    <mml:mo>,</mml:mo>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:munder>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>[</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mfrac>
                              <mml:mrow>
                                <mml:msubsup>
                                  <mml:mi>u</mml:mi>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mi>i</mml:mi>
                                    <mml:mo>,</mml:mo>
                                    <mml:mi>j</mml:mi>
                                    <mml:mo>,</mml:mo>
                                    <mml:mi>k</mml:mi>
                                  </mml:mrow>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mi>n</mml:mi>
                                    <mml:mo>+</mml:mo>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:msubsup>
                                <mml:mo>−</mml:mo>
                                <mml:msubsup>
                                  <mml:mi>u</mml:mi>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mi>i</mml:mi>
                                    <mml:mo>,</mml:mo>
                                    <mml:mi>j</mml:mi>
                                    <mml:mo>,</mml:mo>
                                    <mml:mi>k</mml:mi>
                                  </mml:mrow>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mi>n</mml:mi>
                                    <mml:mo>−</mml:mo>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:msubsup>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                                <mml:mi>Δ</mml:mi>
                                <mml:mi>t</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mfrac>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:msup>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:msup>
                      <mml:mi>c</mml:mi>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msup>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>(</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mfrac>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:msubsup>
                                      <mml:mi>u</mml:mi>
                                      <mml:mrow>
                                        <mml:mi>i</mml:mi>
                                        <mml:mo>+</mml:mo>
                                        <mml:mn>1</mml:mn>
                                        <mml:mo>,</mml:mo>
                                        <mml:mi>j</mml:mi>
                                        <mml:mo>,</mml:mo>
                                        <mml:mi>k</mml:mi>
                                      </mml:mrow>
                                      <mml:mi>n</mml:mi>
                                    </mml:msubsup>
                                    <mml:mo>−</mml:mo>
                                    <mml:msubsup>
                                      <mml:mi>u</mml:mi>
                                      <mml:mrow>
                                        <mml:mi>i</mml:mi>
                                        <mml:mo>−</mml:mo>
                                        <mml:mn>1</mml:mn>
                                        <mml:mo>,</mml:mo>
                                        <mml:mi>j</mml:mi>
                                        <mml:mo>,</mml:mo>
                                        <mml:mi>k</mml:mi>
                                      </mml:mrow>
                                      <mml:mi>n</mml:mi>
                                    </mml:msubsup>
                                  </mml:mrow>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                    <mml:mi>Δ</mml:mi>
                                    <mml:mi>x</mml:mi>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:mfrac>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mo>)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:msup>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </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:msup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msubsup>
                            <mml:mi>u</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>i</mml:mi>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:mi>j</mml:mi>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:mi>k</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                          </mml:msubsup>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:msubsup>
                            <mml:mi>u</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>i</mml:mi>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:mi>j</mml:mi>
                              <mml:mo>−</mml:mo>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                              <mml:mo>,</mml:mo>
                              <mml:mi>k</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                          </mml:msubsup>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:mi>Δ</mml:mi>
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msup>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msup>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>(</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mfrac>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:msubsup>
                                      <mml:mi>u</mml:mi>
                                      <mml:mrow>
                                        <mml:mi>i</mml:mi>
                                        <mml:mo>,</mml:mo>
                                        <mml:mi>j</mml:mi>
                                        <mml:mo>,</mml:mo>
                                        <mml:mi>k</mml:mi>
                                        <mml:mo>+</mml:mo>
                                        <mml:mn>1</mml:mn>
                                      </mml:mrow>
                                      <mml:mi>n</mml:mi>
                                    </mml:msubsup>
                                    <mml:mo>−</mml:mo>
                                    <mml:msubsup>
                                      <mml:mi>u</mml:mi>
                                      <mml:mrow>
                                        <mml:mi>i</mml:mi>
                                        <mml:mo>,</mml:mo>
                                        <mml:mi>j</mml:mi>
                                        <mml:mo>,</mml:mo>
                                        <mml:mi>k</mml:mi>
                                        <mml:mo>−</mml:mo>
                                        <mml:mn>1</mml:mn>
                                      </mml:mrow>
                                      <mml:mi>n</mml:mi>
                                    </mml:msubsup>
                                  </mml:mrow>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                    <mml:mi>Δ</mml:mi>
                                    <mml:mi>z</mml:mi>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:mfrac>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mo>)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:msup>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>]</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mi>Δ</mml:mi>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mi>Δ</mml:mi>
                <mml:mi>y</mml:mi>
                <mml:mi>Δ</mml:mi>
                <mml:mi>z</mml:mi>
                <mml:mo>.</mml:mo>
              </mml:mtd>
            </mml:mtr>
          </mml:mtable>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>The first term approximates kinetic energy via central difference velocity; the remaining terms approximate potential energy via spatial gradients. Conservation of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> E </mml:mi><mml:mi> n </mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (boundedness with no secular growth) indicates numerical stability, while growth signals CFL violation. To demonstrate how the FTCS scheme performs under different stability regions, numerical simulations of the three-dimensional wave equation problem have been conducted, presented and analyzed. These sim- </p>
      <p>ulations employ varying values of the combined stability parameter <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mtext> Δ </mml:mtext><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mfrac><mml:mi> h </mml:mi><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:msqrt><mml:mi> c </mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , </p>
      <p>showcasing the scheme’s behavior across different stability conditions fixing <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mtext> Δ </mml:mtext><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mtext> Δ </mml:mtext><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mtext> Δ </mml:mtext><mml:mi> z </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> h </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0.001 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mtext> Δ </mml:mtext><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0.00001 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . The numerical investigation presents the evolution of total energy over time for a three-dimensional wave equation discretized using an explicit FDM [<xref ref-type="bibr" rid="B14">14</xref>]. The primary objective was to assess the stability and convergence behavior of the scheme under varying CFL numbers. </p>
      <p>Numerical simulations of wave propagation exhibit strong dependence on the CFL number, as demonstrated by these results. <xref ref-type="fig" rid="fig1">Figures 1-4</xref> show effects of varying CFL numbers (0.200, 0.300 and 0.500) less than the maximum CFL number needed for stability of the explicit numerical scheme, the results demonstrate consistent, oscillatory behavior in the total energy profiles [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>][<xref ref-type="bibr" rid="B16">16</xref>][<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>]. The total energy remains bounded and exhibits no secular growth, which is characteristic of a numerically stable scheme. These results confirm that the discretization conserves energy to a satisfactory degree, thereby supporting both the stability and convergence of the method under sub-critical CFL conditions. </p>
      <fig id="fig1">
        <label>Figure 1</label>
        <graphic xlink:href="https://html.scirp.org/file/1724561-rId423.jpeg?20260309022508" />
      </fig>
      <p><bold>Figure 1.</bold> Energy distribution over time for CFL = 0.200.</p>
      <fig id="fig2">
        <label>Figure 2</label>
        <graphic xlink:href="https://html.scirp.org/file/1724561-rId424.jpeg?20260309022508" />
      </fig>
      <p><bold>Figure 2.</bold> Energy conservation for CFL = 0.200.</p>
      <fig id="fig3">
        <label>Figure 3</label>
        <graphic xlink:href="https://html.scirp.org/file/1724561-rId425.jpeg?20260309022508" />
      </fig>
      <p><bold>Figure 3.</bold> Energy conservation for CFL = 0.300.</p>
      <fig id="fig4">
        <label>Figure 4</label>
        <graphic xlink:href="https://html.scirp.org/file/1724561-rId426.jpeg?20260309022508" />
      </fig>
      <p><bold>Figure 4.</bold> Energy conservation for CFL = 0.500.</p>
      <fig id="fig5">
        <label>Figure 5</label>
        <graphic xlink:href="https://html.scirp.org/file/1724561-rId427.jpeg?20260309022508" />
      </fig>
      <p><bold>Figure 5.</bold> Energy conservation for CFL = 0.600.</p>
      <fig id="fig6">
        <label>Figure 6</label>
        <graphic xlink:href="https://html.scirp.org/file/1724561-rId428.jpeg?20260309022508" />
      </fig>
      <p><bold>Figure 6.</bold> Energy conservation for CFL = 0.800.</p>
      <p>However, <xref ref-type="fig" rid="fig5">Figure 5</xref> and <xref ref-type="fig" rid="fig6">Figure 6</xref> show the effects of varying extreme CFL values (0.600 and 0.800) on the stability of the numerical method use and it can be observed that the numerical solution becomes unstable. This is evident in the monotonic growth of total energy over time. The presence of unbounded energy amplification is an indicator of numerical instability and a breakdown of the stability criterion. </p>
      <sec id="sec4dot1">
        <title>4.1. Definition of Total Energy</title>
        <p>To quantify stability, we monitor the discrete total energy. For the continuous wave equation, the total energy is conserved and given by: </p>
        <disp-formula id="FD97">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>E</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mo>∫</mml:mo>
                    <mml:mi>Ω</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>[</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msubsup>
                          <mml:mi>u</mml:mi>
                          <mml:mi>t</mml:mi>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:msubsup>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:msup>
                          <mml:mi>c</mml:mi>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:msup>
                        <mml:msup>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>|</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mo>∇</mml:mo>
                                <mml:mi>u</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mo>|</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:msup>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>]</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mi>Ω</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>The discrete counterpart is computed at each time level <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> as: </p>
        <disp-formula id="FD98">
          <mml:math>
            <mml:mtable>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>E</mml:mi>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:munder>
                    <mml:mstyle mathsize="140%" displaystyle="true">
                      <mml:mo>∑</mml:mo>
                    </mml:mstyle>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:munder>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mfrac>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:msubsup>
                                    <mml:mi>u</mml:mi>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:mi>i</mml:mi>
                                      <mml:mo>,</mml:mo>
                                      <mml:mi>j</mml:mi>
                                      <mml:mo>,</mml:mo>
                                      <mml:mi>k</mml:mi>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:mi>n</mml:mi>
                                      <mml:mo>+</mml:mo>
                                      <mml:mn>1</mml:mn>
                                    </mml:mrow>
                                  </mml:msubsup>
                                  <mml:mo>−</mml:mo>
                                  <mml:msubsup>
                                    <mml:mi>u</mml:mi>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:mi>i</mml:mi>
                                      <mml:mo>,</mml:mo>
                                      <mml:mi>j</mml:mi>
                                      <mml:mo>,</mml:mo>
                                      <mml:mi>k</mml:mi>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:mi>n</mml:mi>
                                      <mml:mo>−</mml:mo>
                                      <mml:mn>1</mml:mn>
                                    </mml:mrow>
                                  </mml:msubsup>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mn>2</mml:mn>
                                  <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
                                  <mml:mi>t</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                              </mml:mfrac>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>c</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msup>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mo>(</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mfrac>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:msubsup>
                                        <mml:mi>u</mml:mi>
                                        <mml:mrow>
                                          <mml:mi>i</mml:mi>
                                          <mml:mo>+</mml:mo>
                                          <mml:mn>1</mml:mn>
                                          <mml:mo>,</mml:mo>
                                          <mml:mi>j</mml:mi>
                                          <mml:mo>,</mml:mo>
                                          <mml:mi>k</mml:mi>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mi>n</mml:mi>
                                      </mml:msubsup>
                                      <mml:mo>−</mml:mo>
                                      <mml:msubsup>
                                        <mml:mi>u</mml:mi>
                                        <mml:mrow>
                                          <mml:mi>i</mml:mi>
                                          <mml:mo>−</mml:mo>
                                          <mml:mn>1</mml:mn>
                                          <mml:mo>,</mml:mo>
                                          <mml:mi>j</mml:mi>
                                          <mml:mo>,</mml:mo>
                                          <mml:mi>k</mml:mi>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mi>n</mml:mi>
                                      </mml:msubsup>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:mn>2</mml:mn>
                                      <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
                                      <mml:mi>x</mml:mi>
                                    </mml:mrow>
                                  </mml:mfrac>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo>)</mml:mo>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                    </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:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mfrac>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msubsup>
                              <mml:mi>u</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:mi>j</mml:mi>
                                <mml:mo>+</mml:mo>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:mi>k</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mi>n</mml:mi>
                            </mml:msubsup>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:msubsup>
                              <mml:mi>u</mml:mi>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:mi>j</mml:mi>
                                <mml:mo>−</mml:mo>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:mi>k</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mi>n</mml:mi>
                            </mml:msubsup>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                            <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
                            <mml:mi>y</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mfrac>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msup>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mo>(</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mfrac>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:msubsup>
                                        <mml:mi>u</mml:mi>
                                        <mml:mrow>
                                          <mml:mi>i</mml:mi>
                                          <mml:mo>,</mml:mo>
                                          <mml:mi>j</mml:mi>
                                          <mml:mo>,</mml:mo>
                                          <mml:mi>k</mml:mi>
                                          <mml:mo>+</mml:mo>
                                          <mml:mn>1</mml:mn>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mi>n</mml:mi>
                                      </mml:msubsup>
                                      <mml:mo>−</mml:mo>
                                      <mml:msubsup>
                                        <mml:mi>u</mml:mi>
                                        <mml:mrow>
                                          <mml:mi>i</mml:mi>
                                          <mml:mo>,</mml:mo>
                                          <mml:mi>j</mml:mi>
                                          <mml:mo>,</mml:mo>
                                          <mml:mi>k</mml:mi>
                                          <mml:mo>−</mml:mo>
                                          <mml:mn>1</mml:mn>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mi>n</mml:mi>
                                      </mml:msubsup>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:mn>2</mml:mn>
                                      <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
                                      <mml:mi>z</mml:mi>
                                    </mml:mrow>
                                  </mml:mfrac>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo>)</mml:mo>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
                  <mml:mi>y</mml:mi>
                  <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
                  <mml:mi>z</mml:mi>
                  <mml:mo>.</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
      </sec>
      <sec id="sec4dot2">
        <title>4.2. Numerical Simulation Parameters</title>
        <p>To ensure reproducibility of the numerical experiments presented in this section, the article documents below the complete set of simulation parameters, initial and boundary conditions, and discretization details used in all runs. </p>
        <p>4.2.1. Computational Domain and Discretization</p>
        <p>Domain extents: <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> Ω </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> L </mml:mi><mml:mi> x </mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> × </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> L </mml:mi><mml:mi> y </mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> × </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> L </mml:mi><mml:mi> z </mml:mi></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> L </mml:mi><mml:mi> x </mml:mi></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:msub><mml:mi> L </mml:mi><mml:mi> y </mml:mi></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:msub><mml:mi> L </mml:mi><mml:mi> z </mml:mi></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1.0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , Grid spacing: Uniform grid with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mtext> Δ </mml:mtext><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mtext> Δ </mml:mtext><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mtext> Δ </mml:mtext><mml:mi> z </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> h </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0.001 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and Grid resolution: <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> N </mml:mi><mml:mi> x </mml:mi></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:msub><mml:mi> N </mml:mi><mml:mi> y </mml:mi></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:msub><mml:mi> N </mml:mi><mml:mi> z </mml:mi></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1000 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> grid points in each direction, yielding 10<sup>9</sup> degrees of freedom per time level. Time step: Fixed at <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mtext> Δ </mml:mtext><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> × </mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mn> 10 </mml:mn></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 5 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> s for all simulations. Wave speed: <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> c </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1.0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> m/s (normalized). CFL number: Defined as <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> λ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi> c </mml:mi><mml:mtext> Δ </mml:mtext><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> / </mml:mo><mml:mi> h </mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . For the above parameters, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> λ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0.01 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the baseline. To test stability limits, the reported CFL values (0.200, 0.300, 0.500, 0.600, 0.800) are achieved by <italic>artificially scaling the wave speed</italic><inline-formula><mml:math><mml:mi> c </mml:mi></mml:math></inline-formula> while holding <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mtext> Δ </mml:mtext><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mi> h </mml:mi></mml:math></inline-formula> fixed, or equivalently by reporting the <inline-formula><mml:math><mml:mi> λ </mml:mi></mml:math></inline-formula> value directly. This approach isolates the effect of the CFL parameter without altering the spatial/temporal resolution. Final time: <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> T </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0.01 </mml:mn><mml:mtext>   </mml:mtext><mml:mtext> s </mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (1000 time steps for baseline <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mtext> Δ </mml:mtext><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ; proportionally fewer steps for larger <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mtext> Δ </mml:mtext><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> when <inline-formula><mml:math><mml:mi> c </mml:mi></mml:math></inline-formula> is scaled). </p>
        <p>4.2.2. Initial Conditions</p>
        <p>The following initial conditions are imposed at <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> : </p>
        <disp-formula id="FD99">
          <label>(46)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>y</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>z</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>f</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>y</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>z</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>A</mml:mi>
              <mml:mi>exp</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>x</mml:mi>
                              <mml:mo>−</mml:mo>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>x</mml:mi>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>y</mml:mi>
                              <mml:mo>−</mml:mo>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>y</mml:mi>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>z</mml:mi>
                              <mml:mo>−</mml:mo>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>z</mml:mi>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>σ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD100">
          <label>(47)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mi>t</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>y</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>z</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>g</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>y</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>z</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>0</mml:mn>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>zero initial velocity</mml:mtext>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Parameters for the Gaussian pulse: Amplitude: <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> A </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1.0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , Center: <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> y </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> , </mml:mo><mml:msub><mml:mi> z </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0.5 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 0.5 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 0.5 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and Width: <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> σ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0.05 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Zero initial velocity (<inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> g </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ) ensures the wave splits symmetrically into left- and right-propagating components. </p>
        <p>4.2.3. Boundary Conditions</p>
        <p>We employ homogeneous Dirichlet (zero displacement) conditions on all boundaries: </p>
        <disp-formula id="FD101">
          <label>(48)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>y</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>z</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>L</mml:mi>
                    <mml:mi>x</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>y</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>z</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>0</mml:mn>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD102">
          <label>(49)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>z</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>L</mml:mi>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>z</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>0</mml:mn>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD103">
          <label>(50)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>y</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>u</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>y</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>L</mml:mi>
                    <mml:mi>z</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>z</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>0.</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>These conditions model a fully reflective boundary. The Neumann conditions listed in Section 3 are not active in the production runs; they are included for theoretical completeness. </p>
        <p>4.2.4. First Time Step Initialization</p>
        <p>The leapfrog scheme is a three-level method requiring <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> to commence time stepping. We initialize <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> using the Gaussian pulse (46). The first time step <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is computed via a second-order Taylor series expansion: </p>
        <disp-formula id="FD104">
          <label>(51)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:mo>≈</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
              <mml:mi>t</mml:mi>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msubsup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>c</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mtext>Δ</mml:mtext>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:msup>
                <mml:mo>∇</mml:mo>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:msup>
                <mml:mi>u</mml:mi>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>since <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi> u </mml:mi><mml:mi> t </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msubsup><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> t </mml:mi><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msubsup><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mi> c </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mo> ∇ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> from the wave equation. The Laplacian <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mo> ∇ </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi> u </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is evaluated using the same second-order central difference stencil employed in the main scheme. This initialization preserves second-order accuracy in time. Direct simulation on a 1000<sup>3</sup> grid (10<sup>9</sup> points) is computationally intensive. The energy profiles presented in <xref ref-type="fig" rid="fig1">Figures 1-6</xref> are obtained from a representative 100<sup>3</sup> subset of the full domain, or from simulations coarsened to <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> h </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0.01 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with correspondingly adjusted <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mtext> Δ </mml:mtext><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> to maintain the reported CFL numbers. All qualitative stability conclusions remain unchanged under grid refinement. </p>
      </sec>
    </sec>
    <sec id="sec5">
      <title>5. Conclusions</title>
      <p>This article extends the explicit finite difference method to the three-dimensional wave equation, developing an explicit central difference scheme that is second-order accurate in both space and time. Stability analysis by applying von-Neumann technique yields a CFL condition involving all three spatial step sizes, ensuring conditional stability. Given consistency and stability, convergence of the method is guaranteed, making this scheme effective for simulating wave models in three-dimensional domains [<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>].</p>
      <p>This study confirms that explicit wave simulations require strict adherence to </p>
      <p>the CFL condition, with values <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> necessary to maintain stability. Relevant </p>
      <p>researchers, designers and developers are advised to adopt conservative CFL values to mitigate discretization errors while retaining computational feasibility. Energy monitoring should be routine, as its divergence provides an early warning of instability. For simulations requiring larger time steps, alternative approaches such as implicit methods warrant consideration. Further research should explore CFL effects in higher dimensions and across different numerical schemes to refine these guidelines for broader applications. </p>
    </sec>
    <sec id="sec6">
      <title>Data Availability</title>
      <p>The data that support the findings of this study are available from the corresponding author upon reasonable request. </p>
    </sec>
    <sec id="sec7">
      <title>Funding Statement</title>
      <p>This research was not funded by any institution. </p>
    </sec>
    <sec id="sec8">
      <title>Acknowledgements</title>
      <p>The author acknowledges the Almighty God for the provision of health and sound mind during the development of this article. </p>
    </sec>
    <sec id="sec9">
      <title>Declaration of Generative AI and AI-Assisted Technologies in the Manuscript Preparation Process</title>
      <p>During the preparation of this work, the author used Grammarly in order to improve grammar. After using this tool, the authors reviewed and edited the content as needed and take full responsibility for the content of the published article. </p>
    </sec>
  </body>
  <back>
    <ref-list>
      <title>References</title>
      <ref id="B1">
        <label>1.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Zhou, H., Liu, Y. and Wang, J. (2021) Acoustic Finite-Difference Modeling beyond Conventional Courant-Friedrichs-Lewy Stability Limit: Approach Based on Variable-Length Temporal and Spatial Operators. <italic>Earthquake</italic><italic>Science</italic>, 34, 123-136. https://doi.org/10.29382/eqs-2021-0009 <pub-id pub-id-type="doi">10.29382/eqs-2021-0009</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.29382/eqs-2021-0009">https://doi.org/10.29382/eqs-2021-0009</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Zhou, H.</string-name>
              <string-name>Liu, Y.</string-name>
              <string-name>Wang, J.</string-name>
            </person-group>
            <year>2021</year>
            <article-title>Acoustic Finite-Difference Modeling beyond Conventional Courant-Friedrichs-Lewy Stability Limit: Approach Based on Variable-Length Temporal and Spatial Operators</article-title>
            <source>Earthquake Science</source>
            <volume>34</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.29382/eqs-2021-0009</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B2">
        <label>2.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Kovács, E., Saleh, M., Barna, F. and Mátyás, L. (2022) New Analytical Results and Numerical Schemes for Irregular Diffusion Processes. <italic>Diffusion</italic><italic>Fundamentals</italic>, 35, Article No. 70. https://doi.org/10.62721/diffusion-fundamentals.35.1224 <pub-id pub-id-type="doi">10.62721/diffusion-fundamentals.35.1224</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.62721/diffusion-fundamentals.35.1224">https://doi.org/10.62721/diffusion-fundamentals.35.1224</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Saleh, M.</string-name>
              <string-name>Barna, F.</string-name>
            </person-group>
            <year>2022</year>
            <article-title>New Analytical Results and Numerical Schemes for Irregular Diffusion Processes</article-title>
            <source>Diffusion Fundamentals</source>
            <volume>35</volume>
            <elocation-id>No</elocation-id>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.62721/diffusion-fundamentals.35.1224</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B3">
        <label>3.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Alcubierre, M., Brügmann, B., Dramlitsch, T., Font, J.A., Papadopoulos, P., Seidel, E., <italic>et al</italic>. (2000) Towards a Stable Numerical Evolution of Strongly Gravitating Systems in General Relativity: The Conformal Treatments. <italic>Physical</italic><italic>Review</italic><italic>D</italic>, 62, Article ID: 044034. https://doi.org/10.1103/physrevd.62.044034 <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevd.62.044034</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1103/physrevd.62.044034">https://doi.org/10.1103/physrevd.62.044034</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Alcubierre, M.</string-name>
              <string-name>Dramlitsch, T.</string-name>
              <string-name>Font, J.A.</string-name>
              <string-name>Papadopoulos, P.</string-name>
              <string-name>Seidel, E.</string-name>
            </person-group>
            <year>2000</year>
            <article-title>Towards a Stable Numerical Evolution of Strongly Gravitating Systems in General Relativity: The Conformal Treatments</article-title>
            <source>Physical Review D</source>
            <volume>62</volume>
            <fpage>044034</fpage>
            <elocation-id>ID</elocation-id>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevd.62.044034</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B4">
        <label>4.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Balzano, A. (1998) Evaluation of Methods for Numerical Simulation of Wetting and Drying in Shallow Water Flow Models. <italic>Coastal</italic><italic>Engineering</italic>, 34, 83-107. https://doi.org/10.1016/s0378-3839(98)00015-5 <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/s0378-3839(98)00015-5</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1016/s0378-3839(98)00015-5">https://doi.org/10.1016/s0378-3839(98)00015-5</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Balzano, A.</string-name>
            </person-group>
            <year>1998</year>
            <article-title>Evaluation of Methods for Numerical Simulation of Wetting and Drying in Shallow Water Flow Models</article-title>
            <source>Coastal Engineering</source>
            <volume>3839</volume>
            <issue>98</issue>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/s0378-3839(98)00015-5</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B5">
        <label>5.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Dörfler, W., Hochbruck, M., Köhler, J., Rieder, A., Schnaubelt, R. and Wieners, C. (2023) Wave Phenomena: Mathematical Analysis and Numerical Approximation. Volume 49, Springer Nature.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Hochbruck, M.</string-name>
              <string-name>Rieder, A.</string-name>
              <string-name>Schnaubelt, R.</string-name>
              <string-name>Wieners, C.</string-name>
            </person-group>
            <year>2023</year>
            <article-title>Wave Phenomena: Mathematical Analysis and Numerical Approximation</article-title>
            <source>Volume 49</source>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B6">
        <label>6.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="report">Hudson, J., Sweby, P.K. and Baines, M.J. (1998) Numerical Techniques for Conservation Laws with Source Terms. Technical Report, Citeseer.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="report">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Hudson, J.</string-name>
              <string-name>Sweby, P.K.</string-name>
              <string-name>Baines, M.J.</string-name>
              <string-name>Report, C</string-name>
            </person-group>
            <year>1998</year>
            <article-title>Numerical Techniques for Conservation Laws with Source Terms</article-title>
            <source>Technical Report</source>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B7">
        <label>7.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Soni, N., Shekawat, A., Ansumali, S. and Diwakar, S.V. (2024) Explicit Time Marching Method with Enhanced Stability. <italic>Physical</italic><italic>Review</italic><italic>E</italic>, 110, Article ID: 045302. https://doi.org/10.1103/physreve.110.045302 <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physreve.110.045302</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">39562894</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1103/physreve.110.045302">https://doi.org/10.1103/physreve.110.045302</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Soni, N.</string-name>
              <string-name>Shekawat, A.</string-name>
              <string-name>Ansumali, S.</string-name>
              <string-name>Diwakar, S.V.</string-name>
            </person-group>
            <year>2024</year>
            <article-title>Explicit Time Marching Method with Enhanced Stability</article-title>
            <source>Physical Review E</source>
            <volume>110</volume>
            <fpage>045302</fpage>
            <elocation-id>ID</elocation-id>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physreve.110.045302</pub-id>
            <pub-id pub-id-type="pmid">39562894</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B8">
        <label>8.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Liu, Y. (2020) Maximizing the CFL Number of Stable Time-Space Domain Explicit Finite-Difference Modeling. <italic>Journal of Computational Physics</italic>, 416, Article ID: 109501. https://doi.org/10.1016/j.jcp.2020.109501 <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jcp.2020.109501</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.jcp.2020.109501">https://doi.org/10.1016/j.jcp.2020.109501</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Liu, Y.</string-name>
            </person-group>
            <year>2020</year>
            <article-title>Maximizing the CFL Number of Stable Time-Space Domain Explicit Finite-Difference Modeling</article-title>
            <source>Journal of Computational Physics</source>
            <volume>416</volume>
            <fpage>109501</fpage>
            <elocation-id>ID</elocation-id>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jcp.2020.109501</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B9">
        <label>9.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Krivodonova, L., Xin, J., Remacle, J.-., Chevaugeon, N. and Flaherty, J.E. (2004) Shock Detection and Limiting with Discontinuous Galerkin Methods for Hyperbolic Conservation Laws. <italic>Applied</italic><italic>Numerical</italic><italic>Mathematics</italic>, 48, 323-338. https://doi.org/10.1016/j.apnum.2003.11.002 <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.apnum.2003.11.002</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.apnum.2003.11.002">https://doi.org/10.1016/j.apnum.2003.11.002</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Krivodonova, L.</string-name>
              <string-name>Xin, J.</string-name>
              <string-name>Remacle, J.</string-name>
              <string-name>Chevaugeon, N.</string-name>
              <string-name>Flaherty, J.E.</string-name>
            </person-group>
            <year>2004</year>
            <article-title>Shock Detection and Limiting with Discontinuous Galerkin Methods for Hyperbolic Conservation Laws</article-title>
            <source>Applied Numerical Mathematics</source>
            <volume>48</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.apnum.2003.11.002</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B10">
        <label>10.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Tuesday, K., Kinyanjui, M.N. and Giterere, K. (2023) Unsteady Hydromagnetic Non-Newtonian Nanofluid Flow Past a Porous Stretching Sheet in the Presence of Variable Magnetic Field and Chemical Reaction. <italic>Journal</italic><italic>of</italic><italic>Applied</italic><italic>Mathematics</italic><italic>and</italic><italic>Physics</italic>, 11, 2545-2567. https://doi.org/10.4236/jamp.2023.119165 <pub-id pub-id-type="doi">10.4236/jamp.2023.119165</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.4236/jamp.2023.119165">https://doi.org/10.4236/jamp.2023.119165</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Tuesday, K.</string-name>
              <string-name>Kinyanjui, M.N.</string-name>
              <string-name>Giterere, K.</string-name>
            </person-group>
            <year>2023</year>
            <article-title>Unsteady Hydromagnetic Non-Newtonian Nanofluid Flow Past a Porous Stretching Sheet in the Presence of Variable Magnetic Field and Chemical Reaction</article-title>
            <source>Journal of Applied Mathematics and Physics</source>
            <volume>11</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.4236/jamp.2023.119165</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B11">
        <label>11.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Tuesday, K., Danny, M., Nictor, M., Matindih, L., Mwale, C. and Jere, S. (2024) Time-Dependent Magnetohydrodynamic Non-Newtonian Nanofluid Flow with Lorentz Force, Viscous Dissipation and Thermophoresis between Parallel Plates. <italic>Applied</italic><italic>and</italic><italic>Computational</italic><italic>Mathematics</italic>, 13, 224-235. https://doi.org/10.11648/j.acm.20241306.12 <pub-id pub-id-type="doi">10.11648/j.acm.20241306.12</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.11648/j.acm.20241306.12">https://doi.org/10.11648/j.acm.20241306.12</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Tuesday, K.</string-name>
              <string-name>Danny, M.</string-name>
              <string-name>Nictor, M.</string-name>
              <string-name>Matindih, L.</string-name>
              <string-name>Mwale, C.</string-name>
              <string-name>Jere, S.</string-name>
              <string-name>Force, V</string-name>
            </person-group>
            <year>2024</year>
            <article-title>Time-Dependent Magnetohydrodynamic Non-Newtonian Nanofluid Flow with Lorentz Force, Viscous Dissipation and Thermophoresis between Parallel Plates</article-title>
            <source>Applied and Computational Mathematics</source>
            <volume>13</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.11648/j.acm.20241306.12</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B12">
        <label>12.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Peterseim, D. and Schedensack, M. (2017) Relaxing the CFL Condition for the Wave Equation on Adaptive Meshes. <italic>Journal</italic><italic>of</italic><italic>Scientific</italic><italic>Computing</italic>, 72, 1196-1213. https://doi.org/10.1007/s10915-017-0394-y <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10915-017-0394-y</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1007/s10915-017-0394-y">https://doi.org/10.1007/s10915-017-0394-y</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Peterseim, D.</string-name>
              <string-name>Schedensack, M.</string-name>
            </person-group>
            <year>2017</year>
            <article-title>Relaxing the CFL Condition for the Wave Equation on Adaptive Meshes</article-title>
            <source>Journal of Scientific Computing</source>
            <volume>72</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10915-017-0394-y</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B13">
        <label>13.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Danny, M., Kafunda, T., Christian, K. and Stanley, J. (2024) Analysis on Heat and Mass Transfer in Boundary Layer Nonnewtonian Nanofluid Flow past a Vertically Stretching Porous Plate with Chemical Reaction, Variable Magnetic Field and Variable Thermal Conductivity. <italic>International</italic><italic>Journal</italic><italic>of</italic><italic>Advanced</italic><italic>Applied</italic><italic>Mathematics</italic><italic>and</italic><italic>Mechanics</italic>, 11, 1-14.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Danny, M.</string-name>
              <string-name>Kafunda, T.</string-name>
              <string-name>Christian, K.</string-name>
              <string-name>Stanley, J.</string-name>
              <string-name>Reaction, V</string-name>
            </person-group>
            <year>2024</year>
            <article-title>Analysis on Heat and Mass Transfer in Boundary Layer Nonnewtonian Nanofluid Flow past a Vertically Stretching Porous Plate with Chemical Reaction, Variable Magnetic Field and Variable Thermal Conductivity</article-title>
            <source>International Journal of Advanced Applied Mathematics and Mechanics</source>
            <volume>11</volume>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B14">
        <label>14.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Tuesday, K., Kelvin, M., Timothy, O. and Daniel, M. (2025) Tangent-Hyperbolic Casson Nanofluid Flow over a Porous Stretching Surface with Chemical Reaction and Additional Stress Effects. Authorea Preprints.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Tuesday, K.</string-name>
              <string-name>Kelvin, M.</string-name>
              <string-name>Timothy, O.</string-name>
              <string-name>Daniel, M.</string-name>
            </person-group>
            <year>2025</year>
            <article-title>Tangent-Hyperbolic Casson Nanofluid Flow over a Porous Stretching Surface with Chemical Reaction and Additional Stress Effects</article-title>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B15">
        <label>15.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Kafunda, T., Danny, M. and Mwamba, N. (2024) Hydromagnetic Nanofluid Flow with Lorentz Force, Viscous Dissipation, Dufour Effect, First-Order Chemical Reaction and Unsteadiness. <italic>Journal</italic><italic>of</italic><italic>Innovative</italic><italic>Applied</italic><italic>Mathematics</italic><italic>and</italic><italic>Computational</italic><italic>Sciences</italic>, 4, 137-152.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Kafunda, T.</string-name>
              <string-name>Danny, M.</string-name>
              <string-name>Mwamba, N.</string-name>
              <string-name>Force, V</string-name>
              <string-name>Dissipation, D</string-name>
              <string-name>Effect, F</string-name>
            </person-group>
            <year>2024</year>
            <article-title>Hydromagnetic Nanofluid Flow with Lorentz Force, Viscous Dissipation, Dufour Effect, First-Order Chemical Reaction and Unsteadiness</article-title>
            <source>Journal of Innovative Applied Mathematics and Computational Sciences</source>
            <volume>4</volume>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B16">
        <label>16.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Katakwe, A., Mukonda, D., Matindih, L.K., Kafunda, T., Jere, S. and Davy, K. (2025) Existence and Uniqueness of Solutions of System of Linear Equations and Non-Linear Differential Equations Using Modular b-Metric Integral Type Contractions.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Katakwe, A.</string-name>
              <string-name>Mukonda, D.</string-name>
              <string-name>Matindih, L.K.</string-name>
              <string-name>Kafunda, T.</string-name>
              <string-name>Jere, S.</string-name>
              <string-name>Davy, K.</string-name>
            </person-group>
            <year>2025</year>
            <article-title>Existence and Uniqueness of Solutions of System of Linear Equations and Non-Linear Differential Equations Using Modular b-Metric Integral Type Contractions</article-title>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B17">
        <label>17.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Sikoongo, C., Mukonda, D., Matindih, L.K., Mwamba, N., Hamweene, O., Mwale, C. and Kafunda, T. (2025) Applications of Metric Spaces in Computational Complexity Theory.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Sikoongo, C.</string-name>
              <string-name>Mukonda, D.</string-name>
              <string-name>Matindih, L.K.</string-name>
              <string-name>Mwamba, N.</string-name>
              <string-name>Hamweene, O.</string-name>
              <string-name>Mwale, C.</string-name>
              <string-name>Kafunda, T.</string-name>
            </person-group>
            <year>2025</year>
            <article-title>Applications of Metric Spaces in Computational Complexity Theory</article-title>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
    </ref-list>
  </back>
</article>