<?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.2026.144063</article-id>
      <article-id pub-id-type="publisher-id">jamp-150690</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>Kinetic Model of City Size Distribution Including a Value Function</article-title>
      </title-group>
      <contrib-group>
        <contrib contrib-type="author" corresp="yes">
          <name name-style="western">
            <surname>Xia</surname>
            <given-names>Xue</given-names>
          </name>
          <xref ref-type="aff" rid="aff1">1</xref>
        </contrib>
        <contrib contrib-type="author">
          <name name-style="western">
            <surname>Chen</surname>
            <given-names>Liangli</given-names>
          </name>
          <xref ref-type="aff" rid="aff2">2</xref>
        </contrib>
      </contrib-group>
      <aff id="aff1"><label>1</label> School of Mathematics, Aba Teachers College, Wenchuan, China </aff>
      <aff id="aff2"><label>2</label> School of Mathematics, Southwestern University of Finance and Economics, Chengdu, China </aff>
      <author-notes>
        <fn fn-type="conflict" id="fn-conflict">
          <p>The authors declare no conflicts of interest regarding the publication of this paper.</p>
        </fn>
      </author-notes>
      <pub-date pub-type="epub">
        <day>01</day>
        <month>04</month>
        <year>2026</year>
      </pub-date>
      <pub-date pub-type="collection">
        <month>04</month>
        <year>2026</year>
      </pub-date>
      <volume>14</volume>
      <issue>04</issue>
      <fpage>1345</fpage>
      <lpage>1363</lpage>
      <history>
        <date date-type="received">
          <day>14</day>
          <month>03</month>
          <year>2026</year>
        </date>
        <date date-type="accepted">
          <day>07</day>
          <month>04</month>
          <year>2026</year>
        </date>
        <date date-type="published">
          <day>10</day>
          <month>04</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.2026.144063">https://doi.org/10.4236/jamp.2026.144063</self-uri>
      <abstract>
        <p>This study adopts a kinetic model incorporating a value function to explore the evolution of the city size distribution. Specifically, the value function consistent with prospect theory is utilized to characterize the internal population changes of cities. Based on the interaction rules of population dynamics, we establish the Boltzmann equation and its corresponding Fokker-Planck equation; thereafter, we theoretically analyze population movements by solving these equations. Assuming that the urban population consists of working and non-working people, we employ a utility function to describe cities’ preferences for these two population groups. Numerical analysis is performed, and some key parameters are estimated using real-world data to verify the rationality of the proposed model.</p>
      </abstract>
      <kwd-group kwd-group-type="author-generated" xml:lang="en">
        <kwd>City-Size Distribution</kwd>
        <kwd>Value Function</kwd>
        <kwd>Boltzmann-Type Equation</kwd>
        <kwd>Fokker-Planck Equation</kwd>
        <kwd>Utility Function</kwd>
      </kwd-group>
    </article-meta>
  </front>
  <body>
    <sec id="sec1">
      <title>1. Introduction</title>
      <p>There is a large body of research on urban population distribution, employing a variety of research methods. Studies in References [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>]-[<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>] indicate that the urban population distribution follows a power law, while those in References [<xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>][<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>] show that it conforms to other regular distributions. Kinetic models have been widely applied in the study of social activities and have achieved certain results [<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>][<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>].</p>
      <p>City-size distribution follows power laws, which are shown in a lot of works. Using a stochastic model, Zanette and Manrubia [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>] verify that the city-size distribution follows a power law. Benguigui and Blumenfeld-Liebertha [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>] set up several models to illustrate that the city-size evolution follows the power law distribution or concave distribution. According to the city data of the southeast and southwest in the United States, Garmestani <italic>et al.</italic> [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>] test the power law behavior of the city-size distribution. Calderín-Ojeda [<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>] finds that the upper quartile of the commune size data in the early period (1962-1975) obeys the power law distribution. Taking Chinese city-size data, the empirical research on the power law distribution of urban rank-size is presented in [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>]. The power law with the index one is Zipf’s law [<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>], which is a classical explanation of the city-size distribution. Gabaix [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>] utilizes a model of random growth and concludes that the city-size distribution obeys Zipf’s law. Marsili and Zhang [<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>] construct master equations to discuss city distribution, which follows Zipf’s law. Ghosh <italic>et al.</italic> [<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>] explain Zipf’s law about city size by using a resource utilization model. Based on the data of the Indian population census and the Chinese population census, Gangopadhyay and Basu [<xref ref-type="bibr" rid="B14">14</xref>] prove that the urban size distributions in India and China satisfy Zipf’s law.</p>
      <p>Many studies find that urban sizes exhibit different patterns. There are also other works on the distribution of city size. Eeckout [<xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>][<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>] concludes that the distribution of urban population obeys the lognormal distribution. Focusing on the role of distance, González-Val [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>] analyzes the size distribution of Spanish cities. Li and Zhang [<xref ref-type="bibr" rid="B16">16</xref>] find that compared with the power law distribution, the triangle law distribution better fits the Chinese city-size distribution through statistical methods. Levy [<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>], Zhang <italic>et al.</italic> [<xref ref-type="bibr" rid="B18">18</xref>], Xu and Zhu [<xref ref-type="bibr" rid="B19">19</xref>] study the urban distribution from different angles.</p>
      <p>Scholars never reach a consensus on the definition of the scope of a city. Brenner and Theodore [<xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>] explore the instability of the geographical patterns of urban space. Jacobs [<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>] reviews urban geographical studies influenced by relational theory and finds that current research on relationality in urban geography operates with irreconcilable grammars.</p>
      <p>Gualandi and Toscani [<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>] create a kinetic model, which is applied to wealth distribution [<xref ref-type="bibr" rid="B22">22</xref>]-[<xref ref-type="bibr" rid="B25">25</xref>], opinion formation [<xref ref-type="bibr" rid="B26">26</xref>]-[<xref ref-type="bibr" rid="B29">29</xref>] and other fields [<xref ref-type="bibr" rid="B30">30</xref>]-[<xref ref-type="bibr" rid="B32">32</xref>], to study the formation of urban agglomerations when considering the internal mechanism, external mechanism and fluctuation factor. The number of the urban population is represented by the variable <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </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:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . The interaction equation for the change of urban population in [<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>] reads </p>
      <disp-formula id="FD1">
        <label>(1.1)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msup>
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:mtext>*</mml:mtext>
            </mml:msup>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mi>x</mml:mi>
            <mml:mo>−</mml:mo>
            <mml:mi>E</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>/</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mi>L</mml:mi>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mi>x</mml:mi>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:mi>b</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mi>z</mml:mi>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:mi>η</mml:mi>
            <mml:mi>x</mml:mi>
            <mml:mo>,</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mi> η </mml:mi></mml:math></inline-formula> is a random variable. The function <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> E </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> / </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> L </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> describes the population change caused by internal mechanism. When <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> &lt; </mml:mo><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> L </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> E </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> / </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> L </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> &lt; </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Namely the urban population increases. When <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> &gt; </mml:mo><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> L </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> E </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> / </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> L </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> &gt; </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Namely the urban population decreases. <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> b </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> represents the rate of people who move in the city. The variable <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> z </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> z </mml:mi><mml:mo> ≥ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> denotes the quantity of people who are able to migrate towards the city from certain environment. When the urban population alters, it goes from <inline-formula><mml:math><mml:mi> x </mml:mi></mml:math></inline-formula> to <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> x </mml:mi><mml:mtext> * </mml:mtext></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Considering a certain functions <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> E </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> / </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> L </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> b </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , and using the Boltzmann-type equation and corresponding Fokker-Planck equation, Gualandi and Toscani [<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>] find that the equilibrium density follows a power law for large cities and a lognormal law for middle and low cities. Yu and Liao [<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>] employ the non-Maxwellian collision kernel kinetic model. By utilizing the grazing asymptotic method, the corresponding kinetic Fokker-Planck equation is derived. The equilibrium state of this Fokker-Planck equation belongs to the family of generalized Gamma distributions. Numerical tests indicate that the generalized Gamma distribution fits well with the urban size distribution in China.</p>
      <p>Inspired by the work in [<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>][<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>], we extend various value functions to explain population changes caused by internal mechanisms. The value function, which satisfies prospect theory, describes the asymmetric changes in population within cities. Using an asymptotic limit approach, we derive the Fokker-Planck equation corresponding to the resulting Boltzmann-type equation, from which we obtain the explicit form of the steady-state solution. Furthermore, we introduce a utility function to describe the changes in the working and non-working populations in cities.</p>
      <p>In our work, we establish the ratio of working population to non-working population based on the utility function. Then, according to the interaction rules of the population, the population evolution process is expressed by the Boltzmann equation, and the Fokker-Planck equation is derived through scale transformation. The steady-state solution is obtained under certain conditions, from which steady-state density functions of the working and non-working populations can be derived. Finally, these functions are used to fit real population data.</p>
      <p>The structure of this work is as follows. Section 2 introduces the kinetic model. Section 3 discusses the properties of Boltzmann-type equation. Section 4 uses an asymptotic approach to derive the Fokker-Planck equation, which includes a value function. The steady-state distribution of urban population is derived in Section 5. Section 6 gives the numerical simulation. Section 7 summarizes the work.</p>
    </sec>
    <sec id="sec2">
      <title>2. The Kinetic Description</title>
      <p>We study the city-size distribution with a kinetic model. Following the idea in [<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>], we consider that the city population change is related to internal mechanism, external mechanism and fluctuation factor. Suppose that the population distribution in the external environment is known. <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> g </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> z </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the probability distribution of variable <inline-formula><mml:math><mml:mi> z </mml:mi></mml:math></inline-formula> . Assume that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> g </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> z </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is bounded and satisfies </p>
      <disp-formula id="FD2">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mstyle displaystyle="true">
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mo>∫</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>R</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:msub>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>g</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>z</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:mi>z</mml:mi>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:mstyle>
            <mml:mo>,</mml:mo>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mstyle displaystyle="true">
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mo>∫</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>R</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:msub>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>z</mml:mi>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>g</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>z</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:mi>z</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:mstyle>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>v</mml:mi>
              <mml:mi>n</mml:mi>
            </mml:msub>
            <mml:mo>.</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>The phenomenon investigated is the growth process of city size, in which we use a variable <inline-formula><mml:math><mml:mi> x </mml:mi></mml:math></inline-formula> to express the number of urban people. <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> f </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the probability density at time <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> . It is generally assumed that the integral of the distribution function <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> f </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is one, that is</p>
      <disp-formula id="FD3">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mstyle displaystyle="true">
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mo>∫</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>R</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:msub>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>f</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:mstyle>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mn>1</mml:mn>
            <mml:mo>,</mml:mo>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mstyle displaystyle="true">
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mo>∫</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>R</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:msub>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>x</mml:mi>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>f</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:mstyle>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:msub>
              <mml:mi>m</mml:mi>
              <mml:mi>n</mml:mi>
            </mml:msub>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mi>t</mml:mi>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>.</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>For any given value <inline-formula><mml:math><mml:mi> x </mml:mi></mml:math></inline-formula> of urban people, the interaction equation for the change of urban population enloves as</p>
      <disp-formula id="FD4">
        <label>(2.1)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msup>
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:mo>*</mml:mo>
            </mml:msup>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mi>x</mml:mi>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:mi>Φ</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>/</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mi>L</mml:mi>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mi>x</mml:mi>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:mi>b</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mi>z</mml:mi>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:mi>η</mml:mi>
            <mml:mi>x</mml:mi>
            <mml:mo>,</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> L </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is the characteristic city size, e.g. the optimal city size. The left-hand side denotes the population after the change. First item on the right-hand side indicates the initial population change of the city. The second item denotes population change caused by urban internal mechanism. The third item indicates people moving in the city from other place. The last item shows the random factors. Assume that <inline-formula><mml:math><mml:mi> η </mml:mi></mml:math></inline-formula> is a random variable with mean zero and variance <inline-formula><mml:math><mml:mi> σ </mml:mi></mml:math></inline-formula> .</p>
      <p>The core of a city’s optimal population size lies in “balance”. It refers to finding a population scale that aligns with the city’s development stage, on the premise that resources are not overloaded, the environment is not damaged, the economy remains vibrant, and society stays stable. There is no universal formula for it. Instead, it needs to be dynamically calculated based on natural resources, economic structure, technological level, and policy goals, and continuously adjusted as the city develops.</p>
      <p>Following the idea in [<xref ref-type="bibr" rid="B32">32</xref>], we consider the value function <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> Φ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> / </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> L </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> as</p>
      <disp-formula id="FD5">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mi>Φ</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>/</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mi>L</mml:mi>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mi>μ</mml:mi>
            <mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                          <mml:mo>/</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>x</mml:mi>
                              <mml:mi>L</mml:mi>
                            </mml:msub>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>δ</mml:mi>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:mi>λ</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                          <mml:mo>/</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>x</mml:mi>
                              <mml:mi>L</mml:mi>
                            </mml:msub>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>δ</mml:mi>
                </mml:msup>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mi>λ</mml:mi>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mo>,</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>in which constants <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> &lt; </mml:mo><mml:mi> δ </mml:mi><mml:mo> &lt; </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> &lt; </mml:mo><mml:mi> μ </mml:mi><mml:mo> &lt; </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mi> λ </mml:mi><mml:mo> &lt; </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , which describe the intensity of population change rates near the ideal city size. The value function shows the change rate of urban population caused by psychological factors, so the value function may take positive or negative values. It is positive when the city size <inline-formula><mml:math><mml:mi> x </mml:mi></mml:math></inline-formula> is below the ideal size <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> L </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , and negitive when <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> &gt; </mml:mo><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> L </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . That is to say, when <inline-formula><mml:math><mml:mi> x </mml:mi></mml:math></inline-formula> is less than <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> L </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , the city’s population is increasing. The other case occurs in the opposite situation. The value fuction <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> Φ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> / </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> L </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> equals to zero where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> L </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , namely the total population of the city remains unchanged. Both the value function <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> Φ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> / </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> L </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and function <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> E </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> / </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> L </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in Equation (1.1) describe the population change caused by internal mechanism. In agreement with the previous obervations, for any given value of these constants, the function <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> Φ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> / </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> L </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is decreasing and convex on <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> R </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . In fact, when <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> / </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> L </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> ∞ </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , it takes values in the interval</p>
      <disp-formula id="FD6">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mo>−</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mi>μ</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mi>λ</mml:mi>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mo>≤</mml:mo>
            <mml:mi>Φ</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>/</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mi>L</mml:mi>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>≤</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mi>μ</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mi>λ</mml:mi>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mo>,</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>which does not depend on the parameter <inline-formula><mml:math><mml:mi> δ </mml:mi></mml:math></inline-formula> . Based on previous assumptions, we obtain</p>
      <disp-formula id="FD7">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mn>0</mml:mn>
            <mml:mo>&lt;</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mi>μ</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mi>λ</mml:mi>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mo>&lt;</mml:mo>
            <mml:mn>1</mml:mn>
            <mml:mo>,</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>meaning that the population after migration is greater than 0. In addition, for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> &lt; </mml:mo><mml:mi> Δ </mml:mi><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> &lt; </mml:mo><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> L </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , it holds that</p>
      <disp-formula id="FD8">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mi>Φ</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>Δ</mml:mi>
                    <mml:mi>x</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>/</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mi>L</mml:mi>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>&gt;</mml:mo>
            <mml:mo>−</mml:mo>
            <mml:mi>Φ</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>Δ</mml:mi>
                    <mml:mi>x</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>/</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mi>L</mml:mi>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>.</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>This inequality says that given the ideal size of a city, the increase in population in a city with a population below the ideal size is greater than the decrease in the number of residents in a city with a population above the ideal size. When <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> &lt; </mml:mo><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> L </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , as <inline-formula><mml:math><mml:mi> x </mml:mi></mml:math></inline-formula> increases, the value function <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> Φ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> / </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> L </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> grows more and more slowly, namely, the curve is concave. When <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> &gt; </mml:mo><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> L </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , as <inline-formula><mml:math><mml:mi> x </mml:mi></mml:math></inline-formula> increases, the value function <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> Φ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> / </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> L </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> decreases faster and faster, namely, the curve is convex. We compare the value function of different parameters in <xref ref-type="fig" rid="fig1">Figure 1</xref>.</p>
      <fig id="fig1">
        <label>Figure 1</label>
        <graphic xlink:href="https://html.scirp.org/file/1724626-rId123.jpeg?20260410015049" />
      </fig>
      <p><bold>Figure 1</bold><bold>.</bold> The value function <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> Φ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> / </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> L </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
      <p>According to the interaction rule (2.1) and the classical dynamic theory [<xref ref-type="bibr" rid="B33">33</xref>], the change of probability density <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> f </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> satisfies a weak form of Boltzmann-type model, namely, for all smooth function <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> φ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , the <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> f </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> obeys</p>
      <disp-formula id="FD9">
        <label>(2.2)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mfrac>
              <mml:mtext>d</mml:mtext>
              <mml:mrow>
                <mml:mtext>d</mml:mtext>
                <mml:mi>t</mml:mi>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mstyle displaystyle="true">
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mo>∫</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>R</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:msub>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>f</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>φ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>x</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:mstyle>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>〈</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mstyle displaystyle="true">
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mo>∫</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msubsup>
                          <mml:mi>R</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:msubsup>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>φ</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msup>
                                <mml:mi>x</mml:mi>
                                <mml:mtext>*</mml:mtext>
                              </mml:msup>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mi>φ</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mi>x</mml:mi>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mi>f</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>t</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mi>g</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mtext>d</mml:mtext>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mtext>d</mml:mtext>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mstyle>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>,</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>where the bracket <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> 〈 </mml:mo><mml:mtext>   </mml:mtext><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> represents the mathematical expectation. Equation (2.2) reflects the population distribution evolution of the city caused by the interaction at <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> &gt; </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
    </sec>
    <sec id="sec3">
      <title>3. Properties of the Kinetic Model</title>
      <p>Since the interaction rule (2.1) is nonlinear, it is difficult to study the time-behavior of the probability density <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> f </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Because of this, we analyze the main features of the kinetic model.</p>
      <p>In the Boltzmann-type model (2.2), letting <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> φ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , we acquire </p>
      <disp-formula id="FD10">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mfrac>
              <mml:mtext>d</mml:mtext>
              <mml:mrow>
                <mml:mtext>d</mml:mtext>
                <mml:mi>t</mml:mi>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mstyle displaystyle="true">
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mo>∫</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>R</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:msub>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>f</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:mstyle>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mn>0</mml:mn>
            <mml:mo>,</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>from which we obtain that the Equation (2.2) satisfies the conservation property. We study population changes caused by internal mechanisms of cities. In the latter part of the paper, we assume that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> b </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> b </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in interaction rule (2.1). Since <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> 〈 </mml:mo><mml:mi> η </mml:mi><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , from the interaction rule (2.1), we have</p>
      <disp-formula id="FD11">
        <label>(3.1)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msup>
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:mo>*</mml:mo>
            </mml:msup>
            <mml:mo>−</mml:mo>
            <mml:mi>x</mml:mi>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mi>Φ</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>/</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mi>L</mml:mi>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mi>x</mml:mi>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:mi>b</mml:mi>
            <mml:mi>z</mml:mi>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:mi>η</mml:mi>
            <mml:mi>x</mml:mi>
            <mml:mo>.</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Then, considering <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> φ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in Equation (2.2), mean value meets</p>
      <disp-formula id="FD12">
        <label>(3.2)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mfrac>
              <mml:mtext>d</mml:mtext>
              <mml:mrow>
                <mml:mtext>d</mml:mtext>
                <mml:mi>t</mml:mi>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:msub>
              <mml:mi>m</mml:mi>
              <mml:mn>1</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mi>t</mml:mi>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>〈</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mstyle displaystyle="true">
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mo>∫</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msubsup>
                          <mml:mi>R</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:msubsup>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>x</mml:mi>
                            <mml:mtext>*</mml:mtext>
                          </mml:msup>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mi>f</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>t</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mi>g</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mtext>d</mml:mtext>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mtext>d</mml:mtext>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mstyle>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>,</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>where</p>
      <disp-formula id="FD13">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>m</mml:mi>
              <mml:mn>1</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mi>t</mml:mi>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mstyle displaystyle="true">
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mo>∫</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>R</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:msub>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mi>f</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:mstyle>
            <mml:mo>.</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Substituting (3.1) into (3.2) yields</p>
      <disp-formula id="FD14">
        <label>(3.3)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mfrac>
              <mml:mtext>d</mml:mtext>
              <mml:mrow>
                <mml:mtext>d</mml:mtext>
                <mml:mi>t</mml:mi>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:msub>
              <mml:mi>m</mml:mi>
              <mml:mn>1</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mi>t</mml:mi>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>〈</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mstyle displaystyle="true">
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mo>∫</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msubsup>
                          <mml:mi>R</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:msubsup>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>Φ</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>x</mml:mi>
                                <mml:mo>/</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:msub>
                                    <mml:mi>x</mml:mi>
                                    <mml:mi>L</mml:mi>
                                  </mml:msub>
                                </mml:mrow>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mi>b</mml:mi>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mi>η</mml:mi>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mi>f</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>t</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mi>g</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mtext>d</mml:mtext>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mtext>d</mml:mtext>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mstyle>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>.</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Choosing <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> Φ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> / </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> L </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> s </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in (3.3), which is the same as in [<xref ref-type="bibr" rid="B34">34</xref>], we have</p>
      <disp-formula id="FD15">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mtext>d</mml:mtext>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>m</mml:mi>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:msub>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mtext>d</mml:mtext>
                <mml:mi>t</mml:mi>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mi>s</mml:mi>
            <mml:msub>
              <mml:mi>m</mml:mi>
              <mml:mn>1</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mi>t</mml:mi>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:mi>b</mml:mi>
            <mml:msub>
              <mml:mi>v</mml:mi>
              <mml:mn>1</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mo>.</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Using the constant variation method of differential equations, yields</p>
      <disp-formula id="FD16">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>m</mml:mi>
              <mml:mn>1</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mi>t</mml:mi>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mo>−</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>b</mml:mi>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>v</mml:mi>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
              <mml:mi>s</mml:mi>
            </mml:mfrac>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>m</mml:mi>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:msub>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>b</mml:mi>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>v</mml:mi>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>s</mml:mi>
                </mml:mfrac>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mi>exp</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>s</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>If a city population <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> &gt; </mml:mo><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> L </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , namely urban population <inline-formula><mml:math><mml:mi> x </mml:mi></mml:math></inline-formula> is more than ideal urban population <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> L </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Since <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> s </mml:mi><mml:mo> &lt; </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , the <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> m </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> satisfies</p>
      <disp-formula id="FD17">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>m</mml:mi>
              <mml:mn>1</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mi>t</mml:mi>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>→</mml:mo>
            <mml:mo>−</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>b</mml:mi>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>v</mml:mi>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
              <mml:mi>s</mml:mi>
            </mml:mfrac>
            <mml:mo>,</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mo>→</mml:mo>
                <mml:mi>∞</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>,</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>implying that the first moment <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi> b </mml:mi><mml:msub><mml:mi> v </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow><mml:mi> s </mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> remains bounded if <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> → </mml:mo><mml:mi> ∞ </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
      <p>Considering <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> φ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mi> x </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in Equation (2.2) gives rise to</p>
      <disp-formula id="FD18">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mfrac>
              <mml:mtext>d</mml:mtext>
              <mml:mrow>
                <mml:mtext>d</mml:mtext>
                <mml:mi>t</mml:mi>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:msub>
              <mml:mi>m</mml:mi>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mi>t</mml:mi>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>〈</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mstyle displaystyle="true">
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mo>∫</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msubsup>
                          <mml:mi>R</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:msubsup>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msup>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mo>(</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:msup>
                                    <mml:mi>x</mml:mi>
                                    <mml:mtext>*</mml:mtext>
                                  </mml:msup>
                                </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>x</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mi>f</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>t</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mi>g</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mtext>d</mml:mtext>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mtext>d</mml:mtext>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mstyle>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>,</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>where</p>
      <disp-formula id="FD19">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>m</mml:mi>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mi>t</mml:mi>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mstyle displaystyle="true">
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mo>∫</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>R</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:msub>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>x</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>f</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:mstyle>
            <mml:mo>.</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Since <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> 〈 </mml:mo><mml:mi> η </mml:mi><mml:mo> 〉 </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> η </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> σ </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , from the interaction rule (2.1), we obtain</p>
      <disp-formula id="FD20">
        <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:msup>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                          <mml:mo>*</mml:mo>
                        </mml:msup>
                      </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>x</mml:mi>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:msup>
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msup>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>[</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mn>2</mml:mn>
                <mml:mi>Φ</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mo>/</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                          <mml:mi>L</mml:mi>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>Φ</mml:mi>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mo>/</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                          <mml:mi>L</mml:mi>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mi>σ</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>]</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:mn>2</mml:mn>
            <mml:mi>x</mml:mi>
            <mml:mi>b</mml:mi>
            <mml:mi>z</mml:mi>
            <mml:mi>Φ</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>/</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mi>L</mml:mi>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:msup>
              <mml:mi>b</mml:mi>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msup>
            <mml:msup>
              <mml:mi>z</mml:mi>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msup>
            <mml:mo>,</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>which leads to</p>
      <disp-formula id="FD21">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mfrac>
              <mml:mtext>d</mml:mtext>
              <mml:mrow>
                <mml:mtext>d</mml:mtext>
                <mml:mi>t</mml:mi>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:msub>
              <mml:mi>m</mml:mi>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mi>t</mml:mi>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mstyle displaystyle="true">
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mo>∫</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msubsup>
                      <mml:mi>R</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:msubsup>
                  </mml:mrow>
                </mml:msub>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>x</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:mi>s</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>s</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mi>σ</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mi>b</mml:mi>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mi>s</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>b</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>f</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>g</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>z</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:mi>z</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:mstyle>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>and</p>
      <disp-formula id="FD22">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mfrac>
              <mml:mtext>d</mml:mtext>
              <mml:mrow>
                <mml:mtext>d</mml:mtext>
                <mml:mi>t</mml:mi>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:msub>
              <mml:mi>m</mml:mi>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mi>t</mml:mi>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mn>2</mml:mn>
                <mml:mi>s</mml:mi>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>s</mml:mi>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:msup>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mi>σ</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>m</mml:mi>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mi>t</mml:mi>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:mn>2</mml:mn>
            <mml:mi>b</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mi>s</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:msub>
              <mml:mi>v</mml:mi>
              <mml:mn>1</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:msub>
              <mml:mi>m</mml:mi>
              <mml:mn>1</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mi>t</mml:mi>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:msup>
              <mml:mi>b</mml:mi>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msup>
            <mml:msub>
              <mml:mi>v</mml:mi>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msub>
            <mml:mo>.</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>If <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> → </mml:mo><mml:mi> ∞ </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> m </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> b </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:msub><mml:mi> v </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> remain bounded. Therefore the second moment <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> m </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> keeps bounded as <inline-formula><mml:math><mml:mi> t </mml:mi></mml:math></inline-formula> tends to infinite.</p>
    </sec>
    <sec id="sec4">
      <title>4. Fokker-Planck Equation</title>
      <p>As discussed above, it is difficult to find the analytical solution of Equation (2.2). A feasible approach is to investigate its large-time behavior, which can be found in [<xref ref-type="bibr" rid="B34">34</xref>]. Considering the kinetic model, we use the asymptotic limit method to derive the Fokker-Planck model relating to the Boltzmann-type equation.</p>
      <p>In terms of the value function, letting <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ε </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> δ </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> associated with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> &lt; </mml:mo><mml:mi> ε </mml:mi><mml:mo> ≪ </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> Φ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> / </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> L </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is expressed as</p>
      <disp-formula id="FD23">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mi>Φ</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>/</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mi>L</mml:mi>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>→</mml:mo>
            <mml:msup>
              <mml:mi>Φ</mml:mi>
              <mml:mi>ε</mml:mi>
            </mml:msup>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>/</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mi>L</mml:mi>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>,</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>where</p>
      <disp-formula id="FD24">
        <label>(4.1)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msup>
              <mml:mi>Φ</mml:mi>
              <mml:mi>ε</mml:mi>
            </mml:msup>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>/</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mi>L</mml:mi>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mi>μ</mml:mi>
            <mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                          <mml:mo>/</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>x</mml:mi>
                              <mml:mi>L</mml:mi>
                            </mml:msub>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>ε</mml:mi>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:mi>λ</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                          <mml:mo>/</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>x</mml:mi>
                              <mml:mi>L</mml:mi>
                            </mml:msub>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>ε</mml:mi>
                </mml:msup>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mi>λ</mml:mi>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mo>,</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>from which we obtain</p>
      <disp-formula id="FD25">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:munder>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>lim</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>ε</mml:mi>
                <mml:mo>→</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
            </mml:munder>
            <mml:msup>
              <mml:mi>Φ</mml:mi>
              <mml:mi>ε</mml:mi>
            </mml:msup>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>/</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mi>L</mml:mi>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mi>μ</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mi>λ</mml:mi>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mo>.</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>At this point, it indicates that the rate of population change within a city is only related to two parameters <inline-formula><mml:math><mml:mi> μ </mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mi> λ </mml:mi></mml:math></inline-formula> . When <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ε </mml:mi><mml:mo> → </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , it means that the internal mechanism of the city leads to a decrease for the population of the city.</p>
      <p>We state that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> f </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> τ </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> → </mml:mo><mml:mfrac><mml:mi> τ </mml:mi><mml:mi> ε </mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is independent of <inline-formula><mml:math><mml:mi> ε </mml:mi></mml:math></inline-formula> . Therefore, for all</p>
      <p>smooth function <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> φ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , the distribution function <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> f </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> obeys the Boltzmann-type model, which reads as</p>
      <disp-formula id="FD26">
        <label>(4.2)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mfrac>
              <mml:mtext>d</mml:mtext>
              <mml:mrow>
                <mml:mtext>d</mml:mtext>
                <mml:mi>τ</mml:mi>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mstyle displaystyle="true">
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mo>∫</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>R</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:msub>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>f</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mo>,</mml:mo>
                      <mml:mi>τ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>φ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>x</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:mstyle>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mi>ε</mml:mi>
            </mml:mfrac>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>〈</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mstyle displaystyle="true">
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mo>∫</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msubsup>
                          <mml:mi>R</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:msubsup>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>φ</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msup>
                                <mml:mi>x</mml:mi>
                                <mml:mo>*</mml:mo>
                              </mml:msup>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mi>φ</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mi>x</mml:mi>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mi>f</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>τ</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mi>g</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mtext>d</mml:mtext>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mtext>d</mml:mtext>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mstyle>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>.</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Reconsidering the interaction rule (2.1), <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> η </mml:mi><mml:mo> → </mml:mo><mml:msqrt><mml:mi> ε </mml:mi></mml:msqrt><mml:mi> η </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> → </mml:mo><mml:mi> ε </mml:mi><mml:mi> b </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , we obtain</p>
      <disp-formula id="FD27">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>〈</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>*</mml:mo>
                </mml:msup>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mi>x</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mi>ε</mml:mi>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:msup>
              <mml:mi>Φ</mml:mi>
              <mml:mi>ε</mml:mi>
            </mml:msup>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>/</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mi>L</mml:mi>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mi>x</mml:mi>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:mi>ε</mml:mi>
            <mml:mi>b</mml:mi>
            <mml:mi>z</mml:mi>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>and</p>
      <disp-formula id="FD28">
        <mml:math display="inline">
          <mml:mrow>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>〈</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msup>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                          <mml:mo>*</mml:mo>
                        </mml:msup>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <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:mo>〉</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:msup>
              <mml:mi>ε</mml:mi>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msup>
            <mml:msup>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>[</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mi>Φ</mml:mi>
                      <mml:mi>ε</mml:mi>
                    </mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                          <mml:mo>/</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>x</mml:mi>
                              <mml:mi>L</mml:mi>
                            </mml:msub>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>x</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>]</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msup>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:mi>ε</mml:mi>
            <mml:mi>σ</mml:mi>
            <mml:msup>
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msup>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:msup>
              <mml:mi>ε</mml:mi>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msup>
            <mml:msup>
              <mml:mi>b</mml:mi>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msup>
            <mml:msup>
              <mml:mi>z</mml:mi>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msup>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:msup>
              <mml:mi>ε</mml:mi>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msup>
            <mml:msup>
              <mml:mi>Φ</mml:mi>
              <mml:mi>ε</mml:mi>
            </mml:msup>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>/</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mi>L</mml:mi>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mi>b</mml:mi>
            <mml:mi>z</mml:mi>
            <mml:mo>.</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Using Taylor expansion of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> φ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> around <inline-formula><mml:math><mml:mi> x </mml:mi></mml:math></inline-formula> , we have </p>
      <disp-formula id="FD29">
        <label>(4.3)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mi>φ</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mtext>*</mml:mtext>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>−</mml:mo>
            <mml:mi>φ</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mtext>*</mml:mtext>
                </mml:msup>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mi>x</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:msup>
              <mml:mi>φ</mml:mi>
              <mml:mo>′</mml:mo>
            </mml:msup>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:mfrac>
            <mml:msup>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mtext>*</mml:mtext>
                    </mml:msup>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mi>x</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:msup>
            <mml:msup>
              <mml:mi>φ</mml:mi>
              <mml:mo>″</mml:mo>
            </mml:msup>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:mn>3</mml:mn>
                <mml:mo>!</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:msup>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mtext>*</mml:mtext>
                    </mml:msup>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mi>x</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mn>3</mml:mn>
            </mml:msup>
            <mml:msup>
              <mml:mi>φ</mml:mi>
              <mml:mo>‴</mml:mo>
            </mml:msup>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mover accent="true">
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mo>˜</mml:mo>
              </mml:mover>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>,</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <disp-formula id="FD30">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mover accent="true">
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:mo>˜</mml:mo>
            </mml:mover>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mi>x</mml:mi>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:mi>θ</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mtext>*</mml:mtext>
                </mml:msup>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mi>x</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Therefore, using (4.2), (4.3) and noticing the power of <inline-formula><mml:math><mml:mi> ε </mml:mi></mml:math></inline-formula> yield</p>
      <disp-formula id="FD31">
        <mml:math>
          <mml:mtable columnalign="left">
            <mml:mtr>
              <mml:mtd>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mi>τ</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mfrac>
                <mml:mstyle displaystyle="true">
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mo>∫</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>R</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>f</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>τ</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mi>φ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>x</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mtext>d</mml:mtext>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mstyle>
              </mml:mtd>
            </mml:mtr>
            <mml:mtr>
              <mml:mtd>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mstyle displaystyle="true">
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mo>∫</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msubsup>
                          <mml:mi>R</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:msubsup>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>[</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msup>
                                <mml:mi>Φ</mml:mi>
                                <mml:mi>ε</mml:mi>
                              </mml:msup>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mo>(</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mi>x</mml:mi>
                                    <mml:mo>/</mml:mo>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:msub>
                                        <mml:mi>x</mml:mi>
                                        <mml:mi>L</mml:mi>
                                      </mml:msub>
                                    </mml:mrow>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo>)</mml:mo>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mi>b</mml:mi>
                              <mml:mi>z</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>]</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>φ</mml:mi>
                            <mml:mo>′</mml:mo>
                          </mml:msup>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mi>x</mml:mi>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:mfrac>
                          <mml:mi>σ</mml:mi>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>x</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>φ</mml:mi>
                            <mml:mo>″</mml:mo>
                          </mml:msup>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mi>x</mml:mi>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mi>f</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>τ</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mi>g</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mtext>d</mml:mtext>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mtext>d</mml:mtext>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mstyle>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>R</mml:mi>
                  <mml:mi>ϵ</mml:mi>
                </mml:msub>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>,</mml:mo>
              </mml:mtd>
            </mml:mtr>
          </mml:mtable>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>where</p>
      <disp-formula id="FD32">
        <mml:math display="inline">
          <mml:mtable>
            <mml:mtr>
              <mml:mtd>
                <mml:msub>
                  <mml:mi>R</mml:mi>
                  <mml:mi>ϵ</mml:mi>
                </mml:msub>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                  <mml:mi>ε</mml:mi>
                </mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>〈</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mstyle displaystyle="true">
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mo>∫</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>R</mml:mi>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                            </mml:msub>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msub>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msup>
                                <mml:mi>ε</mml:mi>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                              </mml:msup>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mo>(</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:msup>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:mrow>
                                        <mml:mo>(</mml:mo>
                                        <mml:mrow>
                                          <mml:msup>
                                            <mml:mi>Φ</mml:mi>
                                            <mml:mi>ε</mml:mi>
                                          </mml:msup>
                                          <mml:mrow>
                                            <mml:mo>(</mml:mo>
                                            <mml:mrow>
                                              <mml:mrow>
                                                <mml:mi>x</mml:mi>
                                                <mml:mo>/</mml:mo>
                                                <mml:mrow>
                                                  <mml:msub>
                                                    <mml:mi>x</mml:mi>
                                                    <mml:mi>L</mml:mi>
                                                  </mml:msub>
                                                </mml:mrow>
                                              </mml:mrow>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mo>)</mml:mo>
                                          </mml:mrow>
                                          <mml:mi>x</mml:mi>
                                        </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>ε</mml:mi>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                  </mml:msup>
                                  <mml:msup>
                                    <mml:mi>b</mml:mi>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                  </mml:msup>
                                  <mml:msup>
                                    <mml:mi>z</mml:mi>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                  </mml:msup>
                                  <mml:mo>+</mml:mo>
                                  <mml:msup>
                                    <mml:mi>ε</mml:mi>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                  </mml:msup>
                                  <mml:msup>
                                    <mml:mi>Φ</mml:mi>
                                    <mml:mi>ε</mml:mi>
                                  </mml:msup>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mo>(</mml:mo>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:mrow>
                                        <mml:mi>x</mml:mi>
                                        <mml:mo>/</mml:mo>
                                        <mml:mrow>
                                          <mml:msub>
                                            <mml:mi>x</mml:mi>
                                            <mml:mi>L</mml:mi>
                                          </mml:msub>
                                        </mml:mrow>
                                      </mml:mrow>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mo>)</mml:mo>
                                  </mml:mrow>
                                  <mml:mi>b</mml:mi>
                                  <mml:mi>z</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo>)</mml:mo>
                              </mml:mrow>
                              <mml:msup>
                                <mml:mi>φ</mml:mi>
                                <mml:mo>″</mml:mo>
                              </mml:msup>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mo>(</mml:mo>
                                <mml:mi>x</mml:mi>
                                <mml:mo>)</mml:mo>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mover>
                                <mml:mtext>
                                   
                                </mml:mtext>
                                <mml:mtext>
                                   
                                </mml:mtext>
                              </mml:mover>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mstyle>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mtd>
            </mml:mtr>
            <mml:mtr>
              <mml:mtd>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mfrac>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:mn>6</mml:mn>
                        </mml:mfrac>
                        <mml:msup>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>(</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:msup>
                                  <mml:mi>x</mml:mi>
                                  <mml:mtext>*</mml:mtext>
                                </mml:msup>
                                <mml:mo>−</mml:mo>
                                <mml:mi>x</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mo>)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mn>3</mml:mn>
                        </mml:msup>
                        <mml:msup>
                          <mml:mi>φ</mml:mi>
                          <mml:mo>‴</mml:mo>
                        </mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>f</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>x</mml:mi>
                        <mml:mo>,</mml:mo>
                        <mml:mi>τ</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>g</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mi>x</mml:mi>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mi>z</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>〉</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>.</mml:mo>
              </mml:mtd>
            </mml:mtr>
          </mml:mtable>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Taking the limit of the term <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> R </mml:mi><mml:mi> ϵ </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> τ </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> gives rise to </p>
      <disp-formula id="FD33">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:munder>
              <mml:mrow>
                <mml:mtext>lim</mml:mtext>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>ε</mml:mi>
                <mml:mo>→</mml:mo>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:munder>
            <mml:msub>
              <mml:mi>R</mml:mi>
              <mml:mi>ϵ</mml:mi>
            </mml:msub>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mi>τ</mml:mi>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mn>0.</mml:mn>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Thus, we obtain</p>
      <disp-formula id="FD34">
        <label>(4.4)</label>
        <mml:math>
          <mml:mtable columnalign="left">
            <mml:mtr>
              <mml:mtd>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mi>τ</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mfrac>
                <mml:mstyle displaystyle="true">
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mo>∫</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>R</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>f</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>τ</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mi>φ</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>x</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mtext>d</mml:mtext>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mstyle>
              </mml:mtd>
            </mml:mtr>
            <mml:mtr>
              <mml:mtd>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mstyle displaystyle="true">
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mo>∫</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msubsup>
                          <mml:mi>R</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:msubsup>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msub>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msup>
                                <mml:mi>Φ</mml:mi>
                                <mml:mi>ε</mml:mi>
                              </mml:msup>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mo>(</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mi>x</mml:mi>
                                    <mml:mo>/</mml:mo>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:msub>
                                        <mml:mi>x</mml:mi>
                                        <mml:mi>L</mml:mi>
                                      </mml:msub>
                                    </mml:mrow>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo>)</mml:mo>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mi>x</mml:mi>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mi>b</mml:mi>
                              <mml:mi>z</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>φ</mml:mi>
                            <mml:mo>′</mml:mo>
                          </mml:msup>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mi>x</mml:mi>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:mfrac>
                          <mml:mi>σ</mml:mi>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>x</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>φ</mml:mi>
                            <mml:mo>″</mml:mo>
                          </mml:msup>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mi>x</mml:mi>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mi>f</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>τ</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mi>g</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mtext>d</mml:mtext>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mtext>d</mml:mtext>
                      <mml:mi>z</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:mstyle>
                <mml:mo>.</mml:mo>
              </mml:mtd>
            </mml:mtr>
          </mml:mtable>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>When <inline-formula><mml:math><mml:mi> ε </mml:mi></mml:math></inline-formula> is small enough, the value function (4.1) is a particular case of the general class of value functions defined by</p>
      <disp-formula id="FD35">
        <label>(4.5)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:msup>
              <mml:mi>Φ</mml:mi>
              <mml:mi>ε</mml:mi>
            </mml:msup>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>/</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mi>L</mml:mi>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mi>μ</mml:mi>
            <mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mtext>e</mml:mtext>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>ε</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msup>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mo>(</mml:mo>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:mi>x</mml:mi>
                                      <mml:mo>/</mml:mo>
                                      <mml:mrow>
                                        <mml:msub>
                                          <mml:mi>x</mml:mi>
                                          <mml:mi>L</mml:mi>
                                        </mml:msub>
                                      </mml:mrow>
                                    </mml:mrow>
                                  </mml:mrow>
                                  <mml:mo>)</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mi>δ</mml:mi>
                            </mml:msup>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>/</mml:mo>
                      <mml:mi>δ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:mi>λ</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mtext>e</mml:mtext>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>ε</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msup>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mo>(</mml:mo>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:mi>x</mml:mi>
                                      <mml:mo>/</mml:mo>
                                      <mml:mrow>
                                        <mml:msub>
                                          <mml:mi>x</mml:mi>
                                          <mml:mi>L</mml:mi>
                                        </mml:msub>
                                      </mml:mrow>
                                    </mml:mrow>
                                  </mml:mrow>
                                  <mml:mo>)</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mi>δ</mml:mi>
                            </mml:msup>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>/</mml:mo>
                      <mml:mi>δ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:msup>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mi>λ</mml:mi>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mo>.</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Letting <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> δ </mml:mi><mml:mo> → </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , value function (4.5) is the function (4.1). Moreover, we consider that the quasi-invariant scaling [<xref ref-type="bibr" rid="B31">31</xref>]. Indeed, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ε </mml:mi><mml:mo> → </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , the value function satisfies </p>
      <disp-formula id="FD36">
        <mml:math display="inline">
          <mml:mrow>
            <mml:msup>
              <mml:mi>Φ</mml:mi>
              <mml:mi>ε</mml:mi>
            </mml:msup>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>/</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mi>L</mml:mi>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>≈</mml:mo>
            <mml:mo>−</mml:mo>
            <mml:mi>μ</mml:mi>
            <mml:mi>ε</mml:mi>
            <mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msup>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>(</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>x</mml:mi>
                                  <mml:mo>/</mml:mo>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:msub>
                                      <mml:mi>x</mml:mi>
                                      <mml:mi>L</mml:mi>
                                    </mml:msub>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:mrow>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mo>)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mi>δ</mml:mi>
                        </mml:msup>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>/</mml:mo>
                  <mml:mi>δ</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:mi>λ</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mi>ε</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:msup>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>(</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>x</mml:mi>
                                  <mml:mo>/</mml:mo>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:msub>
                                      <mml:mi>x</mml:mi>
                                      <mml:mi>L</mml:mi>
                                    </mml:msub>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:mrow>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mo>)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mi>δ</mml:mi>
                        </mml:msup>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>/</mml:mo>
                  <mml:mi>δ</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mo>,</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>which implies</p>
      <disp-formula id="FD37">
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:munder>
              <mml:mrow>
                <mml:mtext>lim</mml:mtext>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>ε</mml:mi>
                <mml:mo>→</mml:mo>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:munder>
            <mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mtext>Φ</mml:mtext>
                  <mml:mi>ε</mml:mi>
                </mml:msup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mo>/</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                          <mml:mi>L</mml:mi>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mi>ε</mml:mi>
            </mml:mfrac>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mi>μ</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mn>2</mml:mn>
                <mml:mi>δ</mml:mi>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:msup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                          <mml:mo>/</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msub>
                              <mml:mi>x</mml:mi>
                              <mml:mi>L</mml:mi>
                            </mml:msub>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>δ</mml:mi>
                </mml:msup>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>.</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Furthermore, we consider the quasi-invariant scaling for the introduced value function</p>
      <disp-formula id="FD38">
        <label>(4.6)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:munder>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>lim</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>ε</mml:mi>
                <mml:mo>→</mml:mo>
                <mml:mn>0</mml:mn>
              </mml:mrow>
            </mml:munder>
            <mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>Φ</mml:mi>
                  <mml:mi>ε</mml:mi>
                </mml:msup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mo>/</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                          <mml:mi>L</mml:mi>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mi>ε</mml:mi>
            </mml:mfrac>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mi>Φ</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>/</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msub>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mi>L</mml:mi>
                    </mml:msub>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>.</mml:mo>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>Hence, if we consider the value function <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mi> μ </mml:mi><mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mi> δ </mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> − </mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> / </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> L </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi> δ </mml:mi></mml:msup></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , for any given <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> &lt; </mml:mo><mml:mi> δ </mml:mi><mml:mo> &lt; </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , the kinetic Equation (2.2) in the quasi-invariant limit is given by the Fokker-Planck model.</p>
      <disp-formula id="FD39">
        <label>(4.7)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mfrac>
              <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>τ</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>∂</mml:mo>
                <mml:mi>τ</mml:mi>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mi>μ</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mn>2</mml:mn>
                <mml:mi>δ</mml:mi>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>∂</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>[</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mfrac>
                          <mml:mi>μ</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                            <mml:mi>δ</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msup>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mo>(</mml:mo>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:mi>x</mml:mi>
                                      <mml:mo>/</mml:mo>
                                      <mml:mrow>
                                        <mml:msub>
                                          <mml:mi>x</mml:mi>
                                          <mml:mi>L</mml:mi>
                                        </mml:msub>
                                      </mml:mrow>
                                    </mml:mrow>
                                  </mml:mrow>
                                  <mml:mo>)</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mi>δ</mml:mi>
                            </mml:msup>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mi>x</mml:mi>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:mi>b</mml:mi>
                        <mml:msub>
                          <mml:mi>v</mml:mi>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:msub>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>f</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>x</mml:mi>
                        <mml:mo>,</mml:mo>
                        <mml:mi>τ</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>]</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>∂</mml:mo>
                <mml:mi>x</mml:mi>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mi>σ</mml:mi>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:mfrac>
            <mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>∂</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>[</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:msup>
                    <mml:mi>f</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>x</mml:mi>
                        <mml:mo>,</mml:mo>
                        <mml:mi>τ</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>]</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml: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:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
    </sec>
    <sec id="sec5">
      <title>5. The Stationary Distribution</title>
      <p>Generally speaking, the analytical solutions of the Fokker-Planck Equation (4.7) is difficult to be obtained. Thus, we use the steady-state of the model (4.7) to explain the asymptotic features of the city-size evolution. The stationary distribution of model (4.7) is found by solving the differential equation.</p>
      <sec id="sec5dot1">
        <title>5.1. Urban Population Size</title>
        <p>Moreover, the equilibrium state of Equation (4.7) is given by</p>
        <disp-formula id="FD40">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>[</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mi>μ</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>δ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>x</mml:mi>
                                <mml:mo>/</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:msub>
                                    <mml:mi>x</mml:mi>
                                    <mml:mi>L</mml:mi>
                                  </mml:msub>
                                </mml:mrow>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mi>δ</mml:mi>
                      </mml:msup>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mi>b</mml:mi>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>v</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                  </mml:msub>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>]</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mi>f</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mi>τ</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mi>σ</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>x</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:mi>f</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                          <mml:mo>,</mml:mo>
                          <mml:mi>τ</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>∂</mml:mo>
                  <mml:mi>x</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>from which, we obtain</p>
        <disp-formula id="FD41">
          <label>(5.1)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>f</mml:mi>
                <mml:mi>∞</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>c</mml:mi>
              <mml:msup>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mi>μ</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>δ</mml:mi>
                      <mml:mi>σ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mi>exp</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>[</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mi>μ</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>δ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:mi>σ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>x</mml:mi>
                            <mml:mo>/</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>x</mml:mi>
                                <mml:mi>L</mml:mi>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>δ</mml:mi>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>b</mml:mi>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>v</mml:mi>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>σ</mml:mi>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>]</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where the constant <inline-formula><mml:math><mml:mi> c </mml:mi></mml:math></inline-formula> guarantees that the mass of the steady-state density is <inline-formula><mml:math><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>When <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mi> μ </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> δ </mml:mi><mml:mi> σ </mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> &lt; </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , we find that the equilibrium distribution is a polynomial rate decay with respect to <inline-formula><mml:math><mml:mi> x </mml:mi></mml:math></inline-formula> at infinity. The steady distribution (5.1) has a power law tail.</p>
        <p>When <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mi> μ </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> δ </mml:mi><mml:mi> σ </mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> ≥ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , the steady-state distribution is exponential decay with respect to <inline-formula><mml:math><mml:mi> x </mml:mi></mml:math></inline-formula> at infinity.</p>
        <p>Note that, if <inline-formula><mml:math><mml:mi> x </mml:mi></mml:math></inline-formula> denotes the number of cancer cells, different values about <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mi> δ </mml:mi><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are considered in [<xref ref-type="bibr" rid="B32">32</xref>].</p>
      </sec>
      <sec id="sec5dot2">
        <title>5.2. Working People and Non-Working People</title>
        <p>We assume that a city has a certain proportion of the working population, and the rest people of city are not working. The working people are the persons who are paid for their labor. The city has a population of <inline-formula><mml:math><mml:mi> x </mml:mi></mml:math></inline-formula> . Although the number of urban population <inline-formula><mml:math><mml:mi> x </mml:mi></mml:math></inline-formula> is obviously a natural number, in order to avert unnecessary difficulties, we hypothesise <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ∈ </mml:mo><mml:msup><mml:mi> R </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in the rest of the paper (see [<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>]). The working population <inline-formula><mml:math><mml:mi> q </mml:mi></mml:math></inline-formula> who provide labor in exchange for remuneration is given by </p>
        <disp-formula id="FD42">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>q</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>γ</mml:mi>
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mi> γ </mml:mi></mml:math></inline-formula> represents the proportion of the working population in the city, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> &lt; </mml:mo><mml:mi> γ </mml:mi><mml:mo> &lt; </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>The non-working population in cities includes infants and young children who need care, students who are studying, adults who are not employed, and elderly people without jobs. The non-working population of the city <inline-formula><mml:math><mml:mi> h </mml:mi></mml:math></inline-formula> evolves as </p>
        <disp-formula id="FD43">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>h</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>κ</mml:mi>
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mi> κ </mml:mi></mml:math></inline-formula> represents the proportion of the non-working population in the city, <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> &lt; </mml:mo><mml:mi> κ </mml:mi><mml:mo> &lt; </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>A city’s population is divided into working people and non-working people. Therefore</p>
        <disp-formula id="FD44">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>γ</mml:mi>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi>κ</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>1.</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>The non-working people do not work, but they increase the consumption of the entire city. The development of a city is related to both working and non-working population. We use utility function to represent the preference of urban development. The working population can become non-working people, and some non-working people can become working people. We think about the constant elasticity of substitution (CES) utility function to describe the preference of urban development. Following the work in [<xref ref-type="bibr" rid="B35">35</xref>][<xref ref-type="bibr" rid="B36">36</xref>], we use the following CES utility function </p>
        <disp-formula id="FD45">
          <label>(5.2)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>U</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>q</mml:mi>
                        <mml:mi>ξ</mml:mi>
                      </mml:msup>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mi>β</mml:mi>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>h</mml:mi>
                        <mml:mi>ξ</mml:mi>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mi>ξ</mml:mi>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mi>α</mml:mi>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi>β</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> &lt; </mml:mo><mml:mi> ξ </mml:mi><mml:mo> &lt; </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> &lt; </mml:mo><mml:mi> α </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> β </mml:mi><mml:mo> &lt; </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . When <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ξ </mml:mi><mml:mo> → </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , the utility function (5.2) denotes that the working population and non-working population are completely interchangeable. Namely, the utility function (5.2) converges to the linear utlity function. When <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ξ </mml:mi><mml:mo> → </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , the utility function (5.2) indicates that the working population and non working population can be converted into each other with a certain proportion. Namely, the utility function (5.2) converges to the Cobb-Douglas utility function. Different cities have different preferences for the development of cities. The optimal employment structure when a city achieves a balance between production attractiveness and residential livability. For simplicity, we assume that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ξ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> / </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> for the rest of the study. The values <inline-formula><mml:math><mml:mi> α </mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mi> β </mml:mi></mml:math></inline-formula> are linked to the preferences that the city assigns to the two kinds of people. If <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> α </mml:mi><mml:mo> &gt; </mml:mo><mml:mi> β </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , the city prefers to possess working people. Otherwise, we have an opposite result. The choice <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> α </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> β </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> / </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> means that the two kinds of people are equally important for a city. The total population of the city is <inline-formula><mml:math><mml:mi> x </mml:mi></mml:math></inline-formula> ,</p>
        <disp-formula id="FD46">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>q</mml:mi>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi>h</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Suppose that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ξ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , the utility function (5.2) becomes</p>
        <disp-formula id="FD47">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>U</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>α</mml:mi>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>q</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:mfrac>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msup>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mi>β</mml:mi>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>x</mml:mi>
                              <mml:mo>−</mml:mo>
                              <mml:mi>q</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:mfrac>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:mo>,</mml:mo>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mi>α</mml:mi>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi>β</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>1.</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>When the utility function is maximized, its derivative is zero.</p>
        <disp-formula id="FD48">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:mi>U</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>d</mml:mtext>
                  <mml:mi>q</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>α</mml:mi>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>q</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mi>β</mml:mi>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mi>q</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msubsup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mi>α</mml:mi>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>q</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mi>β</mml:mi>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>x</mml:mi>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mi>q</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msubsup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>0</mml:mn>
              <mml:mo>,</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>from which, we get</p>
        <disp-formula id="FD49">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:mi>α</mml:mi>
              <mml:msup>
                <mml:mi>q</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:mi>β</mml:mi>
              <mml:msubsup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mi>q</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:msubsup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>0.</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Obtaining the maximum utility function, the ratio of working population to non-working population is as follows</p>
        <disp-formula id="FD50">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>h</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>β</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>α</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mi>q</mml:mi>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>When the utility function is maximized, the working population <inline-formula><mml:math><mml:mi> q </mml:mi></mml:math></inline-formula> and no-working population <inline-formula><mml:math><mml:mi> h </mml:mi></mml:math></inline-formula> are</p>
        <disp-formula id="FD51">
          <label>(5.3)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>ξ</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mi>q</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>α</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>α</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>β</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mi>h</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>β</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>β</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>α</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>From Equation (5.3), when urban utility reaches its maximum, the proportion of urban working population in the whole urban population is <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> α </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> α </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> + </mml:mo><mml:msup><mml:mi> β </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . And the ratio of no-working population in the whole population is <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> β </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> α </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> + </mml:mo><mml:msup><mml:mi> β </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>Following the previous method, we get the distribution of the two types of population when the city’s utility is at its maximum. From Equation (5.3), we obtain </p>
        <disp-formula id="FD52">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>x</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>β</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>α</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>α</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mi>q</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>β</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>α</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>β</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mi>h</mml:mi>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>The optimal distribution of working population is <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> q </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> α </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> α </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> + </mml:mo><mml:msup><mml:mi> β </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi> x </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and non-working population is <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> h </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> β </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> β </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> + </mml:mo><mml:msup><mml:mi> α </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi> x </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . The probability densities <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> f </mml:mi><mml:mi> Q </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> q </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> f </mml:mi><mml:mi> H </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> h </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of random variables <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> Q </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> α </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> α </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> + </mml:mo><mml:msup><mml:mi> β </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi> X </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> H </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> β </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> β </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> + </mml:mo><mml:msup><mml:mi> α </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mi> X </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> take the form<sup>1</sup></p>
        <disp-formula id="FD53">
          <label>(5.4)</label>
          <mml:math>
            <mml:mtable columnalign="left">
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>f</mml:mi>
                    <mml:mi>Q</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>q</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mi>c</mml:mi>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>β</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>α</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>α</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mfrac>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msup>
                              <mml:mi>β</mml:mi>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:msup>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:msup>
                              <mml:mi>α</mml:mi>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:msup>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msup>
                              <mml:mi>α</mml:mi>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:msup>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mfrac>
                        <mml:mi>q</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mi>μ</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>δ</mml:mi>
                          <mml:mi>σ</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>exp</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mi>μ</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>δ</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                          <mml:mi>σ</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mo>(</mml:mo>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:mfrac>
                                        <mml:mrow>
                                          <mml:msup>
                                            <mml:mi>β</mml:mi>
                                            <mml:mn>2</mml:mn>
                                          </mml:msup>
                                          <mml:mo>+</mml:mo>
                                          <mml:msup>
                                            <mml:mi>α</mml:mi>
                                            <mml:mn>2</mml:mn>
                                          </mml:msup>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mrow>
                                          <mml:msup>
                                            <mml:mi>α</mml:mi>
                                            <mml:mn>2</mml:mn>
                                          </mml:msup>
                                        </mml:mrow>
                                      </mml:mfrac>
                                      <mml:mi>q</mml:mi>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mo>)</mml:mo>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo>/</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:msub>
                                    <mml:mi>x</mml:mi>
                                    <mml:mi>L</mml:mi>
                                  </mml:msub>
                                </mml:mrow>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mi>δ</mml:mi>
                      </mml:msup>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>α</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                          <mml:mi>b</mml:mi>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>v</mml:mi>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>σ</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msup>
                                <mml:mi>β</mml:mi>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                              </mml:msup>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:msup>
                                <mml:mi>α</mml:mi>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                              </mml:msup>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mi>q</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>and</p>
        <disp-formula id="FD54">
          <label>(5.5)</label>
          <mml:math>
            <mml:mtable columnalign="left">
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>f</mml:mi>
                    <mml:mi>H</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>h</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mi>c</mml:mi>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>β</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>α</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>β</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mfrac>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msup>
                              <mml:mi>β</mml:mi>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:msup>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:msup>
                              <mml:mi>α</mml:mi>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:msup>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msup>
                              <mml:mi>β</mml:mi>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:msup>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mfrac>
                        <mml:mi>h</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mi>μ</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>δ</mml:mi>
                          <mml:mi>σ</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>exp</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mi>μ</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>δ</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                          <mml:mi>σ</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mo>(</mml:mo>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:mfrac>
                                        <mml:mrow>
                                          <mml:msup>
                                            <mml:mi>β</mml:mi>
                                            <mml:mn>2</mml:mn>
                                          </mml:msup>
                                          <mml:mo>+</mml:mo>
                                          <mml:msup>
                                            <mml:mi>α</mml:mi>
                                            <mml:mn>2</mml:mn>
                                          </mml:msup>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mrow>
                                          <mml:msup>
                                            <mml:mi>β</mml:mi>
                                            <mml:mn>2</mml:mn>
                                          </mml:msup>
                                        </mml:mrow>
                                      </mml:mfrac>
                                      <mml:mi>h</mml:mi>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mo>)</mml:mo>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo>/</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:msub>
                                    <mml:mi>x</mml:mi>
                                    <mml:mi>L</mml:mi>
                                  </mml:msub>
                                </mml:mrow>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mi>δ</mml:mi>
                      </mml:msup>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>β</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                          <mml:mi>b</mml:mi>
                          <mml:msub>
                            <mml:mi>v</mml:mi>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:msub>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>σ</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msup>
                                <mml:mi>β</mml:mi>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                              </mml:msup>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:msup>
                                <mml:mi>α</mml:mi>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                              </mml:msup>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mi>h</mml:mi>
                        </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>From (5.1), (5.4) and (5.5), we obtain that the city-size distribution follows a power law. The optimal distribution of working population <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> f </mml:mi><mml:mi> Q </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> q </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and non-working population <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> f </mml:mi><mml:mi> H </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> h </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> also follow a power law.</p>
      </sec>
    </sec>
    <sec id="sec6">
      <title>6. Numerical Experiments</title>
      <p>We conduct the numerical experiments in two parts. In the first part, we observe the image of the steady-state solution of urban population distribution; in the second part, we carry out an analysis in combination with China’s urban population data.</p>
      <sec id="sec6dot1">
        <title>6.1. Test 1</title>
        <p>The empirical research on the power law distribution of urban city-size is presented in [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>]. When utility function is at its maximum, both the distribution of working population and non-working population follow a power law. Thus, in this part, we mainly consider the impact of urban internal mechanisms on the urban population, such as the psychological state of the urban population. Therefore, we ignore the influence of external factors in the city and assume that the immigration rate of the external environment of the city <inline-formula><mml:math><mml:mi> b </mml:mi></mml:math></inline-formula> is zero. We choose Equation (5.1) to describe the stationary city-size distribution, namely, </p>
        <disp-formula id="FD55">
          <label>(6.1)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>f</mml:mi>
                <mml:mi>∞</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>c</mml:mi>
              <mml:msup>
                <mml:mi>x</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mi>μ</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>δ</mml:mi>
                      <mml:mi>σ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mi>exp</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>[</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mi>μ</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>δ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:mi>σ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>x</mml:mi>
                            <mml:mo>/</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msub>
                                <mml:mi>x</mml:mi>
                                <mml:mi>L</mml:mi>
                              </mml:msub>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>δ</mml:mi>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>]</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Since <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mrow><mml:msub><mml:mo> ∫ </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> R </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo></mml:msub></mml:mrow></mml:msub><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> f </mml:mi><mml:mi> ∞ </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mtext> d </mml:mtext><mml:mi> x </mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Considering <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mfrac><mml:mi> μ </mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> δ </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mi> σ </mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> / </mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> L </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mi> δ </mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , we have <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> δ </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mi> σ </mml:mi></mml:mrow><mml:mi> μ </mml:mi></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> L </mml:mi><mml:mi> δ </mml:mi></mml:msubsup><mml:mi> y </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mi> σ </mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mtext> d </mml:mtext><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi> δ </mml:mi><mml:mi> σ </mml:mi></mml:mrow><mml:mi> μ </mml:mi></mml:mfrac><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:msup><mml:mi> δ </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mi> σ </mml:mi></mml:mrow><mml:mi> μ </mml:mi></mml:mfrac><mml:msubsup><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> L </mml:mi><mml:mi> δ </mml:mi></mml:msubsup><mml:mi> y </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mi> δ </mml:mi></mml:mfrac><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msubsup><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> L </mml:mi><mml:mi> δ </mml:mi></mml:msubsup></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mtext> d </mml:mtext><mml:mi> y </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . We acquire</p>
        <disp-formula id="FD56">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>c</mml:mi>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mi>δ</mml:mi>
              </mml:mfrac>
              <mml:msup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>δ</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                          <mml:mi>σ</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mi>μ</mml:mi>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mi>x</mml:mi>
                        <mml:mi>L</mml:mi>
                        <mml:mi>δ</mml:mi>
                      </mml:msubsup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mi>μ</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>δ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:mi>σ</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mi>δ</mml:mi>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:mrow>
                  <mml:msub>
                    <mml:mo>∫</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mi>R</mml:mi>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mi>y</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mfrac>
                          <mml:mi>μ</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msup>
                              <mml:mi>δ</mml:mi>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:msup>
                            <mml:mi>σ</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mfrac>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mfrac>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:mi>δ</mml:mi>
                        </mml:mfrac>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msup>
                    <mml:msup>
                      <mml:mtext>e</mml:mtext>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mi>y</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msup>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mi>y</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>1.</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Using <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> Γ </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mi> μ </mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> δ </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mi> σ </mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo> − </mml:mo><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mi> δ </mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo> ∫ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mrow><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> ∞ </mml:mi></mml:mrow></mml:msubsup><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> y </mml:mi><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mi> μ </mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> δ </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mi> σ </mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo> − </mml:mo><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mi> δ </mml:mi></mml:mfrac><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mtext> e </mml:mtext><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi></mml:mrow></mml:msup><mml:mtext> d </mml:mtext><mml:mi> y </mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle></mml:mrow></mml:math></inline-formula> yields</p>
        <disp-formula id="FD57">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>c</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mi>δ</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>[</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msup>
                                <mml:mi>δ</mml:mi>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                              </mml:msup>
                              <mml:mi>σ</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi>μ</mml:mi>
                          </mml:mfrac>
                          <mml:msubsup>
                            <mml:mi>x</mml:mi>
                            <mml:mi>L</mml:mi>
                            <mml:mi>δ</mml:mi>
                          </mml:msubsup>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>]</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mi>μ</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>δ</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                          <mml:mi>σ</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mi>δ</mml:mi>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>Γ</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mi>μ</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>δ</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                          <mml:mi>σ</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mi>δ</mml:mi>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>.</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>We choose different values of the parameters of the stationary distribution of urban people, which include working people, and compare several numerical results.</p>
        <p>Firstly, we consider different stationary city-size distribution with different values of <inline-formula><mml:math><mml:mi> σ </mml:mi></mml:math></inline-formula> , which describes the contribution of diffusion. We suppose that the ideal urban population <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> L </mml:mi></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1000000 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> L </mml:mi></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 2000000 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . The probability density distribution under the steady distribution of the urban population size is shown in <xref ref-type="fig" rid="fig2">Figure 2</xref> when <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> μ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0.5 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> δ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0.5 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . The steady-state profile <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> f </mml:mi><mml:mi> ∞ </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> corresponds to <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> σ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0.4 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> σ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0.3 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> σ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0.2 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . For each value of <inline-formula><mml:math><mml:mi> σ </mml:mi></mml:math></inline-formula> , we find that each steady-state profile <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> f </mml:mi><mml:mi> ∞ </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> has a unique vertex. The steady distribution of different <inline-formula><mml:math><mml:mi> σ </mml:mi></mml:math></inline-formula> with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> L </mml:mi></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1000000 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in <xref ref-type="fig" rid="fig2">Figure 2(a)</xref>, and the steady distribution of different <inline-formula><mml:math><mml:mi> σ </mml:mi></mml:math></inline-formula> with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> L </mml:mi></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 2000000 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in <xref ref-type="fig" rid="fig2">Figure 2(b)</xref>. We conclude that any decrease of <inline-formula><mml:math><mml:mi> σ </mml:mi></mml:math></inline-formula> leads to the stationary distribution with lower vertex and more fatter tails.</p>
        <p>Secondly, we consider the probability density of urban population size distribution corresponding to different <inline-formula><mml:math><mml:mi> δ </mml:mi></mml:math></inline-formula> , which represents the contribution of drift. In this case, we also assume that the ideal urban population <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> L </mml:mi></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1000000 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> L </mml:mi></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 2000000 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . The steady distribution of the urban population size is shown in <xref ref-type="fig" rid="fig3">Figure 3</xref> when <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> σ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0.4 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> μ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0.5 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . The steady-state profile <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> f </mml:mi><mml:mi> ∞ </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> corresponds to <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> δ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0.5 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> δ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0.4 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> δ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0.3 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . For every <inline-formula><mml:math><mml:mi> σ </mml:mi></mml:math></inline-formula> , we find that the corresponding stationary profile <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> f </mml:mi><mml:mi> ∞ </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> possesses a unique vertex. The steady distribution of different <inline-formula><mml:math><mml:mi> σ </mml:mi></mml:math></inline-formula> with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> L </mml:mi></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1000000 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in <xref ref-type="fig" rid="fig3">Figure 3(a)</xref>, and the steady distribution of different <inline-formula><mml:math><mml:mi> σ </mml:mi></mml:math></inline-formula> with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> L </mml:mi></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 2000000 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in <xref ref-type="fig" rid="fig3">Figure 3(b)</xref>. We conclude that any decrease of</p>
        <fig id="fig2">
          <label>Figure 2</label>
          <graphic xlink:href="https://html.scirp.org/file/1724626-rId474.jpeg?20260410015051" />
        </fig>
        <p><bold>Figure 2</bold><bold>.</bold> Behaviors of the steady-state probability density distribution of urban population size for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> σ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0.4 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (blue line), <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> σ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0.3 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (black line), <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> σ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0.2 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (red line). (a) <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> L </mml:mi></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1000000 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , (b) <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> L </mml:mi></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 2000000 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <fig id="fig3">
          <label>Figure 3</label>
          <graphic xlink:href="https://html.scirp.org/file/1724626-rId485.jpeg?20260410015051" />
        </fig>
        <p><bold>Figure 3</bold><bold>.</bold> Behaviors of the steady-state probability density distribution of urban population size for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> δ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0.5 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (blue line), <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> δ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0.4 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (black line), <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> δ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0.3 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (red line). (a) <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> L </mml:mi></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1000000 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , (b) <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> L </mml:mi></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 2000000 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p><inline-formula><mml:math><mml:mi> σ </mml:mi></mml:math></inline-formula> leads to the stationary distribution with lower vertex and more fatter tails. Thirdly, we consider the probability density of urban population size distribution corresponding to different <inline-formula><mml:math><mml:mi> μ </mml:mi></mml:math></inline-formula> , which represents the contribution of drift. In this case, we also let ideal urban population <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> L </mml:mi></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1000000 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> L </mml:mi></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 2000000 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . The steady distribution of the urban population size is shown in <xref ref-type="fig" rid="fig4">Figure 4</xref> when <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> δ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0.5 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> σ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0.4 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . The stationary profile <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> f </mml:mi><mml:mi> ∞ </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> corresponds to <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> μ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0.5 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> μ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0.48 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> μ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0.46 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . For every <inline-formula><mml:math><mml:mi> μ </mml:mi></mml:math></inline-formula> , we find that the corressponding profile <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> f </mml:mi><mml:mi> ∞ </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> possesses a unique vertex. The steady distribution of different <inline-formula><mml:math><mml:mi> σ </mml:mi></mml:math></inline-formula> with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> L </mml:mi></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1000000 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in <xref ref-type="fig" rid="fig4">Figure 4(a)</xref>, and the steady distribution of different <inline-formula><mml:math><mml:mi> σ </mml:mi></mml:math></inline-formula> with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> L </mml:mi></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 2000000 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in <xref ref-type="fig" rid="fig4">Figure 4(b)</xref>. We conclude that any decrease of <inline-formula><mml:math><mml:mi> μ </mml:mi></mml:math></inline-formula> leads to the stationary distribution with lower vertex and more fatter tails.</p>
        <fig id="fig4">
          <label>Figure 4</label>
          <graphic xlink:href="https://html.scirp.org/file/1724626-rId530.jpeg?20260410015051" />
        </fig>
        <p><bold>Figure 4</bold><bold>.</bold> Behaviors of the steady-state probability density distribution of urban population size for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> μ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0.5 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (blue line), <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> μ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0.48 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (black line), <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> μ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0.46 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (red line). (a) <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> L </mml:mi></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1000000 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , (b) <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> L </mml:mi></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 2000000 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>Fourthly, we consider the stationary profile <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> f </mml:mi><mml:mi> ∞ </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> when <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> μ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0.5 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> δ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0.5 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> σ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0.5 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Seeing from <xref ref-type="fig" rid="fig5">Figure 5</xref>, the steady distribution has no vertex. This extreme case implies that stationary distribution possesses thin tail.</p>
        <fig id="fig5">
          <label>Figure 5</label>
          <graphic xlink:href="https://html.scirp.org/file/1724626-rId549.jpeg?20260410015051" />
        </fig>
        <p><bold>Figure 5</bold><bold>.</bold> Behaviors of the steady-state probability density distribution of urban population size for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> μ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0.5 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> σ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0.5 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> δ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0.5 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
        <p>Finally, when utility function is at its maximum, we consider the probability density of working population corresponding to different <inline-formula><mml:math><mml:mi> α </mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mi> β </mml:mi></mml:math></inline-formula> . The steady distribution of working population with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> δ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0.5 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> σ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0.4 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> μ </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0.5 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> x </mml:mi><mml:mi> L </mml:mi></mml:msub><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 2000000 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is shown in <xref ref-type="fig" rid="fig6">Figure 6</xref>. We conclude that any increase of <inline-formula><mml:math><mml:mi> α </mml:mi></mml:math></inline-formula> leads to the stationary distribution with lower vertex and more fatter tails.</p>
        <fig id="fig6">
          <label>Figure 6</label>
          <graphic xlink:href="https://html.scirp.org/file/1724626-rId570.jpeg?20260410015051" />
        </fig>
        <p><bold>Figure 6</bold><bold>.</bold> Behaviors of the steady-state probability density distribution of urban working population for <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> α </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> / </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> α </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> / </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> α </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> / </mml:mo><mml:mn> 4 </mml:mn></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> α </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> / </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> α </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 3 </mml:mn><mml:mo> / </mml:mo><mml:mn> 4 </mml:mn></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . </p>
      </sec>
      <sec id="sec6dot2">
        <title>6.2. Test 2</title>
        <p>A city’s development is inseparable from its education, medical care, and industries. Therefore, the working population and non-working population are complementary to each other. If a city is rich in educational resources, it will attract many families with children. If a city has excellent medical resources, it will attract many families with members suffering from illnesses. If a city has a well-developed financial industry, it will be highly attractive to financial talents.</p>
        <p>We use the 2024 population data from China Statistical Yearbook, which contains the population data of 2023. We list the total population (unit: 10,000 people), working population (unit: 10,000 people), and gross regional product (GRP unit: 100 million yuan) of several cities in <bold>Table 1</bold>.</p>
        <p><bold>Table 1</bold><bold>.</bold> Urban population and gross regional product.</p>
        <table-wrap id="tbl1">
          <label>Table 1</label>
          <table>
            <tbody>
              <tr>
                <td>Region</td>
                <td>Total population</td>
                <td>Working people</td>
                <td>Gross regional product</td>
              </tr>
              <tr>
                <td>Beijing</td>
                <td>2186</td>
                <td>1129</td>
                <td>43760.7</td>
              </tr>
              <tr>
                <td>Shanghai</td>
                <td>2467</td>
                <td>1345</td>
                <td>47218.7</td>
              </tr>
              <tr>
                <td>Chongqing</td>
                <td>3043</td>
                <td>1662</td>
                <td>30145.8</td>
              </tr>
              <tr>
                <td>Hebei</td>
                <td>7323</td>
                <td>3623</td>
                <td>43944.1</td>
              </tr>
              <tr>
                <td>Shanxi</td>
                <td>3528</td>
                <td>1704</td>
                <td>25698.2</td>
              </tr>
              <tr>
                <td>Liaoning</td>
                <td>4358</td>
                <td>2091</td>
                <td>30209.4</td>
              </tr>
            </tbody>
          </table>
        </table-wrap>
        <p>The three cities are municipalities directly under the Central Government of China, each with its own characteristics. Beijing is the political and cultural center, Shanghai is the economic and financial center, and Chongqing is a hub in western China. After calculation, we derive the ratio of parameter <inline-formula><mml:math><mml:mi> α </mml:mi></mml:math></inline-formula> to parameter <inline-formula><mml:math><mml:mi> β </mml:mi></mml:math></inline-formula> as shown in <bold>Table 2</bold>.</p>
        <p><bold>Table 2</bold><bold>.</bold> The ratio of the working population to the non-working population.</p>
        <table-wrap id="tbl2">
          <label>Table 2</label>
          <table>
            <tbody>
              <tr>
                <td>Region</td>
                <td>
                  <inline-formula>
                    <mml:math>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>α</mml:mi>
                          <mml:mo>/</mml:mo>
                          <mml:mi>β</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                    </mml:math>
                  </inline-formula>
                </td>
                <td>Average GRP</td>
              </tr>
              <tr>
                <td>Beijing</td>
                <td>1.03</td>
                <td>20.02</td>
              </tr>
              <tr>
                <td>Shanghai</td>
                <td>1.09</td>
                <td>19.14</td>
              </tr>
              <tr>
                <td>Chongqing</td>
                <td>1.1</td>
                <td>9.91</td>
              </tr>
              <tr>
                <td>Hebei</td>
                <td>0.99</td>
                <td>6.00</td>
              </tr>
              <tr>
                <td>Shanxi</td>
                <td>0.97</td>
                <td>7.28</td>
              </tr>
              <tr>
                <td>Liaoning</td>
                <td>0.96</td>
                <td>6.93</td>
              </tr>
            </tbody>
          </table>
        </table-wrap>
        <p>Through observation, it is found that the ratio of the working population to the non-working population is approximately 1. Cities with a relatively high average gross regional product (Average GRP) have a ratio of working population to non-working population greater than 1; furthermore, the higher the average GRP, the closer this ratio is to 1.</p>
      </sec>
    </sec>
    <sec id="sec7">
      <title>7. Conclusion</title>
      <p>In this work, we employ a kinetic model to investigate the evolution of the urban population. We assume that the urban population is made up of working and non-working people. The model contains a utility function to represent the preference for city development. When the working population and the non-working population reach an appropriate proportion, the city reaches its optimal development. We consider that a value function describes the change rate of the urban population caused by psychological factors. We describe the interaction rules of urban population change, and give the Boltzmann-type equation and the corresponding Fokker-Planck equation. We obtain the stationary city-size distribution, and find that when urban utility reaches its maximum, both the working population and the non-working population distribution obey the power law. Nevertheless, this study has several limitations: the simplification of the population into two groups, the (<inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> b </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ) assumption adopted in Test 1, and the lack of empirical identification of the external distribution g(z). These issues warrant further investigation and improvement in future research. </p>
    </sec>
    <sec id="sec8">
      <title>Funding</title>
      <p>This work is supported by the Key Research Base Project of Philosophy and Social Sciences in Aba Prefecture (Grant No.ABKT-CXBLY2025-34).</p>
    </sec>
    <sec id="sec9">
      <title>NOTES</title>
      <p><sup>1</sup>If the probability density of a continuous random variable <inline-formula><mml:math><mml:mi> X </mml:mi></mml:math></inline-formula> is <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> f </mml:mi><mml:mi> X </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , (<inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> ∞ </mml:mi><mml:mo> &lt; </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> &lt; </mml:mo><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> ∞ </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ), the function <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> s </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is differentiable everywhere and strictly monotonic, then <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> Y </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> s </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> X </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is a continuous random variable and the probability density <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> f </mml:mi><mml:mi> Y </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> f </mml:mi><mml:mi> Y </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mtable columnalign="left"><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> f </mml:mi><mml:mi> X </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> [ </mml:mo><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> s </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> ] </mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mtext> d </mml:mtext><mml:msup><mml:mi> s </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mrow><mml:mtext> d </mml:mtext><mml:mi> y </mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo> | </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> , </mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> &lt; </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> &lt; </mml:mo><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr columnalign="left"><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo></mml:mrow></mml:mtd><mml:mtd columnalign="left"><mml:mrow><mml:mtext> otherwise </mml:mtext><mml:mo> , </mml:mo></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> min </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> s </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> ∞ </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> s </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> ∞ </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> r </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> max </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> { </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> s </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> ∞ </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> s </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> ∞ </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> } </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
    </sec>
  </body>
  <back>
    <ref-list>
      <title>References</title>
      <ref id="B1">
        <label>1.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Zanette, D.H. and Manrubia, S.C. (1997) Role of Intermittency in Urban Development: A Model of Large-Scale City Formation. <italic>Physical</italic><italic>Review</italic><italic>Letters</italic>, 79, 523-526. https://doi.org/10.1103/physrevlett.79.523 <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevlett.79.523</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1103/physrevlett.79.523">https://doi.org/10.1103/physrevlett.79.523</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Zanette, D.H.</string-name>
              <string-name>Manrubia, S.C.</string-name>
            </person-group>
            <year>1997</year>
            <article-title>Role of Intermittency in Urban Development: A Model of Large-Scale City Formation</article-title>
            <source>Physical Review Letters</source>
            <volume>79</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevlett.79.523</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B2">
        <label>2.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Benguigui, L. and Blumenfeld-Lieberthal, E. (2007) Beyond the Power Law—A New Approach to Analyze City Size Distributions. <italic>Computers</italic>, <italic>Environment</italic><italic>and</italic><italic>Urban</italic><italic>Systems</italic>, 31, 648-666. https://doi.org/10.1016/j.compenvurbsys.2006.11.002 <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.compenvurbsys.2006.11.002</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.compenvurbsys.2006.11.002">https://doi.org/10.1016/j.compenvurbsys.2006.11.002</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Benguigui, L.</string-name>
              <string-name>Blumenfeld-Lieberthal, E.</string-name>
              <string-name>Computers, E</string-name>
            </person-group>
            <year>2007</year>
            <article-title>Beyond the Power Law—A New Approach to Analyze City Size Distributions</article-title>
            <source>Computers</source>
            <volume>31</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.compenvurbsys.2006.11.002</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B3">
        <label>3.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Garmestani, A.S., Allen, C.R. and Gallagher, C.M. (2008) Power Laws, Discontinuities and Regional City Size Distributions. <italic>Journal</italic><italic>of</italic><italic>Economic</italic><italic>Behavior</italic><italic>&amp;</italic><italic>Organization</italic>, 68, 209-216. https://doi.org/10.1016/j.jebo.2008.03.011 <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jebo.2008.03.011</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.jebo.2008.03.011">https://doi.org/10.1016/j.jebo.2008.03.011</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Garmestani, A.S.</string-name>
              <string-name>Allen, C.R.</string-name>
              <string-name>Gallagher, C.M.</string-name>
              <string-name>Laws, D</string-name>
            </person-group>
            <year>2008</year>
            <article-title>Power Laws, Discontinuities and Regional City Size Distributions</article-title>
            <source>Journal of Economic Behavior &amp; Organization</source>
            <volume>68</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jebo.2008.03.011</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B4">
        <label>4.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Eeckhout, J. (2004) Gibrat’s Law for (All) Cities. <italic>American</italic><italic>Economic</italic><italic>Review</italic>, 94, 1429-1451. https://doi.org/10.1257/0002828043052303 <pub-id pub-id-type="doi">10.1257/0002828043052303</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1257/0002828043052303">https://doi.org/10.1257/0002828043052303</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Eeckhout, J.</string-name>
            </person-group>
            <year>2004</year>
            <article-title>Gibrat’s Law for (All) Cities</article-title>
            <source>American Economic Review</source>
            <volume>94</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1257/0002828043052303</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B5">
        <label>5.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Eeckhout, J. (2009) Gibrat’s Law for (All) Cities: Reply. <italic>American</italic><italic>Economic</italic><italic>Review</italic>, 99, 1676-1683. https://doi.org/10.1257/aer.99.4.1676 <pub-id pub-id-type="doi">10.1257/aer.99.4.1676</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1257/aer.99.4.1676">https://doi.org/10.1257/aer.99.4.1676</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Eeckhout, J.</string-name>
            </person-group>
            <year>2009</year>
            <article-title>Gibrat’s Law for (All) Cities: Reply</article-title>
            <source>American Economic Review</source>
            <volume>99</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1257/aer.99.4.1676</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B6">
        <label>6.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Gualandi, S. and Toscani, G. (2019) Size Distribution of Cities: A Kinetic Explanation. <italic>Physica</italic><italic>A</italic>: <italic>Statistical</italic><italic>Mechanics</italic><italic>and</italic><italic>Its</italic><italic>Applications</italic>, 524, 221-234. https://doi.org/10.1016/j.physa.2019.04.260 <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physa.2019.04.260</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.physa.2019.04.260">https://doi.org/10.1016/j.physa.2019.04.260</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Gualandi, S.</string-name>
              <string-name>Toscani, G.</string-name>
            </person-group>
            <year>2019</year>
            <article-title>Size Distribution of Cities: A Kinetic Explanation</article-title>
            <source>Physica A: Statistical Mechanics and Its Applications</source>
            <volume>524</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physa.2019.04.260</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B7">
        <label>7.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Yu, L. and Liao, J. (2021) Non-Maxwellian Kinetic Modelling of City Size Distribution. <italic>Journal</italic><italic>of</italic><italic>Applied</italic><italic>Mathematics</italic><italic>and</italic><italic>Physics</italic>, 9, 1329-1339. https://doi.org/10.4236/jamp.2021.96090 <pub-id pub-id-type="doi">10.4236/jamp.2021.96090</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.4236/jamp.2021.96090">https://doi.org/10.4236/jamp.2021.96090</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Yu, L.</string-name>
              <string-name>Liao, J.</string-name>
            </person-group>
            <year>2021</year>
            <article-title>Non-Maxwellian Kinetic Modelling of City Size Distribution</article-title>
            <source>Journal of Applied Mathematics and Physics</source>
            <volume>9</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.4236/jamp.2021.96090</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B8">
        <label>8.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Calderín-Ojeda, E. (2016) The Distribution of All French Communes: A Composite Parametric Approach. <italic>Physica</italic><italic>A</italic>: <italic>Statistical</italic><italic>Mechanics</italic><italic>and</italic><italic>its</italic><italic>Applications</italic>, 450, 385-394. https://doi.org/10.1016/j.physa.2016.01.018 <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physa.2016.01.018</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.physa.2016.01.018">https://doi.org/10.1016/j.physa.2016.01.018</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Ojeda, E.</string-name>
            </person-group>
            <year>2016</year>
            <article-title>The Distribution of All French Communes: A Composite Parametric Approach</article-title>
            <source>Physica A: Statistical Mechanics and its Applications</source>
            <volume>450</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physa.2016.01.018</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B9">
        <label>9.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Wu, G.Z. and Yang, J.W. (2017) The Empirical Study of Chinese City Rank-Size Power Law Distribution. <italic>Economic</italic><italic>Geography</italic>, 37, 59-65. (In Chinese)</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Wu, G.Z.</string-name>
              <string-name>Yang, J.W.</string-name>
            </person-group>
            <year>2017</year>
            <article-title>The Empirical Study of Chinese City Rank-Size Power Law Distribution</article-title>
            <source>Economic Geography</source>
            <volume>37</volume>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B10">
        <label>10.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Zipf, G.K. (1949) Human Behavior and the Principle of Least Effort, Addison-Wesley.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Zipf, G.K.</string-name>
              <string-name>Effort, A</string-name>
            </person-group>
            <year>1949</year>
            <article-title>Human Behavior and the Principle of Least Effort, Addison-Wesley</article-title>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B11">
        <label>11.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Gabaix, X. (1999) Zipf’s Law for Cities: An Explanation. <italic>The</italic><italic>Quarterly</italic><italic>Journal</italic><italic>of</italic><italic>Economics</italic>, 114, 739-767. https://doi.org/10.1162/003355399556133 <pub-id pub-id-type="doi">10.1162/003355399556133</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1162/003355399556133">https://doi.org/10.1162/003355399556133</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Gabaix, X.</string-name>
            </person-group>
            <year>1999</year>
            <article-title>Zipf’s Law for Cities: An Explanation</article-title>
            <source>The Quarterly Journal of Economics</source>
            <volume>114</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1162/003355399556133</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B12">
        <label>12.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Marsili, M. and Zhang, Y. (1998) Interacting Individuals Leading to Zipf’s Law. <italic>Physical</italic><italic>Review</italic><italic>Letters</italic>, 80, 2741-2744. https://doi.org/10.1103/physrevlett.80.2741 <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevlett.80.2741</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1103/physrevlett.80.2741">https://doi.org/10.1103/physrevlett.80.2741</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Marsili, M.</string-name>
              <string-name>Zhang, Y.</string-name>
            </person-group>
            <year>1998</year>
            <article-title>Interacting Individuals Leading to Zipf’s Law</article-title>
            <source>Physical Review Letters</source>
            <volume>80</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physrevlett.80.2741</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B13">
        <label>13.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Ghosh, A., Chatterjee, A., Chakrabarti, A.S. and Chakrabarti, B.K. (2014) Zipf’s Law in City Size from a Resource Utilization Model. <italic>Physical</italic><italic>Review</italic><italic>E</italic>, 90, Article ID: 042815. https://doi.org/10.1103/physreve.90.042815 <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physreve.90.042815</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">25375557</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1103/physreve.90.042815">https://doi.org/10.1103/physreve.90.042815</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Ghosh, A.</string-name>
              <string-name>Chatterjee, A.</string-name>
              <string-name>Chakrabarti, A.S.</string-name>
              <string-name>Chakrabarti, B.K.</string-name>
            </person-group>
            <year>2014</year>
            <article-title>Zipf’s Law in City Size from a Resource Utilization Model</article-title>
            <source>Physical Review E</source>
            <volume>90</volume>
            <fpage>042815</fpage>
            <elocation-id>ID</elocation-id>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physreve.90.042815</pub-id>
            <pub-id pub-id-type="pmid">25375557</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B14">
        <label>14.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Gangopadhyay, K. and Basu, B. (2009) City Size Distributions for India and China. <italic>Physica</italic><italic>A</italic>: <italic>Statistical</italic><italic>Mechanics</italic><italic>and</italic><italic>Its</italic><italic>Applications</italic>, 388, 2682-2688. https://doi.org/10.1016/j.physa.2009.03.019 <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physa.2009.03.019</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.physa.2009.03.019">https://doi.org/10.1016/j.physa.2009.03.019</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Gangopadhyay, K.</string-name>
              <string-name>Basu, B.</string-name>
            </person-group>
            <year>2009</year>
            <article-title>City Size Distributions for India and China</article-title>
            <source>Physica A: Statistical Mechanics and Its Applications</source>
            <volume>388</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physa.2009.03.019</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B15">
        <label>15.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">González-Val, R. (2020) The Spanish Spatial City Size Distribution. <italic>Environment</italic><italic>and</italic><italic>Planning</italic><italic>B</italic>: <italic>Urban</italic><italic>Analytics</italic><italic>and</italic><italic>City</italic><italic>Science</italic>, 48, 1609-1631. https://doi.org/10.1177/2399808320941860 <pub-id pub-id-type="doi">10.1177/2399808320941860</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1177/2399808320941860">https://doi.org/10.1177/2399808320941860</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Val, R.</string-name>
            </person-group>
            <year>2020</year>
            <article-title>The Spanish Spatial City Size Distribution</article-title>
            <source>Environment and Planning B: Urban Analytics and City Science</source>
            <volume>48</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1177/2399808320941860</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B16">
        <label>16.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Li, W. and Zhang, Y. (2018) Triangle Law or Power Law. City Size Distribution in Sub-National Levelled Administrative Areas in China. <italic>International</italic><italic>Review</italic><italic>for</italic><italic>Spatial</italic><italic>Planning</italic><italic>and</italic><italic>Sustainable</italic><italic>Development</italic>, 6, 203-215. https://doi.org/10.14246/irspsda.6.3_203 <pub-id pub-id-type="doi">10.14246/irspsda.6.3_203</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.14246/irspsda.6.3_203">https://doi.org/10.14246/irspsda.6.3_203</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Li, W.</string-name>
              <string-name>Zhang, Y.</string-name>
            </person-group>
            <year>2018</year>
            <article-title>Triangle Law or Power Law</article-title>
            <source>City Size Distribution in Sub-National Levelled Administrative Areas in China. International Review for Spatial Planning and Sustainable Development</source>
            <volume>6</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.14246/irspsda.6.3_203</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B17">
        <label>17.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Levy, M. (2009) Gibrat’s Law for (All) Cities: Comment. <italic>American</italic><italic>Economic</italic><italic>Review</italic>, 99, 1672-1675. https://doi.org/10.1257/aer.99.4.1672 <pub-id pub-id-type="doi">10.1257/aer.99.4.1672</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1257/aer.99.4.1672">https://doi.org/10.1257/aer.99.4.1672</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Levy, M.</string-name>
            </person-group>
            <year>2009</year>
            <article-title>Gibrat’s Law for (All) Cities: Comment</article-title>
            <source>American Economic Review</source>
            <volume>99</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1257/aer.99.4.1672</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B18">
        <label>18.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Zhang, W., Yang, D. and Huo, J. (2016) Studies of the Relationship between City Size and Urban Benefits in China Based on a Panel Data Model. <italic>Sustainability</italic>, 8, Article No. 554. https://doi.org/10.3390/su8060554 <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/su8060554</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.3390/su8060554">https://doi.org/10.3390/su8060554</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Zhang, W.</string-name>
              <string-name>Yang, D.</string-name>
              <string-name>Huo, J.</string-name>
            </person-group>
            <year>2016</year>
            <article-title>Studies of the Relationship between City Size and Urban Benefits in China Based on a Panel Data Model</article-title>
            <source>Sustainability</source>
            <volume>8</volume>
            <elocation-id>No</elocation-id>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.3390/su8060554</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B19">
        <label>19.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Xu, Z. and Zhu, N. (2009) City Size Distribution in China: Are Large Cities Dominant? <italic>Urban</italic><italic>Studies</italic>, 46, 2159-2185. https://doi.org/10.1177/0042098009339432 <pub-id pub-id-type="doi">10.1177/0042098009339432</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1177/0042098009339432">https://doi.org/10.1177/0042098009339432</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Xu, Z.</string-name>
              <string-name>Zhu, N.</string-name>
            </person-group>
            <year>2009</year>
            <article-title>City Size Distribution in China: Are Large Cities Dominant? Urban Studies, 46, 2159-2185</article-title>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1177/0042098009339432</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B20">
        <label>20.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Brenner, N. and Theodore, N. (2002) Cities and the Geographies of “Actually Existing Neoliberalism”. <italic>Antipode</italic>, 34, 349-379. https://doi.org/10.1111/1467-8330.00246 <pub-id pub-id-type="doi">10.1111/1467-8330.00246</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1111/1467-8330.00246">https://doi.org/10.1111/1467-8330.00246</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Brenner, N.</string-name>
              <string-name>Theodore, N.</string-name>
            </person-group>
            <year>2002</year>
            <article-title>Cities and the Geographies of “Actually Existing Neoliberalism”</article-title>
            <source>Antipode</source>
            <volume>34</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1111/1467-8330.00246</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B21">
        <label>21.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Jacobs, J.M. (2012) Urban Geographies I: Still Thinking Cities Relationally. <italic>Progress</italic><italic>in</italic><italic>Human</italic><italic>Geography</italic>, 36, 412-422. https://doi.org/10.1177/0309132511421715 <pub-id pub-id-type="doi">10.1177/0309132511421715</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1177/0309132511421715">https://doi.org/10.1177/0309132511421715</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Jacobs, J.M.</string-name>
            </person-group>
            <year>2012</year>
            <article-title>Urban Geographies I: Still Thinking Cities Relationally</article-title>
            <source>Progress in Human Geography</source>
            <volume>36</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1177/0309132511421715</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B22">
        <label>22.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Cordier, S., Pareschi, L. and Piatecki, C. (2009) Mesoscopic Modelling of Financial Markets. <italic>Journal</italic><italic>of</italic><italic>Statistical</italic><italic>Physics</italic>, 134, 161-184. https://doi.org/10.1007/s10955-008-9667-z <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10955-008-9667-z</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1007/s10955-008-9667-z">https://doi.org/10.1007/s10955-008-9667-z</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Cordier, S.</string-name>
              <string-name>Pareschi, L.</string-name>
              <string-name>Piatecki, C.</string-name>
            </person-group>
            <year>2009</year>
            <article-title>Mesoscopic Modelling of Financial Markets</article-title>
            <source>Journal of Statistical Physics</source>
            <volume>134</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s10955-008-9667-z</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B23">
        <label>23.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">During, B. and Toscani, G. (2008) International and Domestic Trading and Wealth Distribution. <italic>Communications</italic><italic>in</italic><italic>Mathematical</italic><italic>Sciences</italic>, 6, 1043-1058. https://doi.org/10.4310/cms.2008.v6.n4.a12 <pub-id pub-id-type="doi">10.4310/cms.2008.v6.n4.a12</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.4310/cms.2008.v6.n4.a12">https://doi.org/10.4310/cms.2008.v6.n4.a12</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>During, B.</string-name>
              <string-name>Toscani, G.</string-name>
            </person-group>
            <year>2008</year>
            <article-title>International and Domestic Trading and Wealth Distribution</article-title>
            <source>Communications in Mathematical Sciences</source>
            <volume>6</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.4310/cms.2008.v6.n4.a12</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B24">
        <label>24.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Ghosh, A., Chatterjee, A., Inoue, J. and Chakrabarti, B.K. (2016) Inequality Measures in Kinetic Exchange Models of Wealth Distributions. <italic>Physica</italic><italic>A</italic>: <italic>Statistical</italic><italic>Mechanics</italic><italic>and</italic><italic>its</italic><italic>Applications</italic>, 451, 465-474. https://doi.org/10.1016/j.physa.2016.01.081 <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physa.2016.01.081</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.physa.2016.01.081">https://doi.org/10.1016/j.physa.2016.01.081</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Ghosh, A.</string-name>
              <string-name>Chatterjee, A.</string-name>
              <string-name>Inoue, J.</string-name>
              <string-name>Chakrabarti, B.K.</string-name>
            </person-group>
            <year>2016</year>
            <article-title>Inequality Measures in Kinetic Exchange Models of Wealth Distributions</article-title>
            <source>Physica A: Statistical Mechanics and its Applications</source>
            <volume>451</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physa.2016.01.081</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B25">
        <label>25.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Torregrossa, M. and Toscani, G. (2018) Wealth Distribution in Presence of Debts: A Fokker-Planck Description. <italic>Communications</italic><italic>in</italic><italic>Mathematical</italic><italic>Sciences</italic>, 16, 537-560. https://doi.org/10.4310/cms.2018.v16.n2.a11 <pub-id pub-id-type="doi">10.4310/cms.2018.v16.n2.a11</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.4310/cms.2018.v16.n2.a11">https://doi.org/10.4310/cms.2018.v16.n2.a11</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Torregrossa, M.</string-name>
              <string-name>Toscani, G.</string-name>
            </person-group>
            <year>2018</year>
            <article-title>Wealth Distribution in Presence of Debts: A Fokker-Planck Description</article-title>
            <source>Communications in Mathematical Sciences</source>
            <volume>16</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.4310/cms.2018.v16.n2.a11</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B26">
        <label>26.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Brugna, C. and Toscani, G. (2015) Kinetic Models of Opinion Formation in the Presence of Personal Conviction. <italic>Physical</italic><italic>Review</italic><italic>E</italic>, 92, Article ID: 052818. https://doi.org/10.1103/physreve.92.052818 <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physreve.92.052818</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">26651755</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1103/physreve.92.052818">https://doi.org/10.1103/physreve.92.052818</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Brugna, C.</string-name>
              <string-name>Toscani, G.</string-name>
            </person-group>
            <year>2015</year>
            <article-title>Kinetic Models of Opinion Formation in the Presence of Personal Conviction</article-title>
            <source>Physical Review E</source>
            <volume>92</volume>
            <fpage>052818</fpage>
            <elocation-id>ID</elocation-id>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physreve.92.052818</pub-id>
            <pub-id pub-id-type="pmid">26651755</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B27">
        <label>27.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Toscani, G. (2006) Kinetic Models of Opinion Formation. <italic>Communications</italic><italic>in</italic><italic>Mathematical</italic><italic>Sciences</italic>, 4, 481-496. https://doi.org/10.4310/cms.2006.v4.n3.a1 <pub-id pub-id-type="doi">10.4310/cms.2006.v4.n3.a1</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.4310/cms.2006.v4.n3.a1">https://doi.org/10.4310/cms.2006.v4.n3.a1</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Toscani, G.</string-name>
            </person-group>
            <year>2006</year>
            <article-title>Kinetic Models of Opinion Formation</article-title>
            <source>Communications in Mathematical Sciences</source>
            <volume>4</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.4310/cms.2006.v4.n3.a1</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B28">
        <label>28.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Lallouache, M., Chakrabarti, A.S., Chakraborti, A. and Chakrabarti, B.K. (2010) Opinion Formation in Kinetic Exchange Models: Spontaneous Symmetry-Breaking Transition. <italic>Physical</italic><italic>Review</italic><italic>E</italic>, 82, Article ID: 056112. https://doi.org/10.1103/physreve.82.056112 <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physreve.82.056112</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">21230550</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1103/physreve.82.056112">https://doi.org/10.1103/physreve.82.056112</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Lallouache, M.</string-name>
              <string-name>Chakrabarti, A.S.</string-name>
              <string-name>Chakraborti, A.</string-name>
              <string-name>Chakrabarti, B.K.</string-name>
            </person-group>
            <year>2010</year>
            <article-title>Opinion Formation in Kinetic Exchange Models: Spontaneous Symmetry-Breaking Transition</article-title>
            <source>Physical Review E</source>
            <volume>82</volume>
            <fpage>056112</fpage>
            <elocation-id>ID</elocation-id>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physreve.82.056112</pub-id>
            <pub-id pub-id-type="pmid">21230550</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B29">
        <label>29.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Boudin, L., Monaco, R. and Salvarani, F. (2010) Kinetic Model for Multidimensional Opinion Formation. <italic>Physical</italic><italic>Review</italic><italic>E</italic>, 81, Article ID: 036109. https://doi.org/10.1103/physreve.81.036109 <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physreve.81.036109</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">20365817</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1103/physreve.81.036109">https://doi.org/10.1103/physreve.81.036109</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Boudin, L.</string-name>
              <string-name>Monaco, R.</string-name>
              <string-name>Salvarani, F.</string-name>
            </person-group>
            <year>2010</year>
            <article-title>Kinetic Model for Multidimensional Opinion Formation</article-title>
            <source>Physical Review E</source>
            <volume>81</volume>
            <fpage>036109</fpage>
            <elocation-id>ID</elocation-id>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/physreve.81.036109</pub-id>
            <pub-id pub-id-type="pmid">20365817</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B30">
        <label>30.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Furioli, G., Pulvirenti, A., Terraneo, E. and Toscani, G. (2017) Fokker-Planck Equations in the Modeling of Socio-Economic Phenomena. <italic>Mathematical</italic><italic>Models</italic><italic>and</italic><italic>Methods</italic><italic>in</italic><italic>Applied</italic><italic>Sciences</italic>, 27, 115-158. https://doi.org/10.1142/s0218202517400048 <pub-id pub-id-type="doi">10.1142/s0218202517400048</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1142/s0218202517400048">https://doi.org/10.1142/s0218202517400048</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Furioli, G.</string-name>
              <string-name>Pulvirenti, A.</string-name>
              <string-name>Terraneo, E.</string-name>
              <string-name>Toscani, G.</string-name>
            </person-group>
            <year>2017</year>
            <article-title>Fokker-Planck Equations in the Modeling of Socio-Economic Phenomena</article-title>
            <source>Mathematical Models and Methods in Applied Sciences</source>
            <volume>27</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1142/s0218202517400048</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B31">
        <label>31.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Gualandi, S. and Toscani, G. (2018) Call Center Service Times Are Lognormal: A Fokker-Planck Description. <italic>Mathematical</italic><italic>Models</italic><italic>and</italic><italic>Methods</italic><italic>in</italic><italic>Applied</italic><italic>Sciences</italic>, 28, 1513-1527. https://doi.org/10.1142/s0218202518500410 <pub-id pub-id-type="doi">10.1142/s0218202518500410</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1142/s0218202518500410">https://doi.org/10.1142/s0218202518500410</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Gualandi, S.</string-name>
              <string-name>Toscani, G.</string-name>
            </person-group>
            <year>2018</year>
            <article-title>Call Center Service Times Are Lognormal: A Fokker-Planck Description</article-title>
            <source>Mathematical Models and Methods in Applied Sciences</source>
            <volume>28</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1142/s0218202518500410</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B32">
        <label>32.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Preziosi, L., Toscani, G. and Zanella, M. (2021) Control of Tumor Growth Distributions through Kinetic Methods. <italic>Journal</italic><italic>of</italic><italic>Theoretical</italic><italic>Biology</italic>, 514, Article ID: 110579. https://doi.org/10.1016/j.jtbi.2021.110579 <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jtbi.2021.110579</pub-id><pub-id pub-id-type="pmid">33453209</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.jtbi.2021.110579">https://doi.org/10.1016/j.jtbi.2021.110579</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Preziosi, L.</string-name>
              <string-name>Toscani, G.</string-name>
              <string-name>Zanella, M.</string-name>
            </person-group>
            <year>2021</year>
            <article-title>Control of Tumor Growth Distributions through Kinetic Methods</article-title>
            <source>Journal of Theoretical Biology</source>
            <volume>514</volume>
            <fpage>110579</fpage>
            <elocation-id>ID</elocation-id>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jtbi.2021.110579</pub-id>
            <pub-id pub-id-type="pmid">33453209</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B33">
        <label>33.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="book">Pareschi, L. and Toscani, G. (2013) Interacting Multiagent Systems: Kinetic Equations and Monte Carlo Methods. Oxford University Press.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="book">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Pareschi, L.</string-name>
              <string-name>Toscani, G.</string-name>
            </person-group>
            <year>2013</year>
            <article-title>Interacting Multiagent Systems: Kinetic Equations and Monte Carlo Methods</article-title>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B34">
        <label>34.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Zhong, Y., Lai, S. and Hu, C. (2021) Investigations to the Dynamics of Wealth Distribution in a Kinetic Exchange Model. <italic>Applied</italic><italic>Mathematics</italic><italic>and</italic><italic>Computation</italic>, 404, Article ID: 126231. https://doi.org/10.1016/j.amc.2021.126231 <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.amc.2021.126231</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.amc.2021.126231">https://doi.org/10.1016/j.amc.2021.126231</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Zhong, Y.</string-name>
              <string-name>Lai, S.</string-name>
              <string-name>Hu, C.</string-name>
            </person-group>
            <year>2021</year>
            <article-title>Investigations to the Dynamics of Wealth Distribution in a Kinetic Exchange Model</article-title>
            <source>Applied Mathematics and Computation</source>
            <volume>404</volume>
            <fpage>126231</fpage>
            <elocation-id>ID</elocation-id>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.amc.2021.126231</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B35">
        <label>35.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Brugna, C. and Toscani, G. (2018) Kinetic Models for Goods Exchange in a Multi-Agent Market. <italic>Physica</italic><italic>A</italic>: <italic>Statistical</italic><italic>Mechanics</italic><italic>and</italic><italic>its</italic><italic>Applications</italic>, 499, 362-375. https://doi.org/10.1016/j.physa.2018.02.070 <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physa.2018.02.070</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.physa.2018.02.070">https://doi.org/10.1016/j.physa.2018.02.070</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Brugna, C.</string-name>
              <string-name>Toscani, G.</string-name>
            </person-group>
            <year>2018</year>
            <article-title>Kinetic Models for Goods Exchange in a Multi-Agent Market</article-title>
            <source>Physica A: Statistical Mechanics and its Applications</source>
            <volume>499</volume>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physa.2018.02.070</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B36">
        <label>36.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="journal">Hu, C., Lai, S. and Lai, C. (2020) Investigations to the Price Evolutions of Goods Exchange with CES Utility Functions. <italic>Physica</italic><italic>A</italic>: <italic>Statistical</italic><italic>Mechanics</italic><italic>and</italic><italic>Its</italic><italic>Applications</italic>, 549, Article ID: 123938. https://doi.org/10.1016/j.physa.2019.123938 <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physa.2019.123938</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1016/j.physa.2019.123938">https://doi.org/10.1016/j.physa.2019.123938</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="journal">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Hu, C.</string-name>
              <string-name>Lai, S.</string-name>
              <string-name>Lai, C.</string-name>
            </person-group>
            <year>2020</year>
            <article-title>Investigations to the Price Evolutions of Goods Exchange with CES Utility Functions</article-title>
            <source>Physica A: Statistical Mechanics and Its Applications</source>
            <volume>549</volume>
            <fpage>123938</fpage>
            <elocation-id>ID</elocation-id>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.physa.2019.123938</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
    </ref-list>
  </back>
</article>