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    ajcm
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    <journal-title>
     American Journal of Computational Mathematics
    </journal-title>
   </journal-title-group>
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    2161-1203
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   <issn publication-format="print">
    2161-1211
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   <publisher>
    <publisher-name>
     Scientific Research Publishing
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    10.4236/ajcm.2025.151005
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    ajcm-141702
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      Articles
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     <subject>
      Physics 
     </subject>
     <subject>
       Mathematics
     </subject>
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   <title-group>
    A Posteriori Error Computations in Finite Element Method for Initial Value Problems
   </title-group>
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    <contrib contrib-type="author" xlink:type="simple">
     <name name-style="western">
      <surname>
       K. S.
      </surname>
      <given-names>
       Surana
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     </name>
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     <name name-style="western">
      <surname>
       J.
      </surname>
      <given-names>
       Abboud
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     </name>
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     aDepartment of Mechanical Engineering, University of Kansas, Lawrence, KS, USA
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     26
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     01
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     2025
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    15
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    01
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    128
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      20,
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      February
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      2025
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      28,
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      February
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      2025
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    <date date-type="accepted">
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      28,
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      March
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      2025
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    <copyright-statement>
     © Copyright 2014 by authors and Scientific Research Publishing Inc. 
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     2014
    </copyright-year>
    <license>
     <license-p>
      This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
     </license-p>
    </license>
   </permissions>
   <abstract>
    A posteriori error computations in the space-time coupled and space-time decoupled finite element methods for initial value problems are essential: 1) to determine the accuracy of the computed evolution, 2) if the errors in the coupled solutions are higher than an acceptable threshold, then a posteriori error computations provide measures for designing adaptive processes to improve the accuracy of the solution. How well the space-time approximation in each of the two methods satisfies the equations in the mathematical model over the space-time domain in the point wise sense is the absolute measure of the accuracy of the computed solution. When 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
        L
       </mi> 
       <mn>
        2
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> -norm of the space-time residual over the space-time domain of the computations approaches zero, the approximation 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
        ϕ
       </mi> 
       <mi>
        h
       </mi> 
      </msub> 
      <mrow>
       <mo>
        (
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
         x
        </mi>
        <mo>
         ,
        </mo>
        <mi>
         t
        </mi>
       </mrow> 
       <mo>
        )
       </mo>
      </mrow>
      <mo>
       →
      </mo>
      <mi>
       ϕ
      </mi>
      <mrow>
       <mo>
        (
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
         x
        </mi>
        <mo>
         ,
        </mo>
        <mi>
         t
        </mi>
       </mrow> 
       <mo>
        )
       </mo>
      </mrow>
     </mrow> 
    </math> , the theoretical solution. Thus, the proximity of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mrow> 
        <mrow>
         <mo>
          ‖
         </mo> 
         <mi>
          E
         </mi> 
         <mo>
          ‖
         </mo>
        </mrow>
       </mrow> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
          L
         </mi> 
         <mn>
          2
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> , the 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
        L
       </mi> 
       <mn>
        2
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> -norm of the space-time residual function, to zero is a measure of the accuracy or the error in the computed solution. In this paper, we present a methodology and a computational framework for computing 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mrow> 
        <mrow>
         <mo>
          ‖
         </mo> 
         <mi>
          E
         </mi> 
         <mo>
          ‖
         </mo>
        </mrow>
       </mrow> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
          L
         </mi> 
         <mn>
          2
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> in the a posteriori error computations for both space-time coupled and space-time decoupled finite element methods. It is shown that the proposed a posteriori computations require 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
      h
     </mi> 
    </math> , 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
      p
     </mi> 
    </math> , 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
      k
     </mi> 
    </math> framework in both space-time coupled as well as space-time decoupled finite element methods to ensure that space-time integrals over space-time discretization are Riemann, hence the proposed a posteriori computations can not be performed in finite difference and finite volume methods of solving initial value problems. High-order global differentiability in time in the integration methods is essential in space-time decoupled method for posterior computations. This restricts the use of methods like Euler’s method, Runge-Kutta methods, etc., in the time integration of ODE’s in time. Mathematical and computational details including model problem studies are presented in the paper. To authors knowledge, it is the first presentation of the proposed a posteriori error computation methodology and computational infrastructure for initial value problems.
   </abstract>
   <kwd-group> 
    <kwd>
     A Posteriori Error Computation
    </kwd> 
    <kwd>
      Space-Time Coupled
    </kwd> 
    <kwd>
      Space-Time Decoupled
    </kwd> 
    <kwd>
      A Priori Error Estimation
    </kwd> 
    <kwd>
      A Posteriori Error Estimation
    </kwd> 
    <kwd>
      hpk Scalar Product Spaces
    </kwd> 
    <kwd>
      Minimally Conforming Scalar Product Spaces
    </kwd>
   </kwd-group>
  </article-meta>
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 <body>
  <sec id="s1">
   <title>1. Introduction, Literature Review, and Scope of Work</title>
   <sec id="s1_1">
    <title>1.1. Introduction</title>
    <p>The mathematical models of initial value problems describe evolutions in which dependent variables naturally exhibit simultaneous dependence on spatial coordinates and time. Thus, the space-time coupled finite element method <xref ref-type="bibr" rid="scirp.141702-1">
      [1]
     </xref> with space-time variationally consistent integral forms is ideally suited for obtaining numerical solutions to the initial value problems. In space-time coupled finite element methods, one constructs space-time discretization using space-time finite elements with space-time p-version hierarchical local approximations <xref ref-type="bibr" rid="scirp.141702-1">
      [1]
     </xref> in higher-order scalar product spaces in space and time. In this approach, it is possible to maintain space-time integrals over space-time discretization as Riemann integrals. One considers a space-time strip (in 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          ℝ 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math>) or a space-time slab (in 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          ℝ 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math>) and computes solution for the space-time discretization using 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        h 
      </mi> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        p 
      </mi> 
     </math>, and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        k 
      </mi> 
     </math> processes beginning with the first space-time strip 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <mtext>
         Δ 
       </mtext> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>. Upon obtaining a converged solution for this space strip (requires a posteriori error computations to quantify the errors in the solution), the solution is time marched for subsequent space-time strips, keeping 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        h 
      </mi> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        p 
      </mi> 
     </math>, and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        k 
      </mi> 
     </math> constant. In this approach, an initial value problem in 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          ℝ 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> becomes a 2D problem with 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        t 
      </mi> 
     </math> and an initial value problem in 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          ℝ 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> ( 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> coordinates) becomes a 3D problem with spatial coordinates 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> and time 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        t 
      </mi> 
     </math>. Treatment of initial value problems in 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          ℝ 
        </mi> 
        <mn>
          3 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> require consideration of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          3 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>, and time 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        t 
      </mi> 
     </math>, leading to significant complexities in the details of the computations. Thus, for initial value problems in 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          ℝ 
        </mi> 
        <mn>
          3 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math>, space-time coupled finite element methods are generally avoided. We note that in the space-time coupled finite element methods for initial value problems, we construct a space-time discretization for an increment of time. Upon obtaining a converged solution for the current space-time strip (or slab), we proceed to the next increment of time i.e. next space-time strip using the calculated solution for the current space-time strip to determine initial conditions for the next space-time strip. This process continues till desired time is reached. We shall see in a subsequent section that a posteriori error computations in space-time coupled finite element method are quite straight forward when using 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        h 
      </mi> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        p 
      </mi> 
     </math>, and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        k 
      </mi> 
     </math> scalar product spaces for space-time coupled local approximations for the space-time elements and can be designed to yield precise a posteriori errors in the computed solution.</p>
    <p>To overcome the difficulties in space-time coupled methods for initial value problems in 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          ℝ 
        </mi> 
        <mn>
          3 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math>, we generally consider space-time decoupled methods for initial value problems. In space-time decoupled finite element methods, we construct a discretization in space for the spatial domain of the initial value problem i.e. a 1D discretization in 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>, for the 1D spatial domain 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          [ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ] 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> of the initial value problem in 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        t 
      </mi> 
     </math>, a 2D discretization in 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> for the 2D spatial domain of the initial value problem in 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> and time 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        t 
      </mi> 
     </math> and so on. We construct an integral form in space for the spatial discretization using fundamental Lemma <xref ref-type="bibr" rid="scirp.141702-1">
      [1]
     </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.141702-2">
      [2]
     </xref> of the Calculus of Variations, in particular using Galerkin method with weak form (GM/WF). The local approximation for an element in space consists of approximation functions dependent on spatial coordinates and nodal degrees of freedom dependent on time. Upon substituting local approximations in the integral form and carrying out the integration in space, we obtain element expressions in which space coordinates are eliminated, and only degrees of freedom and their time derivatives remain. Assembly of element equations yields a system of ordinary differential equations in time. Thus, reducing partial differential equations in space and time to ordinary differential equations in time, a consequence of decoupling space and time.</p>
    <p>The ordinary differential equations in time resulting from decoupling of space and time are integrated using explicit or implicit time integration methods or finite element methods in time to obtain solutions for the nodal degrees of freedom and their time derivatives. Upon substituting the solutions for nodal degrees of freedom in space-time decoupled local approximation, we obtain space-time approximation of the solution for each element of the spatial discretization. For the finite element discretization in space, the resulting ordinary differential equations in time are integrated for an increment of time. Using the calculated solution for the current increment of time, we proceed to the next increment of time and continue till the desired time is reached. Thus, we see that a posteriori error computations in space-time decoupled methods also need to be performed for an increment of time as well, same as in the case of space-time coupled methods. Designing a mathematical and computational infrastructure for a posteriori error computation for the space-time decoupled finite element solution is not as simple and as straight forward as for space-time coupled finite element processes as shown in subsequent section.</p>
    <p>From the details of space-time coupled and space-time decoupled finite element methods for obtaining solutions, we note that in both methods we determine evolution for an increment of time and then time march. Thus, a posteriori computation methodologies and infrastructures for both space-time coupled and space-time decoupled require consideration for an increment of time.</p>
   </sec>
   <sec id="s1_2">
    <title>1.2. Literature Review</title>
    <p>Before the introduction of k-version of finite element method in which 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        k 
      </mi> 
     </math> is the order of the approximation space, in addition to 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        h 
      </mi> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        p 
      </mi> 
     </math> as the independent parameters in all finite element computational processes by Surana et al. <xref ref-type="bibr" rid="scirp.141702-1">
      [1]
     </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.141702-3">
      [3]
     </xref>-<xref ref-type="bibr" rid="scirp.141702-9">
      [9]
     </xref>, all finite element computations for boundary value problems as well as for initial value problems were performed using approximation of class 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> in space for boundary value problems and of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> in space and time for initial value problems. Such solutions of global differentiability 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> are not admissible in the partial differential equations describing the boundary value problem or the initial value problem, due to lack of required global differentiability, dictated by the orders of derivatives of the dependent variables in space and time. Inter-element discontinuities of the derivatives at the inter element boundaries lead to the integrals over the discretization in Lebesgue sense that are not reliable measure of residuals. Thus, in the 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        h 
      </mi> 
     </math>- 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        p 
      </mi> 
     </math> framework in the absence of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        k 
      </mi> 
     </math> (i.e. solution of class 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> only), the order of the approximation space, a posteriori error computation based on space-time residual functionals obtained by substituting space-time approximations in the equations of the mathematical model and then obtaining 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          L 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>-norm is not possible. This led to investigations and research into what is called “a posteriori estimation” methods <xref ref-type="bibr" rid="scirp.141702-10">
      [10]
     </xref>. In this approach, it is accepted that a posteriori computations are not possible, and one resorts to establishing a bound of the error in the computed solution. More compact or shorter interval bounds of a posteriori error estimates are obviously more useful. Unfortunately, the a posteriori error estimation methods were largely developed using weaknesses in the global approximation as the major factor driving the determination of the estimates. As an illustration, consider solutions of class 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math>. Such finite element solutions will exhibit discontinuity of the first derivative of the dependent variable(s) normal to the inter-element boundaries. Thus, for solutions of class 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math>, one could undertake derivation of a posteriori error estimates based on the jumps of the first derivatives of the solution normal to the inter-element boundaries. In the study of convergence of the finite element solutions, how this measure based on the jumps in the first derivatives approaches zero is some indication of the solution accuracy and convergence. This methodology has obvious shortcomings. If we consider solutions of class 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> over the discretization, then the first derivative of the dependent variable in the tangential and normal direction to the inter-element boundaries is continuous. Hence, a posteriori error estimates derived based on the jumps in the first derivatives normal to the inter-element boundaries are meaningless as these don’t exist. Thus, we note that with the introduction of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        k 
      </mi> 
     </math>, the order of approximation space as an independent parameter in addition to 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        h 
      </mi> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        p 
      </mi> 
     </math>, it is possible to construct local approximations that yield desired global differentiability required by the orders of derivatives in the partial differential equations. We examine the highest order of derivatives of the dependent variable(s) in the partial differential equations in space and time and then choose minimum value 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> in space and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> in time, so that the residual function is continuous everywhere over the space-time domain or dicsretization. This allows us to maintain integrals in 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          L 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>-norm computations in the Riemann sense over the discretization, essential to ensure accuracy of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          L 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>-norms. To our knowledge, there are no published works on a posteriori error computations except Surana et al. <xref ref-type="bibr" rid="scirp.141702-1">
      [1]
     </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.141702-9">
      [9]
     </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.141702-11">
      [11]
     </xref>. It is rather obvious that solutions of class 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> cannot be solutions of any partial differential equation, as a partial differential equation at the very least must have first order derivatives of the dependent variables, requiring approximations of class 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> if the integrals are to be Riemann over the discretization, thus it is not surprising that there are no published works on a posteriori error computations before the introduction of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        k 
      </mi> 
     </math>-version of finite element methods by Surana et al. <xref ref-type="bibr" rid="scirp.141702-1">
      [1]
     </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.141702-3">
      [3]
     </xref>-<xref ref-type="bibr" rid="scirp.141702-9">
      [9]
     </xref></p>
   </sec>
   <sec id="s1_3">
    <title>1.3. Why Proposed Approach? Proof of Accuracy and Convergence</title>
    <p>Consider an initial value problem 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mi>
         ϕ 
       </mi> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mi>
         f 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> in 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> with 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mo>
           ¯ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mrow> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mi>
          T 
        </mi> 
       </msubsup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <munder> 
         <mo>
           ∪ 
         </mo> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </munder> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mover accent="true"> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
           <mo>
             ¯ 
           </mo> 
          </mover> 
          <mrow> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
         </msubsup> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
      </mrow> 
     </math>, as space-time discretization of space-time domain 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mo>
           ¯ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mrow> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> in which 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <munder> 
         <mo>
           ∪ 
         </mo> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </munder> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mi>
            ϕ 
          </mi> 
          <mi>
            h 
          </mi> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
         </msubsup> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
      </mrow> 
     </math> is approximation of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        ϕ 
      </mi> 
     </math> over 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mo>
           ¯ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mrow> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mi>
          T 
        </mi> 
       </msubsup> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
       </msubsup> 
      </mrow> 
     </math>, the approximation of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        ϕ 
      </mi> 
     </math> over 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mo>
           ¯ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mrow> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
       </msubsup> 
      </mrow> 
     </math>, a space-time element 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        e 
      </mi> 
     </math>. Then, in the absence of the theoretical solution of the initial value problem, the best measure of the accuracy of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> is how well it satisfies the initial value problem 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mi>
         ϕ 
       </mi> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mi>
         f 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> over 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mo>
           ¯ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mrow> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mi>
          T 
        </mi> 
       </msubsup> 
      </mrow> 
     </math>. This requires that we substitute 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> in 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mi>
         ϕ 
       </mi> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mi>
         f 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, and since 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> is the approximation of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        ϕ 
      </mi> 
     </math>, there will be a residual function 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         E 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <msub> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mi>
         f 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mo>
         ∀ 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <msubsup> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mo>
           ¯ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mrow> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mi>
          T 
        </mi> 
       </msubsup> 
      </mrow> 
     </math>. The corresponding residual functional 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         I 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            ϕ 
          </mi> 
          <mi>
            h 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> i.e. 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msubsup> 
      </mrow> 
     </math> is obtained by calculating:</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         I 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            ϕ 
          </mi> 
          <mi>
            h 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mover accent="true"> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
           <mo>
             ¯ 
           </mo> 
          </mover> 
          <mrow> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mi>
            T 
          </mi> 
         </msubsup> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <munder> 
        <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
         <mo>
           ∑ 
         </mo> 
        </mstyle> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
       </munder> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mi>
              E 
            </mi> 
            <mi>
              e 
            </mi> 
           </msup> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              E 
            </mi> 
            <mi>
              e 
            </mi> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mover accent="true"> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
           <mo>
             ¯ 
           </mo> 
          </mover> 
          <mrow> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mi>
            T 
          </mi> 
         </msubsup> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <munder> 
        <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
         <mo>
           ∑ 
         </mo> 
        </mstyle> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
       </munder> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
           <msubsup> 
            <mi>
              ϕ 
            </mi> 
            <mi>
              h 
            </mi> 
            <mi>
              e 
            </mi> 
           </msubsup> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             f 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             A 
           </mi> 
           <msubsup> 
            <mi>
              ϕ 
            </mi> 
            <mi>
              h 
            </mi> 
            <mi>
              e 
            </mi> 
           </msubsup> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             f 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mover accent="true"> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
           <mo>
             ¯ 
           </mo> 
          </mover> 
          <mrow> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
         </msubsup> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>When 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> converges to the theoretical solution 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        ϕ 
      </mi> 
     </math>, then 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         I 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            ϕ 
          </mi> 
          <mi>
            h 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         I 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>. Thus, proximity of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         I 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            ϕ 
          </mi> 
          <mi>
            h 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> to zero is a measure of the accuracy or error in the solution 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>. This is undeniably the best measure of solution accuracy or error as 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         I 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            ϕ 
          </mi> 
          <mi>
            h 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> indicates how well 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mi>
         ϕ 
       </mi> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mi>
         f 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> is satisfied in the pointwise sense over the space-time discretization 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mo>
           ¯ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mrow> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mi>
          T 
        </mi> 
       </msubsup> 
      </mrow> 
     </math>.This is a posteriori error computation, however, for the a posteriori error computations to be accurate, the approximation 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> must have the required differentiability over 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mo>
           ¯ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mrow> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mi>
          T 
        </mi> 
       </msubsup> 
      </mrow> 
     </math> as dictated by the highest order of the derivatives of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        ϕ 
      </mi> 
     </math> in space and time in 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mi>
         ϕ 
       </mi> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mi>
         f 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>. With the choice of minimally conforming approximation spaces for 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
       </msubsup> 
      </mrow> 
     </math>, the integrals in the calculation of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         I 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            ϕ 
          </mi> 
          <mi>
            h 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> over 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mo>
           ¯ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mrow> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mi>
          T 
        </mi> 
       </msubsup> 
      </mrow> 
     </math> are ensured to be Riemann, in which case when 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         I 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            ϕ 
          </mi> 
          <mi>
            h 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         → 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <mi>
         ϕ 
       </mi> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mi>
         f 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> is satisfied over 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mo>
           ¯ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mrow> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mi>
          T 
        </mi> 
       </msubsup> 
      </mrow> 
     </math> in the pointwise sense i.e. 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         A 
       </mi> 
       <msub> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mi>
         f 
       </mi> 
       <mo>
         → 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> holds everywhere in 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mo>
           ¯ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mrow> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mi>
          T 
        </mi> 
       </msubsup> 
      </mrow> 
     </math>. With minimally conforming approximation spaces, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         h 
       </mi> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> refinements are carried out to ensure that 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         I 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            ϕ 
          </mi> 
          <mi>
            h 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         → 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, generally of the order 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi mathvariant="script">
         O 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mn>
             10 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             6 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> or lower when using dimensionless form of the equations in the mathematical model describing the initial value problem is found to be adequate but can be reduced as low as 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi mathvariant="script">
         O 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mn>
             10 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             15 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> with much improved accuracy.</p>
    <p>In the currently published works on a posteriori literature, only a posteriori error estimates (bounds on error) are reported, generally derived using jumps in the derivatives of the dependent variable(s) normal to the inter-element boundaries. Obviously, these estimates are incapable of determining quantitatively how well the equations in the mathematical model of the initial value problem are satisfied by the computed solution. There is no reported work on a posteriori error computations because valid, meaningful and accurate a posteriori computations are not possible with solution of class 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> in space and time used currently for initial value problems. Thus, there is nothing in the published works to compare the residual reported in this paper. Convergence and proof of convergence of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> to computed zero based on 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         h 
       </mi> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> refinements for minimally conforming approximation spaces follows the details on convergence reported by Surana et al. <xref ref-type="bibr" rid="scirp.141702-1">
      [1]
     </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.141702-6">
      [6]
     </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.141702-9">
      [9]
     </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.141702-11">
      [11]
     </xref>. For a fixed mesh (fixed 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        h 
      </mi> 
     </math>), progressively increasing 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        p 
      </mi> 
     </math> results in progressively increasing convergence rate of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>. Likewise, for a fixed 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        p 
      </mi> 
     </math> with 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        h 
      </mi> 
     </math>-refinement, convergence rate does not change. Increased in 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        p 
      </mi> 
     </math>-level results in increased convergence rate with 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        h 
      </mi> 
     </math>-refinement. Details of the convergence of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> and its rate of convergence can be found in references <xref ref-type="bibr" rid="scirp.141702-1">
      [1]
     </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.141702-6">
      [6]
     </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.141702-9">
      [9]
     </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.141702-11">
      [11]
     </xref>.</p>
   </sec>
   <sec id="s1_4">
    <title>1.4. Scope of Work</title>
    <p>In this paper, we present a posteriori error computation methodology and computational infrastructure for space-time coupled as well as space-time decoupled finite element processes for initial value problems strictly based on 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          L 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>-norm of the space-time residual function obtained using the mathematical model for the discretized space-time computational domain. In space-time coupled finite element method, the 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        p 
      </mi> 
     </math>-version hierarchical local approximations with required regularity are substituted using computed solutions in the partial differential equations to compute residual functions followed by the computation of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          L 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>-norm of the residual functions over the space-time elements of the discretization yielding 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>, the 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          L 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>-norm of residual function for the space-time discretization. When the computed solution 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> approaches 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ϕ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>, the theoretical solution, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         → 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>. Thus, proximity of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> to zero is a measure of error in the solution or is a measure of accuracy of the solution. Thus, in space-time coupled methods, a posteriori error computation involves computing 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> over the space-time discretization using the computed solution for an increment of time.</p>
    <p>In space-time decoupled methods, we have finite element discretization in space, followed by integral form over the spatial discretization using fundamental lemma of the calculus of variations (generally GM/WF). Substitution of local approximation, in which approximations are function of space coordinates and are 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        p 
      </mi> 
     </math>-version hierarchical with higher-order global differentiability and the degrees of freedom are function of time. After carrying out integration in space and summing element equations, we obtain ordinary differential equations in time. These are integrated using implicit time integration methods such as Newmark’s linear method. When the approximation functions in space and the time approximation of solution in the time integration method have desired global differentiability in space and time, the space-time decoupled approximations 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ϕ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> can also be substituted in the partial differential equations of the mathematical model to obtain space-time residual functions for the element in space and the time increment constituting space-time domain. This is followed by 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          L 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>-norm computation for the space-time domain. Proximity of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> to zero in this case is a measure of error or accuracy of the solution.</p>
    <p>Thus, the proposed framework of “a posteriori” error computation requires higher-order global differentiability approximations in space and time in space-time coupled as well as decoupled methods. When we choose approximations in space and time that are minimally conforming, the space-time integrals over the space-time discretization in both methods are ensured to be Riemann, essential for accurate computation of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>. In choosing time integration method for ordinary differential equations in time in space-time decoupled method, we must ensure that the time integration scheme has desired global differentiability in the entire discretized time domains.</p>
    <p>Thus, the proposed a posteriori error computations are based on space-time residual functions for the discretized space-time domains in both space-time coupled and space-time decoupled methods. These error measures are true measures of how well the partial differential equations in the mathematical model are satisfied by the computed solutions in the pointwise sense, ensured by the Riemann integrals over the space-time discretization. Clearly, these a posteriori error computations require 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        h 
      </mi> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        p 
      </mi> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        k 
      </mi> 
     </math> framework in which desired global differentiability in space and time as necessitated by the partial differential equations is possible. The proposed a posteriori error computations are not possible in finite difference or finite volume methods of solving initial value problems.</p>
    <p>Mathematical and computational details associated with the proposed a posteriori error computation are presented in this paper. This is followed by model problem studies to demonstrate the applications, effectiveness, and usefulness of a posteriori computation frameworks presented in the paper for space-time coupled as well as space-time decoupled finite element methods.</p>
    <sec id="s1">
     <title>2. Theoretical Consideration and Computational Infrastructure</title>
     <p>In this section, we present some theoretical considerations in space-time coupled and space-time decoupled finite element methods that are necessary to design a possible a posteriori error computation strategy in these methods for initial value problems. We present details in the following.</p>
    </sec>
    <sec id="s2_5">
     <title>2.1. A Posteriori Error Computation in Space-Time Coupled Finite Element Method for Initial Value Problems</title>
     <p>Let</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
          in 
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msub> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          × 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>(1)</p>
     <p>be an initial value problem over the space-time domain 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> in which 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         A 
       </mi> 
      </math> is the space-time differential operator containing 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <msub> 
         <mi>
           m 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <msub> 
         <mi>
           m 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> as the highest orders of derivatives in space and time. Let 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          ∪ 
        </mo> 
        <mi>
          Γ 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>, in which 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtext>
         Γ 
       </mtext> 
      </math> is the closed boundary of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>. Surana et al. <xref ref-type="bibr" rid="scirp.141702-1">
       [1]
      </xref> have shown that space-time differential operators are non self-adjoint or non-linear but not self-adjoint as in space-time differential equations, 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           A 
         </mi> 
         <mtext>
           * 
         </mtext> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> adjoint of the operator is not the same as the operator 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         A 
       </mi> 
      </math> and there are issues in the concomitant due to open boundary. Thus, for initial value problems, all space-time integral form based on fundamental lemma (Space-time Galerkin Method, Space-time Galerkin Method with Weak Form, Space-time Petrov-Galerkin Method, Space-time Weighted Residual Method) are space-time variationally inconsistent due to lack of unique extremum principle. Thus, for initial value problems, only the integral form based on space-time residual functional are space-time variationally consistent <xref ref-type="bibr" rid="scirp.141702-1">
       [1]
      </xref>, hence are considered in the present work for a posteriori error computations.</p>
     <fig id="fig1" position="float">
      <label>Figure 1</label>
      <caption>
       <title>(a) Space-time domain 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
          <msub> 
   
           <mover accent="true"> 
    
            <mi>
             
     Ω
    
            </mi> 
    
            <mo>
             
     ¯
    
            </mo> 
   
           </mover> 
   
           <mrow> 
    
            <mi>
             
     x
    
            </mi>
    
            <mi>
             
     t
    
            </mi>
   
           </mrow> 
  
          </msub> 
 
         </mrow>

        </math> (b) Discretization of 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
          <msub> 
   
           <mover accent="true"> 
    
            <mi>
             
     Ω
    
            </mi> 
    
            <mo>
             
     ¯
    
            </mo> 
   
           </mover> 
   
           <mrow> 
    
            <mi>
             
     x
    
            </mi>
    
            <mi>
             
     t
    
            </mi>
   
           </mrow> 
  
          </msub> 
 
         </mrow>

        </math> into space-time strips<p class="imgGroupCss_v"><img class=" imgMarkCss lazy" data-original="https://html.scirp.org/file/1101131-rId328.jpeg?20250331021144" /></p>(c) Discretization of 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
          <msubsup> 
   
           <mover accent="true"> 
    
            <mi>
             
     Ω
    
            </mi> 
    
            <mo>
             
     ¯
    
            </mo> 
   
           </mover> 
   
           <mrow> 
    
            <mi>
             
     x
    
            </mi>
    
            <mi>
             
     t
    
            </mi>
   
           </mrow> 
   
           <mrow> 
    
            <mrow>
     
             <mo>
               ( 
             </mo> 
     
             <mi>
               n 
             </mi> 
     
             <mo>
               ) 
             </mo>
    
            </mrow>
   
           </mrow> 
  
          </msubsup> 
 
         </mrow>

        </math> into space-time elements.Figure 1. Space-time domain, space-time strips, and discretization of the 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
          <msup> 
   
           <mi>
            
    n
   
           </mi> 
   
           <mrow> 
    
            <mi>
             
     t
    
            </mi>
    
            <mi>
             
     h
    
            </mi>
   
           </mrow> 
  
          </msup> 
 
         </mrow>

        </math> space-time element.</title>
      </caption>
      <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="" />
     </fig>
     <fig id="fig1" position="float">
      <label>Figure 1</label>
      <caption>
       <title>(a) Space-time domain 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
          <msub> 
   
           <mover accent="true"> 
    
            <mi>
             
     Ω
    
            </mi> 
    
            <mo>
             
     ¯
    
            </mo> 
   
           </mover> 
   
           <mrow> 
    
            <mi>
             
     x
    
            </mi>
    
            <mi>
             
     t
    
            </mi>
   
           </mrow> 
  
          </msub> 
 
         </mrow>

        </math> (b) Discretization of 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
          <msub> 
   
           <mover accent="true"> 
    
            <mi>
             
     Ω
    
            </mi> 
    
            <mo>
             
     ¯
    
            </mo> 
   
           </mover> 
   
           <mrow> 
    
            <mi>
             
     x
    
            </mi>
    
            <mi>
             
     t
    
            </mi>
   
           </mrow> 
  
          </msub> 
 
         </mrow>

        </math> into space-time strips<p class="imgGroupCss_v"><img class=" imgMarkCss lazy" data-original="https://html.scirp.org/file/1101131-rId328.jpeg?20250331021144" /></p>(c) Discretization of 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
          <msubsup> 
   
           <mover accent="true"> 
    
            <mi>
             
     Ω
    
            </mi> 
    
            <mo>
             
     ¯
    
            </mo> 
   
           </mover> 
   
           <mrow> 
    
            <mi>
             
     x
    
            </mi>
    
            <mi>
             
     t
    
            </mi>
   
           </mrow> 
   
           <mrow> 
    
            <mrow>
     
             <mo>
               ( 
             </mo> 
     
             <mi>
               n 
             </mi> 
     
             <mo>
               ) 
             </mo>
    
            </mrow>
   
           </mrow> 
  
          </msubsup> 
 
         </mrow>

        </math> into space-time elements.Figure 1. Space-time domain, space-time strips, and discretization of the 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
          <msup> 
   
           <mi>
            
    n
   
           </mi> 
   
           <mrow> 
    
            <mi>
             
     t
    
            </mi>
    
            <mi>
             
     h
    
            </mi>
   
           </mrow> 
  
          </msup> 
 
         </mrow>

        </math> space-time element.</title>
      </caption>
      <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1101131-rId322.jpeg?20250331021143" />
     </fig>
     <fig id="fig1" position="float">
      <label>Figure 1</label>
      <caption>
       <title>(a) Space-time domain 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
          <msub> 
   
           <mover accent="true"> 
    
            <mi>
             
     Ω
    
            </mi> 
    
            <mo>
             
     ¯
    
            </mo> 
   
           </mover> 
   
           <mrow> 
    
            <mi>
             
     x
    
            </mi>
    
            <mi>
             
     t
    
            </mi>
   
           </mrow> 
  
          </msub> 
 
         </mrow>

        </math> (b) Discretization of 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
          <msub> 
   
           <mover accent="true"> 
    
            <mi>
             
     Ω
    
            </mi> 
    
            <mo>
             
     ¯
    
            </mo> 
   
           </mover> 
   
           <mrow> 
    
            <mi>
             
     x
    
            </mi>
    
            <mi>
             
     t
    
            </mi>
   
           </mrow> 
  
          </msub> 
 
         </mrow>

        </math> into space-time strips<p class="imgGroupCss_v"><img class=" imgMarkCss lazy" data-original="https://html.scirp.org/file/1101131-rId328.jpeg?20250331021144" /></p>(c) Discretization of 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
          <msubsup> 
   
           <mover accent="true"> 
    
            <mi>
             
     Ω
    
            </mi> 
    
            <mo>
             
     ¯
    
            </mo> 
   
           </mover> 
   
           <mrow> 
    
            <mi>
             
     x
    
            </mi>
    
            <mi>
             
     t
    
            </mi>
   
           </mrow> 
   
           <mrow> 
    
            <mrow>
     
             <mo>
               ( 
             </mo> 
     
             <mi>
               n 
             </mi> 
     
             <mo>
               ) 
             </mo>
    
            </mrow>
   
           </mrow> 
  
          </msubsup> 
 
         </mrow>

        </math> into space-time elements.Figure 1. Space-time domain, space-time strips, and discretization of the 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
          <msup> 
   
           <mi>
            
    n
   
           </mi> 
   
           <mrow> 
    
            <mi>
             
     t
    
            </mi>
    
            <mi>
             
     h
    
            </mi>
   
           </mrow> 
  
          </msup> 
 
         </mrow>

        </math> space-time element.</title>
      </caption>
      <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1101131-rId323.jpeg?20250331021144" />
     </fig>
     <p>Let 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mo>
                ¯ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mrow> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
        </msup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <munder> 
          <mo>
            ∪ 
          </mo> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
         </munder> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mo>
              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mrow> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mrow> 
      </math> be discretization of the 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mi>
            h 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> space-time strip or the 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mi>
            h 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> space-time slab 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> in which 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> is a 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         p 
       </mi> 
      </math>-version hierarchical space-time finite element (see <xref ref-type="fig" rid="fig1">
       Figure 1
      </xref>). Let 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> be local approximation of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         ϕ 
       </mi> 
      </math> over 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> given by</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munderover> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </munderover> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msub> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           δ 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math>(2)</p>
     <p>in which 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> are space-time local approximation functions for an element 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> derived using its map in the natural coordinate space 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         ξ 
       </mi> 
      </math>, 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         η 
       </mi> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         ζ 
       </mi> 
      </math> in a one unit length, one unit square or a one unit cube in 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           ℝ 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math>, 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           ℝ 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           ℝ 
         </mi> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> respectively.</p>
     <p>Let</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <munder> 
          <mo>
            ∪ 
          </mo> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
         </munder> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mi>
             h 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mrow> 
      </math>(3)</p>
     <p>be approximation of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> over the discretization 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mo>
                ¯ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mrow> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mtext></mtext> 
         <mover accent="true"> 
          <mtext>
            Ω 
          </mtext> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math>, the space-time domain of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         n 
       </mi> 
      </math>-th space-time strip.</p>
     <p>Since 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <msub> 
         <mi>
           m 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <msub> 
         <mi>
           m 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> are the highest orders of the derivatives of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         ϕ 
       </mi> 
      </math> in the space and time, then we have:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
        <mo>
          ⊂ 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           H 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msubsup> 
               <mover accent="true"> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mo>
                  ¯ 
                </mo> 
               </mover> 
               <mrow> 
                <mi>
                  x 
                </mi> 
                <mi>
                  t 
                </mi> 
               </mrow> 
               <mrow> 
                <mrow> 
                 <mo>
                   ( 
                 </mo> 
                 <mi>
                   n 
                 </mi> 
                 <mo>
                   ) 
                 </mo> 
                </mrow> 
               </mrow> 
              </msubsup> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mi>
             T 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>(4)</p>
     <p>in which</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtable columnalign="left"> 
         <mtr columnalign="left"> 
          <mtd columnalign="left"> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               k 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
            <mo>
              ≥ 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <msub> 
             <mi>
               m 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <msub> 
             <mi>
               k 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
            <mo>
              ≥ 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <msub> 
             <mi>
               m 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr columnalign="left"> 
          <mtd columnalign="left"> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               p 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
            <mo>
              ≥ 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <msub> 
             <mi>
               k 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </msub> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <msub> 
             <mi>
               p 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
            <mo>
              ≥ 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <msub> 
             <mi>
               k 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msub> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
      </math>(5)</p>
     <p>Thus,</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
        <mo>
          ⊂ 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           H 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mo>
              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mrow> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>(6)</p>
     <p>must hold i.e. the union of local approximation 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> in (3) must yield the desired global differentiability of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> over 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mo>
                ¯ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mrow> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math>. Equation (6) implies that the local approximation function 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            . 
          </mo> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            . 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> must belong to the scalar product space 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           H 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> defined by (5), in which</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <msub> 
         <mi>
           m 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msub> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <msub> 
         <mi>
           m 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
          and 
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msub> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <msub> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msub> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <msub> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>define minimally conforming scalar product approximation space for which the space-time integrals over 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mo>
                ¯ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mrow> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> will be Riemann.</p>
     <p>In the space-time finite element method based on space-time residual functional, the space-time integral forms that are space-time variationally consistent for linear as well as non-linear space-time differential operators <xref ref-type="bibr" rid="scirp.141702-1">
       [1]
      </xref>, hence are meritorious for obtaining solutions of initial value problems. Details of space-time coupled finite element methods for linear and nonlinear differential operators can be found in <xref ref-type="bibr" rid="scirp.141702-1">
       [1]
      </xref> and are omitted here for the sake of brevity.</p>
     <p>If 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> in (4) is minimally conforming space or is of class higher than minimally conforming, then the space-time integrals over 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mi>
               Ω 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> are Riemann and the residual function over 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mi>
               Ω 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> and is given by:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <msub> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mo>
          ∀ 
        </mo> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mi>
               Ω 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math>(7)</p>
     <p>residual functional 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mi>
             h 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> is given by</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mi>
             h 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>(8)</p>
     <p>or</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mi>
             h 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munder> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </munder> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msup> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mi>
             h 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munder> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </munder> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mi>
               E 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msup> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               E 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>(9)</p>
     <p>in which</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <msubsup> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mo>
          ∀ 
        </mo> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math>(10)</p>
     <p>and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> is the residual functional and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> is the residual function over 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math>, domain a space-time element e.</p>
     <p>For a space-time strip we calculate 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         I 
       </mi> 
      </math> using (9). When 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          → 
        </mo> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> , the theoretical solution, then</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mi>
             h 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          → 
        </mo> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>(11)</p>
     <p>Thus, 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mi>
             h 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> is a posteriori measure of error in space-time element 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         e 
       </mi> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mi>
             h 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> is the a posteriori measure of error for the space-time discretization of a space-time strip.</p>
    </sec>
    <sec id="s2_6">
     <title>2.2. A Posteriori Error Computations Procedure</title>
     <p>The procedure for calculating a posteriori error based on space-time residual functional for space-time coupled finite element methods for initial value problem is given in the following:</p>
     <p>1) Choose minimally conforming spaces for local approximation based on the highest orders of the derivatives of dependent variable(s) in space and time so that the space-time integral over the space-time finite element discretization is Riemann. If the evolution is sufficiently smooth, the order of the space in space and time can be lower by one, if the space-time integral in Lebesgue sense suffices over the space-time discretization depending on the smoothness of the solution.</p>
     <p>2) Calculate the solution for the first space-time strip or slab, i.e., 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <msub> 
          <mo>
            ∪ 
          </mo> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mi>
             h 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mrow> 
      </math>. In cases of nonlinear initial value problems, calculate the converged solution using iterative solution methods (such as Newton’s linear method).</p>
     <p>3) Using 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> for each space-time element, calculate the residual functionals 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mi>
             h 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> for 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mi>
             h 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> for 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mo>
                ¯ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mrow> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> space-time discretization of the first space-time strip.</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mi>
             h 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mi>
               E 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msup> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               E 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mo>
              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mrow> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msup> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <msubsup> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>(12)</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mi>
             h 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munder> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </munder> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msup> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mi>
             h 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>(13)</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mi>
             h 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> is a measure of error in the computed solution for the first space-time strip or slab.</p>
     <p>4) When 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          → 
        </mo> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>, 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mi>
             h 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          → 
        </mo> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>, thus proximity of calculated 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mi>
             h 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> to computed zero ( 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi mathvariant="script">
          O 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mn>
              10 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              4 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> or lower) is a measure of error in the solution for the space-time discretization of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mi>
             h 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> is a measure of error in the space-time finite element with space-time domain 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math>.</p>
     <p>5) We use 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         h 
       </mi> 
      </math>, 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         p 
       </mi> 
      </math> adaptive refinement for 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> to obtain converged solutions (i.e., 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mi>
             h 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          ≤ 
        </mo> 
        <mi mathvariant="script">
          O 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mn>
              10 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              4 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>), keeping minimally conforming 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>. 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mi>
             h 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> are helpful in refining mesh or changing 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         p 
       </mi> 
      </math>-levels in space and time. Upon obtaining converged solutions for 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math>, we time march to the next space-time strip 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            ≤ 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            ≤ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>, keeping 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         h 
       </mi> 
      </math>, 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         p 
       </mi> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         k 
       </mi> 
      </math> fixed. In general, this procedure works well. If a change in 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         h 
       </mi> 
      </math> or a change in 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         p 
       </mi> 
      </math>-level is necessary for subsequent space-time strips, then, unfortunately, we must again begin with 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> with the new mesh and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         p 
       </mi> 
      </math>-levels.</p>
     <p>6) We note that for a space-time strip or a space-time slab the residual functional 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> for an element 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         e 
       </mi> 
      </math> with domain 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> is a measure of the error in the solution for element e. These residual functionals 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msup> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mo>
          ⋯ 
        </mo> 
       </mrow> 
      </math> are quite effective in designing an 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> (possibly 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         k 
       </mi> 
      </math>) adaptive strategy. The element with the largest value of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> is the first candidate for 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         h 
       </mi> 
      </math> or 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         p 
       </mi> 
      </math> or 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>-refinements. This process can be designed such that all elements with a value of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> larger than 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
         <mtext>
           * 
         </mtext> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> (a threshold value) are considered for 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         h 
       </mi> 
      </math> or 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         p 
       </mi> 
      </math> or 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>-refinements. How these refinements are carried out is beyond the scope of this work. Here we only wish to point out that quantities 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> calculated in ‘a posteriori’ error computations indeed provide excellent measures to design adaptive processes.</p>
    </sec>
   </sec>
   <sec id="s3">
    <title>3. A Posteriori Error Computation in Space-Time Decoupled Finite Element Processes</title>
    <sec id="s3_1">
     <title>3.1. Mathematical Model, Integral Form in Space</title>
     <p>Let</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
          in 
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msub> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          × 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>(14)</p>
     <p>be the initial value problem over the space-time domain 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>, in which 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         A 
       </mi> 
      </math> is a space-time differential operator of the highest order 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <msub> 
         <mi>
           m 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> in space and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <msub> 
         <mi>
           m 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> in time. 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          ∪ 
        </mo> 
        <mi>
          Γ 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>, where 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtext>
         Γ 
       </mtext> 
      </math> is the closed boundary of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>. We discretize the spatial domain 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> with finite elements in 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           ℝ 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math>, or in 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           ℝ 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> or 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           ℝ 
         </mi> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> in space such that 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> is the discretization of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>, and consists of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <munder> 
          <mo>
            ∪ 
          </mo> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
         </munder> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mo>
              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mrow> 
      </math>, in which 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mtext></mtext> 
         <mover accent="true"> 
          <mtext>
            Ω 
          </mtext> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> is a finite element in the spatial domain 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>. Consider an increment of time 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>, and let 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> be the approximation of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         ϕ 
       </mi> 
      </math> over the spatial domain 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <munder> 
          <mo>
            ∪ 
          </mo> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
         </munder> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mo>
              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mrow> 
      </math> for time 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          ≤ 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ≤ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> in which 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> is the initial time when the evolution described by (14) commences. We consider 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> to be the union of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <munder> 
          <mo>
            ∪ 
          </mo> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
         </munder> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mi>
             h 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mrow> 
      </math>(15)</p>
     <p>in which 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> is the approximation of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> over 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> for time 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          ≤ 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ≤ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>, given by:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munderover> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </munderover> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msub> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           δ 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
          and 
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msub> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <munder> 
          <mo>
            ∪ 
          </mo> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
         </munder> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mi>
             h 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mrow> 
      </math>(16)</p>
     <p>In (16), 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> are the approximation functions that are functions of space coordinates only and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           δ 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> are nodal degrees of freedom that are a functions of time only. The local approximation 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> (16) decouples space and time for 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> decouples space and time for the discretization 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mo>
                ¯ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
        </msup> 
        <mo>
          × 
        </mo> 
        <msub> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mo>
                ¯ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
        </msup> 
        <mo>
          × 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mi>
            Δ 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>. Using fundamental lemma of the calculus of variations, we construct the integral form of (14) over the discretization 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> of the spatial domain 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> using a test function 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> and treating time as a constant.</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
            <msub> 
             <mi>
               ϕ 
             </mi> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
            </msub> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mover accent="true"> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mo>
                  ¯ 
                </mo> 
               </mover> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mi>
             T 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>(17)</p>
     <p>Since (17) is a functional, we can write this as a sum of the functional over 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> i.e.</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
            <msub> 
             <mi>
               ϕ 
             </mi> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
            </msub> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mo>
              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mi>
             T 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munder> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </munder> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
            <msubsup> 
             <mi>
               ϕ 
             </mi> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mo>
              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>(18)</p>
     <p>Consider 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            A 
          </mi> 
          <msubsup> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mi>
             h 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> in Galerkin methods with weak form in space treating time constant, we perform integration by parts in space if beneficial <xref ref-type="bibr" rid="scirp.141702-1">
       [1]
      </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.141702-9">
       [9]
      </xref> to obtain the following:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
            <msubsup> 
             <mi>
               ϕ 
             </mi> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mo>
              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mi>
             T 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <munder> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mtext>
            IBP 
          </mtext> 
         </mrow> 
        </munder> 
        <msup> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mi>
             h 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           l 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>(19)</p>
     <p>We perform some integration by parts in 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
            <msubsup> 
             <mi>
               ϕ 
             </mi> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mtext></mtext> 
           <mover accent="true"> 
            <mtext>
              Ω 
            </mtext> 
            <mo>
              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> only for those terms that contain even order derivatives in spatial coordinate 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         x 
       </mi> 
      </math> to transfer half of the differentiation from 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> to the test function 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>. Integral form (19) for 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> is called the weak form of the initial value problem (14) in space. In the weak form the order of differentiation on 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>, with respect to 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         x 
       </mi> 
      </math> may have been lowered or weakened, hence the name weak form, but increased on the test function. After performing the integration in space for an element 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         e 
       </mi> 
      </math>, we obtain a system of ordinary differential equations in time and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> and its time derivatives. The order of the time derivatives of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> in the ordinary differential equations depends upon the order of the time derivatives of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         ϕ 
       </mi> 
      </math> in (14), that is (19) can be written as</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               A 
             </mi> 
             <msubsup> 
              <mi>
                ϕ 
              </mi> 
              <mi>
                h 
              </mi> 
              <mi>
                e 
              </mi> 
             </msubsup> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
               <mo>
                 , 
               </mo> 
               <mi>
                 t 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mo>
                ¯ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             B 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mi>
               ϕ 
             </mi> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             l 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <msubsup> 
           <mi>
             H 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <msubsup> 
           <mi>
             H 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                δ 
              </mi> 
              <mo>
                ˙ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <msubsup> 
           <mi>
             H 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 [ 
               </mo> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
               <mo>
                 ] 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mi>
               P 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mi>
               F 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mtd> 
        </mtr> 
       </mtable> 
      </math>(20)</p>
     <p>Substituting (20) into (18), we obtain</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
            <msub> 
             <mi>
               ϕ 
             </mi> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
            </msub> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mo>
              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mrow> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mi>
             T 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             H 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               { 
             </mo> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mo>
               } 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
          </mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             H 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            δ 
          </mi> 
          <mo>
            ˙ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mo>
          ⋯ 
        </mo> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             H 
           </mi> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               [ 
             </mo> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
             <mo>
               ] 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mi>
           P 
         </mi> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mi>
           F 
         </mi> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> (21)</p>
     <p>In which</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           H 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munder> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </munder> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mi>
             H 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>, 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           H 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munder> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </munder> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mi>
             H 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>… etc. and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mi>
           δ 
         </mi> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <munder> 
          <mo>
            ∪ 
          </mo> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
         </munder> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mrow> 
      </math>, 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            δ 
          </mi> 
          <mo>
            ˙ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <munder> 
          <mo>
            ∪ 
          </mo> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
         </munder> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                δ 
              </mi> 
              <mo>
                ˙ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mrow> 
      </math>… etc.</p>
     <p>In (21), we have a system of ordinary differential equations in time for the initial value problem (14) for 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          × 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mi>
            Δ 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math></p>
    </sec>
    <sec id="s3_2">
     <title>3.2. Methods for Obtaining Solution of Ordinary Differential Equations in Time</title>
     <p>The system of ordinary differential equations in (21) is linear if the space-time differential operator 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         A 
       </mi> 
      </math> in (14) is linear, otherwise (21) represents a system of non-linear ordinary differential equations in time.</p>
     <p>The ordinary differential equations in time in (21) can be integrated in time using:</p>
     <p>1) Finite element methods in time</p>
     <p>2) Explicit time integration methods</p>
     <p>3) Implicit time integration methods</p>
     <p>Explicit time integration methods have poor accuracy and stability issues but are much simpler and are quite fast computationally. We do not consider these methods in this work because of poor accuracy, but also due to other requirements discussed later.</p>
    </sec>
    <sec id="s3_3">
     <title>3.3. Finite Element Method in Time</title>
     <p>Consider space-time coupled finite element method for initial value problems. The local approximation of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> over a space-time element 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> or 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mi>
           ξ 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> is given by:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>(22)</p>
     <p>If 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> are generated using tensor product, then we can write (22) as follows:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          ⊗ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>(23)</p>
     <p>The 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mo>
         ⊗ 
       </mo> 
      </math> symbol indicates tensor product <xref ref-type="bibr" rid="scirp.141702-1">
       [1]
      </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.141702-6">
       [6]
      </xref> as we use it in finite elements to generate 2D approximation functions from 1D approximation functions.</p>
     <p>We can also write (23) as:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              N 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               t 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>(24)</p>
     <p>or</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>(25)</p>
     <p>where</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           δ 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>(26)</p>
     <p>In (24) and (26) 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> is not a function of time.</p>
     <p>Remarks</p>
     <p>1) Equation (24) is the space-time coupled finite element method.</p>
     <p>2) Equation (25) is the space-time decoupled finite element method.</p>
     <p>3) Equation (26) is the finite element method in time.</p>
     <p>4) Substitution from (26) into (25) yields (24).</p>
     <p>That is in space-time decoupled methods, if we solve ordinary differential equations in time using finite element method in time, then the space-time coupled and the space-time decoupled methods are the same provided the space-time approximation functions are generated using tensor product of 1D space and time approximation functions. This has been investigated by Surana et al. <xref ref-type="bibr" rid="scirp.141702-12">
       [12]
      </xref> and is shown to be true. For further details on this approach, see reference <xref ref-type="bibr" rid="scirp.141702-12">
       [12]
      </xref>.</p>
    </sec>
    <sec id="s3_4">
     <title>3.4. Implicit Time Integration Methods for Ordinary Differential Equations in Time</title>
     <p>The a posteriori error computation proposed in the present work considers 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>-norm of the space-time residual function for space-time decoupled finite element methods. This technique requires:</p>
     <p>(i) Desired regularity or differentiability of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           δ 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> in space and time. Since the spatial discretization uses finite elements in space, the desired regularity in space can be easily satisfied by appropriate choices of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         k 
       </mi> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         p 
       </mi> 
      </math> in space.</p>
     <p>(ii) We also need desired global regularity or differentiability of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> in time as well. That is, we must consider a time integration method in which approximation of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         ϕ 
       </mi> 
      </math> over a time increment is a function or an expression in time (for example, polynomial in time).</p>
     <p>(iii) At the inter-element boundaries, desired order of differentiability required by the initial value problem must be satisfied so that the space-time integrals are Riemann.</p>
     <p>(iv) When the requirements (i) - (iii) are satisfied, the space-time decoupled approximation 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> can be substituted in the initial value problem (14) for any value of time in the interval 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ≤ 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ≤ 
        </mo> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>. Thus, permitting 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>-norm of the space-time residual functional over 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          × 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              n 
            </mi> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
            Δ 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            ≤ 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            ≤ 
          </mo> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
          <mi>
            Δ 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> for the 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mi>
            h 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> space-time step.</p>
     <p>(v) The requirements (i) - (iv) rule out the use of explicit time integration methods and the integration method in which we do not have an expression of the solution as a function of time explicitly for an increment of time.</p>
     <p>Remarks [a.]</p>
     <p>a. Requirements (i) - (iv) rule out methods like Runge-Kutta in which we do not have an analytical expression of solution as a function of time in a time interval as required in the 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>-norm computations.</p>
     <p>b. Wilson’s 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         θ 
       </mi> 
      </math>-method with linear acceleration and Newmark’s linear acceleration methods are suitable for second-order systems of ordinary differential equations in time.</p>
     <p>c. In the case of first-order systems of ordinary differential equations in time, we must derive details of time integration methods based on Wilson’s 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         θ 
       </mi> 
      </math> method and Newmark method.</p>
     <p>d. In the present work, we consider the Newmark method for both first-order and second-order systems of ordinary differential equations in time. For simplicity, we only consider linear ordinary differential equations in time. In the following, we present details of Newmark time integration method for linear first-order and second-order ordinary differential equations in time.</p>
     <p>Consider the following first-order system of linear ordinary differential equations in time obtained from decoupling of space and time</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            δ 
          </mi> 
          <mo>
            ˙ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mi>
           K 
         </mi> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mi>
           δ 
         </mi> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mi>
           F 
         </mi> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>(27)</p>
     <p>Consider a time interval 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> and assume that 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            δ 
          </mi> 
          <mo>
            ˙ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> is linear in the interval 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> (<xref ref-type="fig" rid="fig2">
       Figure 2
      </xref>).</p>
     <fig id="fig2" position="float">
      <label>Figure 2</label>
      <caption>
       <title>Figure 2. Newmark linear method for first order ordinary differential equations.</title>
      </caption>
      <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1101131-rId725.jpeg?20250331021155" />
     </fig>
     <p>Let 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         τ 
       </mi> 
      </math> be the time measured from 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         t 
       </mi> 
      </math>. Let 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> be values of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            δ 
          </mi> 
          <mo>
            ˙ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> at 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         t 
       </mi> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>, respectively. Then</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mi>
            τ 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mi>
           τ 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               { 
             </mo> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                δ 
              </mi> 
              <mo>
                ˙ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mo>
               } 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mtext>
              Δ 
            </mtext> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               { 
             </mo> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                δ 
              </mi> 
              <mo>
                ˙ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mo>
               } 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>(28)</p>
     <p>Integrating with respect to 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         τ 
       </mi> 
      </math>, we get:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mi>
            τ 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          τ 
        </mi> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             τ 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               { 
             </mo> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                δ 
              </mi> 
              <mo>
                ˙ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mo>
               } 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mtext>
              Δ 
            </mtext> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               { 
             </mo> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                δ 
              </mi> 
              <mo>
                ˙ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mo>
               } 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>(29)</p>
     <p>At 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          τ 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>,</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mi>
            τ 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>(30)</p>
     <p>Substituting in (29), we obtain:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>(31)</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mo>
          ∴ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mi>
            τ 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mi>
          τ 
        </mi> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             τ 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               { 
             </mo> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                δ 
              </mi> 
              <mo>
                ˙ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mo>
               } 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mtext>
              Δ 
            </mtext> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               { 
             </mo> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                δ 
              </mi> 
              <mo>
                ˙ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mo>
               } 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>(32)</p>
     <p>Letting 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          τ 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>, we obtain:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </mfrac> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               { 
             </mo> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                δ 
              </mi> 
              <mo>
                ˙ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mo>
               } 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mtext>
              Δ 
            </mtext> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               { 
             </mo> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                δ 
              </mi> 
              <mo>
                ˙ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mo>
               } 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>(33)</p>
     <p>From (28),</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>From (33), we solve for 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
         <mrow> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               { 
             </mo> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mo>
               } 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mtext>
              Δ 
            </mtext> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               { 
             </mo> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mo>
               } 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>(34)</p>
     <p>Consider (27) at 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mi>
           K 
         </mi> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             F 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>(35)</p>
     <p>Substitute 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> from (34) into (35):</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mfrac> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mrow> 
            <mtext>
              Δ 
            </mtext> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 { 
               </mo> 
               <mi>
                 δ 
               </mi> 
               <mo>
                 } 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mtext>
                Δ 
              </mtext> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msub> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 { 
               </mo> 
               <mi>
                 δ 
               </mi> 
               <mo>
                 } 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mi>
               t 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               { 
             </mo> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                δ 
              </mi> 
              <mo>
                ˙ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mo>
               } 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mi>
           K 
         </mi> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             F 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>(36)</p>
     <p>or</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mi>
             K 
           </mi> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mfrac> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mrow> 
            <mtext>
              Δ 
            </mtext> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mi>
             C 
           </mi> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             F 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
         <mrow> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>(37)</p>
     <p>or</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             Q 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             F 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>(38)</p>
     <p>where</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             Q 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
         <mrow> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>(39)</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> is called the time approximation operator, and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             Q 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> is called the load operator.</p>
     <p>Knowing 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>, 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>, and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             F 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>, we can calculate 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> using (37), and then 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> using (34). Thus, the solution 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> is now known.</p>
     <p>Initial conditions</p>
     <p>1) Since (27) is a first-order system of ordinary differential equations, we require only one initial condition. If we begin with 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> then 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> is the initial condition (known). Using (27) at 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>, we can write:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mi>
           K 
         </mi> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             F 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>(40)</p>
     <p>From (27), we can solve for 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mi>
             C 
           </mi> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mi>
             K 
           </mi> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               { 
             </mo> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mo>
               } 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               { 
             </mo> 
             <mi>
               F 
             </mi> 
             <mo>
               } 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>(41)</p>
     <p>Thus, now the complete solution is known at 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>.</p>
     <p>2) Using the initial condition in (1) at 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>, we can use (34) at 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> to calculate 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> and then use (33) to calculate 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>3) This procedure of time marching is continued until final time 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          τ 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> is reached.</p>
     <p>Remarks</p>
     <p>1) First, we note that for each time interval, we have an analytical expression for 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            δ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mover accent="true"> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mo>
             ˙ 
           </mo> 
          </mover> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> needed for residual computations.</p>
     <p>2) Secondly, we note that at a time 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         t 
       </mi> 
      </math> between the two time intervals, 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mi>
           δ 
         </mi> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            δ 
          </mi> 
          <mo>
            ˙ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> are continuous, implying that in this time integration scheme, 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> is of class 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> as required by (14) to ensure that the time integrals in 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>-norm are Riemann in time.</p>
     <p>Consider a system of second-order linear ordinary differential equations in time:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mi>
           M 
         </mi> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            δ 
          </mi> 
          <mo>
            ¨ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            δ 
          </mi> 
          <mo>
            ˙ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mi>
           K 
         </mi> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mi>
           δ 
         </mi> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mi>
           F 
         </mi> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>(42)</p>
     <p>These ordinary differential equations in time result when decoupling space and time in balance of linear momenta in linear elasticity and when constructing integral forms over spatial discretization using Galerkin method with weak form (GM/WF). 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mi>
           M 
         </mi> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>, 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>, and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mi>
           K 
         </mi> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> are mass, damping, and stiffness matrices, and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mi>
           δ 
         </mi> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>, 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            δ 
          </mi> 
          <mo>
            ˙ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>, and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            δ 
          </mi> 
          <mo>
            ¨ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> are nodal degrees of freedom, their first and second time derivatives, when the degrees of freedom 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mi>
           δ 
         </mi> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> are displacements (C0 Lagrange family finite elements), then 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            δ 
          </mi> 
          <mo>
            ˙ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            δ 
          </mi> 
          <mo>
            ¨ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> are velocities and accelerations of the grid points of the spatial discretization.</p>
     <p>We consider Newmark’s linear acceleration method for integrating ordinary differential Equations (42) in time. In this method, we assume that acceleration 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            δ 
          </mi> 
          <mo>
            ¨ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> is linear in the time interval 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> (<xref ref-type="fig" rid="fig3">
       Figure 3
      </xref>).</p>
     <fig id="fig3" position="float">
      <label>Figure 3</label>
      <caption>
       <title>Figure 3. Acceleration 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
          <mrow>
   
           <mo>
            
    {
   
           </mo> 
   
           <mover accent="true"> 
    
            <mi>
             
     δ
    
            </mi> 
    
            <mo>
             
     ¨
    
            </mo> 
   
           </mover> 
   
           <mo>
            
    }
   
           </mo>
  
          </mrow>
 
         </mrow>

        </math> versus time t (Newmark linear acceleration method).</title>
      </caption>
      <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1101131-rId860.jpeg?20250331021155" />
     </fig>
     <p>Complete details of this method can be found in <xref ref-type="bibr" rid="scirp.141702-1">
       [1]
      </xref>. Important steps and the calculation procedure are described in the following. If we measure time 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         τ 
       </mi> 
      </math> from 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         t 
       </mi> 
      </math>, then</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ¨ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mi>
            τ 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ¨ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mi>
           τ 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               { 
             </mo> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                δ 
              </mi> 
              <mo>
                ¨ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mo>
               } 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mtext>
              Δ 
            </mtext> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
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                δ 
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              <mo>
                ¨ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mo>
               } 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>(43)</p>
     <p>Integrating with respect to 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         τ 
       </mi> 
      </math> and using 
      <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            δ 
          </mi> 
          <mo>
            ˙ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> at 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          τ 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> equal as 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
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              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>, to evaluate constant of integration, we obtain</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
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            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mi>
            τ 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          τ 
        </mi> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ¨ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             τ 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               { 
             </mo> 
             <mover accent="true"> 
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                δ 
              </mi> 
              <mo>
                ¨ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mo>
               } 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mtext>
              Δ 
            </mtext> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               { 
             </mo> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                δ 
              </mi> 
              <mo>
                ¨ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mo>
               } 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>(44)</p>
     <p>Integrating with respect to 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         τ 
       </mi> 
      </math> and using 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mi>
            τ 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> at 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          τ 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>, as 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> to evaluate the constant of integration, we obtain</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mi>
            τ 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             τ 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </mfrac> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ¨ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             τ 
           </mi> 
           <mn>
             3 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mn>
            6 
          </mn> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               { 
             </mo> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                δ 
              </mi> 
              <mo>
                ¨ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mo>
               } 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mtext>
              Δ 
            </mtext> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               { 
             </mo> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                δ 
              </mi> 
              <mo>
                ¨ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mo>
               } 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>(45)</p>
     <p>
      <xref ref-type="bibr" rid="scirp.141702-"></xref>Using (43), (44), and (45), we obtain expressions for 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>, 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ¨ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> by letting 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          τ 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>. From these, we solve for 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ¨ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> in terms of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>, 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>, 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ¨ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>, 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             F 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> and substitute these into (43) at 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>.</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mi>
           M 
         </mi> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ¨ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mi>
           K 
         </mi> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             F 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>(46)</p>
     <p>We express resulting (46) as a system of linear simultaneous algebraic equations in unknown 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> (see <xref ref-type="bibr" rid="scirp.141702-1">
       [1]
      </xref> for details), Equation (47). Final expression used for computations are given in the following:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mn>
               6 
             </mn> 
             <mrow> 
              <mtext>
                Δ 
              </mtext> 
              <msup> 
               <mi>
                 t 
               </mi> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msup> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
            <mrow> 
             <mo>
               [ 
             </mo> 
             <mi>
               M 
             </mi> 
             <mo>
               ] 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mfrac> 
             <mn>
               3 
             </mn> 
             <mrow> 
              <mtext>
                Δ 
              </mtext> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
            <mrow> 
             <mo>
               [ 
             </mo> 
             <mi>
               C 
             </mi> 
             <mo>
               ] 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               [ 
             </mo> 
             <mi>
               K 
             </mi> 
             <mo>
               ] 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mo>
              { 
            </mo> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              } 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mtext>
              Δ 
            </mtext> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mo>
              { 
            </mo> 
            <mi>
              F 
            </mi> 
            <mo>
              } 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mtext>
              Δ 
            </mtext> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mn>
               6 
             </mn> 
             <mrow> 
              <mtext>
                Δ 
              </mtext> 
              <msup> 
               <mi>
                 t 
               </mi> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msup> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
            <mrow> 
             <mo>
               [ 
             </mo> 
             <mi>
               M 
             </mi> 
             <mo>
               ] 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mfrac> 
             <mn>
               3 
             </mn> 
             <mrow> 
              <mtext>
                Δ 
              </mtext> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
            <mrow> 
             <mo>
               [ 
             </mo> 
             <mi>
               C 
             </mi> 
             <mo>
               ] 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mo>
              { 
            </mo> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              } 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </msub> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mn>
               6 
             </mn> 
             <mrow> 
              <mtext>
                Δ 
              </mtext> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
            <mrow> 
             <mo>
               [ 
             </mo> 
             <mi>
               M 
             </mi> 
             <mo>
               ] 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <mrow> 
             <mo>
               [ 
             </mo> 
             <mi>
               C 
             </mi> 
             <mo>
               ] 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mo>
              { 
            </mo> 
            <mover accent="true"> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mo>
               ˙ 
             </mo> 
            </mover> 
            <mo>
              } 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </msub> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <mrow> 
             <mo>
               [ 
             </mo> 
             <mi>
               M 
             </mi> 
             <mo>
               ] 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <mtext>
                Δ 
              </mtext> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </mfrac> 
            <mrow> 
             <mo>
               [ 
             </mo> 
             <mi>
               C 
             </mi> 
             <mo>
               ] 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mo>
              { 
            </mo> 
            <mover accent="true"> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mo>
               ¨ 
             </mo> 
            </mover> 
            <mo>
              } 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </msub> 
         </mtd> 
        </mtr> 
       </mtable> 
      </math>(47)</p>
     <p>and</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
         <mrow> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               { 
             </mo> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mo>
               } 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mtext>
              Δ 
            </mtext> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               { 
             </mo> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mo>
               } 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ¨ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </mfrac> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ¨ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>(48)</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ¨ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mn>
           6 
         </mn> 
         <mrow> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <msup> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               { 
             </mo> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mo>
               } 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mtext>
              Δ 
            </mtext> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               { 
             </mo> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mo>
               } 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mn>
           6 
         </mn> 
         <mrow> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ¨ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>(49)</p>
     <p>We can write (47) as</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             Q 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             F 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>where</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mo>
              { 
            </mo> 
            <mi>
              Q 
            </mi> 
            <mo>
              } 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </msub> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mn>
               6 
             </mn> 
             <mrow> 
              <mtext>
                Δ 
              </mtext> 
              <msup> 
               <mi>
                 t 
               </mi> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msup> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
            <mrow> 
             <mo>
               [ 
             </mo> 
             <mi>
               M 
             </mi> 
             <mo>
               ] 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mfrac> 
             <mn>
               3 
             </mn> 
             <mrow> 
              <mtext>
                Δ 
              </mtext> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
            <mrow> 
             <mo>
               [ 
             </mo> 
             <mi>
               C 
             </mi> 
             <mo>
               ] 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mo>
              { 
            </mo> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              } 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </msub> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mn>
               6 
             </mn> 
             <mrow> 
              <mtext>
                Δ 
              </mtext> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
            <mrow> 
             <mo>
               [ 
             </mo> 
             <mi>
               M 
             </mi> 
             <mo>
               ] 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <mrow> 
             <mo>
               [ 
             </mo> 
             <mi>
               C 
             </mi> 
             <mo>
               ] 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mo>
              { 
            </mo> 
            <mover accent="true"> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mo>
               ˙ 
             </mo> 
            </mover> 
            <mo>
              } 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </msub> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <mrow> 
             <mo>
               [ 
             </mo> 
             <mi>
               M 
             </mi> 
             <mo>
               ] 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <mtext>
                Δ 
              </mtext> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </mfrac> 
            <mrow> 
             <mo>
               [ 
             </mo> 
             <mi>
               C 
             </mi> 
             <mo>
               ] 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mo>
              { 
            </mo> 
            <mover accent="true"> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mo>
               ¨ 
             </mo> 
            </mover> 
            <mo>
              } 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </msub> 
         </mtd> 
        </mtr> 
       </mtable> 
      </math>(51)</p>
     <p>Initial Conditions:</p>
     <p>Since (42) is a system of linear second-order ordinary differential equations in time, it requires two initial conditions. If we assume that the evolution commences at 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>, then we could have 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> as initial conditions. Using (42) at 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>, 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mi>
           M 
         </mi> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ¨ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mi>
           K 
         </mi> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             F 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>(52)</p>
     <p>From (52), we can determine 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ¨ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>.</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ¨ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mi>
             M 
           </mi> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               { 
             </mo> 
             <mi>
               f 
             </mi> 
             <mo>
               } 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mi>
             C 
           </mi> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               { 
             </mo> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                δ 
              </mi> 
              <mo>
                ˙ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mo>
               } 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mi>
             K 
           </mi> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>Thus, 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>, 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>, and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ¨ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> are all known at time 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>.</p>
     <p>Remarks</p>
     <p>1) If the evolution commences at 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>, then 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>, 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>, and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ¨ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> are all known at 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>.</p>
     <p>2) We use 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> in (45) to calculate 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> followed by the calculation of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ¨ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> using (48) and (49). Thus, the solution at 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> is now known.</p>
     <p>3) Using the solution at 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>, the solution at 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> i.e. 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>, 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>, and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ¨ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> can be calculated using (47) - (49).</p>
     <p>4) This time marching process is continued until the final time 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          τ 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> is reached.</p>
    </sec>
    <sec id="s3_5">
     <title>3.5. A Posteriori Error Computations in Space-Time Decoupled Methods for a First-Order System of Linear Ordinary Differential Equations in Time</title>
     <p>Consider the following system of linear first order ordinary differential equations in time:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            δ 
          </mi> 
          <mo>
            ˙ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mi>
           H 
         </mi> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mi>
           δ 
         </mi> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mi>
           F 
         </mi> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>(53)</p>
     <p>Obtained by decoupling space and time in the initial value problem using a finite element discretization 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mo>
                ¯ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mrow> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
        </msup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <munder> 
          <mo>
            ∪ 
          </mo> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
         </munder> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mo>
              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mrow> 
      </math> in space of the spatial domain 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          ⊂ 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           ℝ 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> or 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           ℝ 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> or 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           ℝ 
         </mi> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math>; 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> could be a line, an area or a volume finite element in space,with p-version hierarchical with higher orders global differentiability in space.</p>
     <p>For illustration, consider the following time dependent diffusion equation</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          c 
        </mi> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            ϕ 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mo>
             ∂ 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mi>
            ϕ 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mo>
          ∀ 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          × 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          × 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            τ 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>(54)</p>
     <p>Consider discretization of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> of the spatial domain 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <munder> 
          <mo>
            ∪ 
          </mo> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
         </munder> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mo>
              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mrow> 
      </math>(55)</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> is a three-node p-version hierarchical finite element in the spatial domain 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         x 
       </mi> 
      </math> with higher-order global differentiability local approximation. Let 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> be the approximation of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         ϕ 
       </mi> 
      </math> over 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math>, then in space-time decoupled finite element method, we write:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>(56)</p>
     <p>in which 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           δ 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> is the computed solution for time integration method for an increment of time.</p>
     <p>We substitute (56) in (54) to obtain residual function 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math>. 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <munder accentunder="true"> 
          <mover accent="true"> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
           <mo>
             ¯ 
           </mo> 
          </mover> 
          <mo>
            ˜ 
          </mo> 
         </munder> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          × 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              n 
            </mi> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            ≤ 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            ≤ 
          </mo> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>, for the 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mi>
            h 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> time interval</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mover accent="true"> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mo>
             ˙ 
           </mo> 
          </mover> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mo>
               ∂ 
             </mo> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
            <mi>
              N 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            δ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>(57)</p>
     <p>and the residual functional 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> is given by</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mi>
               E 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <msubsup> 
             <mi>
               E 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <munder accentunder="true"> 
            <mover accent="true"> 
             <mi>
               Ω 
             </mi> 
             <mo>
               ¯ 
             </mo> 
            </mover> 
            <mo>
              ˜ 
            </mo> 
           </munder> 
           <mrow> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>(58)</p>
     <p>and for the the whole spatial discretization</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munder> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </munder> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msubsup> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math>(59)</p>
     <p>We note that 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> are approximation functions for 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> mapped in natural coordinate space 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         ξ 
       </mi> 
      </math>. Thus,</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            ξ 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            ξ 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              N 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               ξ 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mover accent="true"> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mo>
             ˙ 
           </mo> 
          </mover> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mi>
          K 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mo>
               ∂ 
             </mo> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
            <mi>
              N 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               ξ 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            δ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>(60)</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            ξ 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munder> 
         <mstyle displaystyle="true" mathsize="140%"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </munder> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msubsup> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            ξ 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munder> 
         <mstyle displaystyle="true" mathsize="140%"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </munder> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mi>
               E 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                ξ 
              </mi> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                ξ 
              </mi> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <msubsup> 
             <mi>
               E 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                ξ 
              </mi> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                ξ 
              </mi> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <munder accentunder="true"> 
            <mover accent="true"> 
             <mi>
               Ω 
             </mi> 
             <mo>
               ¯ 
             </mo> 
            </mover> 
            <mo>
              ˜ 
            </mo> 
           </munder> 
           <mrow> 
            <mi>
              ξ 
            </mi> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>(61)</p>
     <p>We map time 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         t 
       </mi> 
      </math> for an increment of time into natural coordinate 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         ν 
       </mi> 
      </math> in a two-unit length. Consider the 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mi>
            h 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> time increment 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
          </msup> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
          </msup> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
          </msubsup> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msubsup> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> mapped into a two-unit length 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             ν 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             ν 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>. We can write the following:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           ν 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              ν 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mi>
              ν 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math>(62)</p>
     <p>and</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          τ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           ν 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mi>
              ν 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
          and 
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          τ 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </mfrac> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          ν 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>(63)</p>
     <p>time 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         τ 
       </mi> 
      </math> is measured from 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msubsup> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math>.</p>
     <p>Recall 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mi>
            τ 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mi>
            τ 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> (from Equations (29) and (28)), we can express these as functions of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         ν 
       </mi> 
      </math>:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mi>
            τ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             ν 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          τ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           ν 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msubsup> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                τ 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 ν 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               { 
             </mo> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                δ 
              </mi> 
              <mo>
                ˙ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mo>
               } 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mi>
               t 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mi>
               j 
             </mi> 
            </msubsup> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mtext>
              Δ 
            </mtext> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               { 
             </mo> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                δ 
              </mi> 
              <mo>
                ˙ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mo>
               } 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mi>
               t 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mi>
               j 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>(64)</p>
     <p>and</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
          </msubsup> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mi>
            τ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             ν 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mi>
            τ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             ν 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               { 
             </mo> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                δ 
              </mi> 
              <mo>
                ˙ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mo>
               } 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mi>
               t 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mi>
               j 
             </mi> 
            </msubsup> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mtext>
              Δ 
            </mtext> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               { 
             </mo> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                δ 
              </mi> 
              <mo>
                ˙ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mo>
               } 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mi>
               t 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mi>
               j 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>(65)</p>
     <p>where</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msubsup> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>(66)</p>
     <p>Using (62) in (61) , we obtain 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            ξ 
          </mi> 
          <mi>
            ν 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            ξ 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            ν 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> and:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            ξ 
          </mi> 
          <mi>
            ν 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munder> 
         <mstyle displaystyle="true" mathsize="140%"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </munder> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msubsup> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            ξ 
          </mi> 
          <mi>
            ν 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munder> 
         <mstyle displaystyle="true" mathsize="140%"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </munder> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mi>
               E 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mrow> 
                <mi>
                  ξ 
                </mi> 
                <mi>
                  ν 
                </mi> 
               </mrow> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                ξ 
              </mi> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mi>
                ν 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <msubsup> 
             <mi>
               E 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                ξ 
              </mi> 
              <mi>
                ν 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                ξ 
              </mi> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mi>
                ν 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <munder accentunder="true"> 
            <mover accent="true"> 
             <mi>
               Ω 
             </mi> 
             <mo>
               ¯ 
             </mo> 
            </mover> 
            <mo>
              ˜ 
            </mo> 
           </munder> 
           <mrow> 
            <mi>
              ξ 
            </mi> 
            <mi>
              ν 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>(67)</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            ξ 
          </mi> 
          <mi>
            ν 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> is calculated using Gauss quadrature.</p>
     <p>Proximity of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            ξ 
          </mi> 
          <mi>
            ν 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> to zero is a measure of the accuracy of the solution in 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <munder accentunder="true"> 
          <mover accent="true"> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
           <mo>
             ¯ 
           </mo> 
          </mover> 
          <mo>
            ˜ 
          </mo> 
         </munder> 
         <mrow> 
          <mi>
            ξ 
          </mi> 
          <mi>
            ν 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> i.e. element e in space for a time increment and proximity of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            ξ 
          </mi> 
          <mi>
            ν 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> to zero is a measure of accuracy of the solution over the whole spatial discretization for an increment of time.</p>
    </sec>
    <sec id="s3_6">
     <title>3.6. A Posteriori Error Computations in Space-Time Decoupled Methods for Second-Order Systems of Linear Ordinary Differential Equations in Time</title>
     <p>In linear elasticity, the balance of linear momenta is a system of second order partial differential equations in space and time in displacement when the constitutive theory for stresses is substituted in them. We discussed space-time decoupled method for obtaining solutions of such initial value problems.</p>
     <p>Consider the initial value problem in linear elasticity, axial deformation of rod made of viscoelastic material. The rod has elasticity and dissipation mechanisms. Balance of linear momenta and constitutive theory are given by (neglecting equilibrium stress):</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           ρ 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mo>
             ∂ 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           ρ 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <msubsup> 
         <mi>
           F 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mi>
           b 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             σ 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mn>
              11 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mo>
          ∀ 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          ⊂ 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           ℝ 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math>(68)</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mn>
            11 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mi>
          c 
        </mi> 
        <mfrac> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>(69)</p>
     <p>By substituting (69) in (68), we obtain a single partial differential equation in 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         u 
       </mi> 
      </math>:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           ρ 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mo>
             ∂ 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           ρ 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <msubsup> 
         <mi>
           F 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mi>
           b 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mo>
             ∂ 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          c 
        </mi> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mo>
             ∂ 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>(70)</p>
     <p>or 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> in which 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         v 
       </mi> 
      </math> is velocity.</p>
     <p>Consider space-time decoupled formulation of (70) with GM/WF in space followed by time integration of the resulting second order ordinary differential equations in time.</p>
     <p>Let 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <munder> 
          <mo>
            ∪ 
          </mo> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
         </munder> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mo>
              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mrow> 
      </math> be discretization of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> in which 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> is a finite element in space (1D in this case).</p>
     <p>Let 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munderover> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </munderover> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           δ 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> be local approximation of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         u 
       </mi> 
      </math> over 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> be approximation of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         u 
       </mi> 
      </math> over 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math>, then</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <munder> 
          <mo>
            ∪ 
          </mo> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
         </munder> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
           <mi>
             h 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mrow> 
      </math>(71)</p>
     <p>Using fundamental lemma of the calculus of variations (using test function 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         w 
       </mi> 
      </math>),</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
            <msub> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
            </msub> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              w 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mo>
              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mi>
             T 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mo>
          ; 
        </mo> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
        <msub> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
        </msub> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
          in 
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
          GM/WF 
        </mtext> 
       </mrow> 
      </math>(72)</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
            <msub> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
            </msub> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              w 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mo>
              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mi>
             T 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munder> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </munder> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
            <msubsup> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              w 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mo>
              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>(73)</p>
     <p>and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mi>
           δ 
         </mi> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <munder> 
          <mo>
            ∪ 
          </mo> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
         </munder> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mrow> 
      </math> are the degrees of freedom for 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>Consider</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
            <msubsup> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              w 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                ρ 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msub> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <msup> 
                <mo>
                  ∂ 
                </mo> 
                <mn>
                  2 
                </mn> 
               </msup> 
               <msubsup> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
                <mi>
                  h 
                </mi> 
                <mi>
                  e 
                </mi> 
               </msubsup> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ∂ 
               </mo> 
               <msup> 
                <mi>
                  t 
                </mi> 
                <mn>
                  2 
                </mn> 
               </msup> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                ρ 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msub> 
             <msubsup> 
              <mi>
                F 
              </mi> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
              <mi>
                b 
              </mi> 
             </msubsup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               E 
             </mi> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <msup> 
                <mo>
                  ∂ 
                </mo> 
                <mn>
                  2 
                </mn> 
               </msup> 
               <msubsup> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
                <mi>
                  h 
                </mi> 
                <mi>
                  e 
                </mi> 
               </msubsup> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ∂ 
               </mo> 
               <msup> 
                <mi>
                  x 
                </mi> 
                <mn>
                  2 
                </mn> 
               </msup> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               c 
             </mi> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <msup> 
                <mo>
                  ∂ 
                </mo> 
                <mn>
                  2 
                </mn> 
               </msup> 
               <msubsup> 
                <mi>
                  v 
                </mi> 
                <mi>
                  h 
                </mi> 
                <mi>
                  e 
                </mi> 
               </msubsup> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ∂ 
               </mo> 
               <msup> 
                <mi>
                  x 
                </mi> 
                <mn>
                  2 
                </mn> 
               </msup> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mi>
               w 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mo>
                ¯ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <munder> 
           <mstyle displaystyle="true" mathsize="140%"> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mo>
                ¯ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msup> 
           </mrow> 
          </munder> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <msub> 
           <mi>
             ρ 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mo>
               ∂ 
             </mo> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
            <msubsup> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               t 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mi>
            w 
          </mi> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <munder> 
           <mstyle displaystyle="true" mathsize="140%"> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mo>
                ¯ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msup> 
           </mrow> 
          </munder> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <msub> 
           <mi>
             ρ 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <msubsup> 
           <mi>
             F 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mi>
             b 
           </mi> 
          </msubsup> 
          <mi>
            w 
          </mi> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <munder> 
           <mstyle displaystyle="true" mathsize="140%"> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mo>
                ¯ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msup> 
           </mrow> 
          </munder> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mo>
               ∂ 
             </mo> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
            <msubsup> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mi>
            w 
          </mi> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <munder> 
           <mstyle displaystyle="true" mathsize="140%"> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mo>
                ¯ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msup> 
           </mrow> 
          </munder> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mi>
            c 
          </mi> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mo>
               ∂ 
             </mo> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
            <msubsup> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mi>
            w 
          </mi> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </mtd> 
        </mtr> 
       </mtable> 
      </math>(74)</p>
     <p>We perform integration by part once in the last two term</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <munder> 
           <mstyle displaystyle="true" mathsize="140%"> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mo>
                ¯ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
          </munder> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <msub> 
           <mi>
             ρ 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mo>
               ∂ 
             </mo> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
            <msubsup> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               t 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mi>
            w 
          </mi> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <munder> 
           <mstyle displaystyle="true" mathsize="140%"> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mo>
                ¯ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
          </munder> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <msub> 
           <mi>
             ρ 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <msubsup> 
           <mi>
             F 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mi>
             b 
           </mi> 
          </msubsup> 
          <mi>
            w 
          </mi> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <munder> 
           <mstyle displaystyle="true" mathsize="140%"> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mo>
                ¯ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msup> 
           </mrow> 
          </munder> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <mi>
              w 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mi>
            w 
          </mi> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <munder> 
           <mstyle displaystyle="true" mathsize="140%"> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mo>
                ¯ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
          </munder> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mi>
            c 
          </mi> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <mi>
              w 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <msubsup> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mi>
            w 
          </mi> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msubsup> 
           <mrow> 
            <mo>
              [ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               w 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 E 
               </mi> 
               <mfrac> 
                <mrow> 
                 <mo>
                   ∂ 
                 </mo> 
                 <msubsup> 
                  <mi>
                    u 
                  </mi> 
                  <mi>
                    h 
                  </mi> 
                  <mi>
                    e 
                  </mi> 
                 </msubsup> 
                </mrow> 
                <mrow> 
                 <mo>
                   ∂ 
                 </mo> 
                 <mi>
                   x 
                 </mi> 
                </mrow> 
               </mfrac> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mo>
              ] 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                e 
              </mi> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </mrow> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </msubsup> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msubsup> 
           <mrow> 
            <mo>
              [ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               w 
             </mi> 
             <mi>
               c 
             </mi> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ∂ 
               </mo> 
               <msubsup> 
                <mi>
                  v 
                </mi> 
                <mi>
                  h 
                </mi> 
                <mi>
                  e 
                </mi> 
               </msubsup> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ∂ 
               </mo> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
            </mrow> 
            <mo>
              ] 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                e 
              </mi> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </mrow> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </msubsup> 
         </mtd> 
        </mtr> 
       </mtable> 
      </math>(75)</p>
     <p>Substituting (68), 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
        <msubsup> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          ; 
        </mo> 
        <mi>
          j 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mo>
          ⋯ 
        </mo> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munderover> 
         <mstyle displaystyle="true" mathsize="140%"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </munderover> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msub> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msub> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            δ 
          </mi> 
          <mo>
            ˙ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> in (75). Boundary terms lead to secondary variables (standard procedure) 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             P 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> for an element 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         e 
       </mi> 
      </math>.</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               A 
             </mi> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                h 
              </mi> 
              <mi>
                e 
              </mi> 
             </msubsup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               f 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mi>
               w 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mo>
                ¯ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <munder> 
           <mstyle displaystyle="true" mathsize="140%"> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mo>
                ¯ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msup> 
           </mrow> 
          </munder> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <msub> 
           <mi>
             ρ 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <munderover> 
             <mstyle displaystyle="true" mathsize="140%"> 
              <mo>
                ∑ 
              </mo> 
             </mstyle> 
             <mrow> 
              <mi>
                i 
              </mi> 
              <mo>
                = 
              </mo> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
            </munderover> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <msub> 
             <mi>
               N 
             </mi> 
             <mi>
               i 
             </mi> 
            </msub> 
            <msubsup> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                δ 
              </mi> 
              <mo>
                ¨ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mi>
               i 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             N 
           </mi> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
          </msub> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <munder> 
           <mstyle displaystyle="true" mathsize="140%"> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mo>
                ¯ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
          </munder> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <msub> 
           <mi>
             ρ 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <msubsup> 
           <mi>
             F 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mi>
             b 
           </mi> 
          </msubsup> 
          <msub> 
           <mi>
             N 
           </mi> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
          </msub> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <munder> 
           <mstyle displaystyle="true" mathsize="140%"> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mo>
                ¯ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
          </munder> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               N 
             </mi> 
             <mi>
               j 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <munderover> 
           <mstyle displaystyle="true" mathsize="140%"> 
            <mo>
              ∑ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <mi>
              i 
            </mi> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </munderover> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               N 
             </mi> 
             <mi>
               i 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <msubsup> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <munder> 
           <mstyle displaystyle="true" mathsize="140%"> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mo>
                ¯ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
          </munder> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mi>
            c 
          </mi> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               N 
             </mi> 
             <mi>
               j 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <munderover> 
           <mstyle displaystyle="true" mathsize="140%"> 
            <mo>
              ∑ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <mi>
              i 
            </mi> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </munderover> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               N 
             </mi> 
             <mi>
               i 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <msubsup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msubsup> 
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              [ 
            </mo> 
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              <mi>
                N 
              </mi> 
              <mi>
                j 
              </mi> 
             </msub> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 E 
               </mi> 
               <mfrac> 
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                    e 
                  </mi> 
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                   ∂ 
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                   x 
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               </mfrac> 
              </mrow> 
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                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
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                e 
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            − 
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                 x 
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            </msub> 
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                + 
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          </msubsup> 
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            , 
          </mo> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mi>
            j 
          </mi> 
          <mo>
            = 
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            , 
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            2 
          </mn> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </mtd> 
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      </math>(76a)</p>
     <p>in which</p>
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            i 
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         </mrow> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
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             x 
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             e 
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          </msubsup> 
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        </mtext> 
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           N 
         </mi> 
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         </mi> 
        </msub> 
        <msub> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
        </msub> 
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          d 
        </mtext> 
        <mi>
          Ω 
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        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mo>
          ; 
        </mo> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msubsup> 
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           C 
         </mi> 
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            i 
          </mi> 
          <mi>
            j 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
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          = 
        </mo> 
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          </msub> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
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          </mi> 
         </mrow> 
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          <mo>
            ∂ 
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           <mi>
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           </mi> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
          </msub> 
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            x 
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        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mo>
          ; 
        </mo> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
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        </mtext> 
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           K 
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            i 
          </mi> 
          <mi>
            j 
          </mi> 
         </mrow> 
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           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
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             x 
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             e 
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          </msubsup> 
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        </mtext> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mfrac> 
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            ∂ 
          </mo> 
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           <mi>
             N 
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           <mi>
             j 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
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            ∂ 
          </mo> 
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            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mfrac> 
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            ∂ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             N 
           </mi> 
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             i 
           </mi> 
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         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>(76b)</p>
     <p>We can write (76a) in the matrix and vector form</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
            <msubsup> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              w 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mo>
              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             M 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ¨ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             C 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             K 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             F 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             P 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>(77)</p>
     <p>Using (77) in (73) i.e. assembly of element expressions we obtain:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               A 
             </mi> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                h 
              </mi> 
             </msub> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               f 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mo>
                ¯ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mi>
               T 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <munder> 
           <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
            <mo>
              ∑ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </munder> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               A 
             </mi> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                h 
              </mi> 
              <mi>
                e 
              </mi> 
             </msubsup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               f 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mo>
                ¯ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <munder> 
           <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
            <mo>
              ∑ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </munder> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mi>
               M 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                δ 
              </mi> 
              <mo>
                ¨ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <munder> 
           <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
            <mo>
              ∑ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </munder> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mi>
               C 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                δ 
              </mi> 
              <mo>
                ˙ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <munder> 
           <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
            <mo>
              ∑ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </munder> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mi>
               K 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <munder> 
           <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
            <mo>
              ∑ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </munder> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mi>
               F 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <munder> 
           <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
            <mo>
              ∑ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </munder> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mi>
               P 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </mtd> 
        </mtr> 
       </mtable> 
      </math>(78)</p>
     <p>or</p>
     <p>
      <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mi>
           M 
         </mi> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            δ 
          </mi> 
          <mo>
            ¨ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            δ 
          </mi> 
          <mo>
            ˙ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mi>
           K 
         </mi> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mi>
           δ 
         </mi> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mi>
           F 
         </mi> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mi>
           P 
         </mi> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>(79)</p>
     <p>in which</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mi>
             M 
           </mi> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <munder> 
           <mstyle displaystyle="true" mathsize="140%"> 
            <mo>
              ∑ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </munder> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mi>
               M 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mi>
             C 
           </mi> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <munder> 
           <mstyle displaystyle="true" mathsize="140%"> 
            <mo>
              ∑ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </munder> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mi>
               C 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mi>
             K 
           </mi> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <munder> 
           <mstyle displaystyle="true" mathsize="140%"> 
            <mo>
              ∑ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </munder> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mi>
               K 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             F 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <munder> 
           <mstyle displaystyle="true" mathsize="140%"> 
            <mo>
              ∑ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </munder> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mi>
               F 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             P 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <munder> 
           <mstyle displaystyle="true" mathsize="140%"> 
            <mo>
              ∑ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </munder> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mi>
               P 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mstyle displaystyle="true"> 
           <munder> 
            <mo>
              ∪ 
            </mo> 
            <mi>
              e 
            </mi> 
           </munder> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               { 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msup> 
               <mi>
                 δ 
               </mi> 
               <mi>
                 e 
               </mi> 
              </msup> 
             </mrow> 
             <mo>
               } 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mstyle> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mstyle displaystyle="true"> 
           <munder> 
            <mo>
              ∪ 
            </mo> 
            <mi>
              e 
            </mi> 
           </munder> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               { 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msup> 
               <mover accent="true"> 
                <mi>
                  δ 
                </mi> 
                <mo>
                  ˙ 
                </mo> 
               </mover> 
               <mi>
                 e 
               </mi> 
              </msup> 
             </mrow> 
             <mo>
               } 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mstyle> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
            and 
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ¨ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mstyle displaystyle="true"> 
           <munder> 
            <mo>
              ∪ 
            </mo> 
            <mi>
              e 
            </mi> 
           </munder> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               { 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msup> 
               <mover accent="true"> 
                <mi>
                  δ 
                </mi> 
                <mo>
                  ¨ 
                </mo> 
               </mover> 
               <mi>
                 e 
               </mi> 
              </msup> 
             </mrow> 
             <mo>
               } 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mstyle> 
         </mtd> 
        </mtr> 
       </mtable> 
      </math>(80)</p>
     <p>Equations (79) are a system of second-order ordinary differential equations in time.</p>
     <p>Let 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> be a 3-node p-version hierarchical element in space with higher order global differentiability</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munderover> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </munderover> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msub> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           δ 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>(81)</p>
     <p>We substitute (81) in (68) to obtain residual function 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mo>
         ∀ 
       </mo> 
      </math> 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <msubsup> 
         <munder accentunder="true"> 
          <mover accent="true"> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
           <mo>
             ¯ 
           </mo> 
          </mover> 
          <mo>
            ˜ 
          </mo> 
         </munder> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          × 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              n 
            </mi> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>, for the 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mi>
            h 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> space-time strip:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           ρ 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ¨ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          c 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mo>
               ∂ 
             </mo> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
            <mi>
              N 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mo>
               ∂ 
             </mo> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
            <mi>
              N 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           ρ 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <msubsup> 
         <mi>
           F 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mi>
           b 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math>(82)</p>
     <p>and the residual functional 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> for 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <munder accentunder="true"> 
          <mover accent="true"> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
           <mo>
             ¯ 
           </mo> 
          </mover> 
          <mo>
            ˜ 
          </mo> 
         </munder> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> is given by</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mi>
               E 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <msubsup> 
             <mi>
               E 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <munder accentunder="true"> 
            <mover accent="true"> 
             <mi>
               Ω 
             </mi> 
             <mo>
               ¯ 
             </mo> 
            </mover> 
            <mo>
              ˜ 
            </mo> 
           </munder> 
           <mrow> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>(83)</p>
     <p>and for the whole spatial discretization and time 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              n 
            </mi> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>,</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munder> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </munder> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msubsup> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math>(84)</p>
     <p>We note that 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> are approximation functions for 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> mapped with natural coordinate space 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          ξ 
        </mi> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>. Thus,</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            ξ 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           ρ 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             ξ 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ¨ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          c 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mo>
               ∂ 
             </mo> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
            <mi>
              N 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               ξ 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mo>
               ∂ 
             </mo> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
            <mi>
              N 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               ξ 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           ρ 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <msup> 
         <mi>
           F 
         </mi> 
         <mi>
           b 
         </mi> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> (85)</p>
     <p>and</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            ξ 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munder> 
         <mstyle displaystyle="true" mathsize="140%"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </munder> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msubsup> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            ξ 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munder> 
         <mstyle displaystyle="true" mathsize="140%"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </munder> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mi>
               E 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                ξ 
              </mi> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                ξ 
              </mi> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <msubsup> 
             <mi>
               E 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                ξ 
              </mi> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                ξ 
              </mi> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <munder accentunder="true"> 
            <mover accent="true"> 
             <mi>
               Ω 
             </mi> 
             <mo>
               ¯ 
             </mo> 
            </mover> 
            <mo>
              ˜ 
            </mo> 
           </munder> 
           <mrow> 
            <mi>
              ξ 
            </mi> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>(86)</p>
     <p>We map 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         t 
       </mi> 
      </math> with natural coordinate space 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         ν 
       </mi> 
      </math> in a two-unit length. Consider the 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mi>
            h 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> time increment 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
          </msup> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
          </msup> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
          </msubsup> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msubsup> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> mapped into a two-unit length 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             ν 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             ν 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>, we can write the following:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           ν 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              ν 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mi>
              ν 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math>(87)</p>
     <p>and</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          τ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           ν 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mi>
              ν 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
          and 
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          τ 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </mfrac> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          ν 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>(88)</p>
     <p>Recall 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mi>
            τ 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>, 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mi>
            τ 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ¨ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mi>
            τ 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>, (Equation (43), (44) and (45)) we can write these as functions of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         ν 
       </mi> 
      </math> using (88) for 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          τ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           ν 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
          </msubsup> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mi>
            τ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             ν 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             τ 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             ν 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </mfrac> 
        <msubsup> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                τ 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 ν 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mn>
             3 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mn>
            6 
          </mn> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               { 
             </mo> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                δ 
              </mi> 
              <mo>
                ¨ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mo>
               } 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mi>
               t 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mi>
               j 
             </mi> 
            </msubsup> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mtext>
              Δ 
            </mtext> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               { 
             </mo> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                δ 
              </mi> 
              <mo>
                ¨ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mo>
               } 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mi>
               t 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mi>
               j 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>(89)</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <mrow> 
        <msub> 
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           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
          </msubsup> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mi>
            τ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             ν 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          τ 
        </mi> 
        <msubsup> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ¨ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                τ 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 ν 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               { 
             </mo> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                δ 
              </mi> 
              <mo>
                ¨ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mo>
               } 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mi>
               t 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mi>
               j 
             </mi> 
            </msubsup> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mtext>
              Δ 
            </mtext> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               { 
             </mo> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                δ 
              </mi> 
              <mo>
                ¨ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mo>
               } 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mi>
               t 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mi>
               j 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>(90)</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ¨ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
          </msubsup> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mi>
            τ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             ν 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ¨ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mi>
            τ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             ν 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               { 
             </mo> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                δ 
              </mi> 
              <mo>
                ¨ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mo>
               } 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mi>
               t 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mi>
               j 
             </mi> 
            </msubsup> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mtext>
              Δ 
            </mtext> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               { 
             </mo> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                δ 
              </mi> 
              <mo>
                ¨ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mo>
               } 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mi>
               t 
             </mi> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mi>
               j 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>(91)</p>
     <p>in which</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msubsup> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>(92)</p>
     <p>Using (86) - (88) in (82), we can obtain 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            ξ 
          </mi> 
          <mi>
            ν 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            ξ 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            ν 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> and</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            ξ 
          </mi> 
          <mi>
            ν 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munder> 
         <mstyle displaystyle="true" mathsize="140%"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </munder> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msubsup> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            ξ 
          </mi> 
          <mi>
            ν 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munder> 
         <mstyle displaystyle="true" mathsize="140%"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </munder> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mi>
               E 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mrow> 
                <mi>
                  ξ 
                </mi> 
                <mi>
                  ν 
                </mi> 
               </mrow> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                ξ 
              </mi> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mi>
                ν 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <msubsup> 
             <mi>
               E 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                ξ 
              </mi> 
              <mi>
                ν 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                ξ 
              </mi> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mi>
                ν 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <munder accentunder="true"> 
            <mover accent="true"> 
             <mi>
               Ω 
             </mi> 
             <mo>
               ¯ 
             </mo> 
            </mover> 
            <mo>
              ˜ 
            </mo> 
           </munder> 
           <mrow> 
            <mi>
              ξ 
            </mi> 
            <mi>
              ν 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>(93)</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            ξ 
          </mi> 
          <mi>
            ν 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> is calculated using Gauss quadrature.</p>
     <p>Proximity of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            ξ 
          </mi> 
          <mi>
            ν 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> to zero is a measure of the accuracy of the solution in 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <munder accentunder="true"> 
          <mover accent="true"> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
           <mo>
             ¯ 
           </mo> 
          </mover> 
          <mo>
            ˜ 
          </mo> 
         </munder> 
         <mrow> 
          <mi>
            ξ 
          </mi> 
          <mi>
            γ 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> i.e. for an element in space and for a time increment how close 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            ξ 
          </mi> 
          <mi>
            ν 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> is to zero is a measure of the accuracy of the solution or the error in the solution for the spatial discretization for an increment of time.</p>
    </sec>
   </sec>
   <sec id="s4">
    <title>4. Model Problem Studies</title>
    <p>In this section, we consider two model problems: Transient Convection Diffusion Equation and Transient Pure Advection. Evolutions for both problems are obtained using space-time coupled methods as well as space-time decoupled methods. In the space-time coupled method, converged solutions are obtained for the first space-time step, and then time is marched to obtain the evolution up to desired values of time. Solutions of class 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> are considered for both in space and time. In the case of space-time decoupled method, integral form in space is constructed using Galerkin method with weak form. Element equations in space are constructed and assembled to yield a system of ordinary differential equations in time that are integrated using Newmark’s linear method. Influence of p-levels in space and time as well as the order of the approximation space are investigated in the case of space-time coupled finite element methods. In space-time decoupled methods, the influence of p-levels and the order of the approximation space in space are investigated in conjunction with varying integration time steps in Newmark’s linear method.</p>
    <sec id="s4_1">
     <title>4.1. Transient Convection Diffusion Equation</title>
     <p>Consider a 1D transient convection diffusion equation given by:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            ϕ 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            ϕ 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mrow> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mo>
             ∂ 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mi>
            ϕ 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mo>
          ∀ 
        </mo> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          × 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          × 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            τ 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>(94)</p>
     <p>where Pe is Peclet number.</p>
     <p>with the following boundary conditions and initial conditions:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mtable columnalign="left"> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mtext>
              BCs 
            </mtext> 
            <mo>
              : 
            </mo> 
            <mi>
              ϕ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <msub> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <mfrac> 
                <mrow> 
                 <mo>
                   ∂ 
                 </mo> 
                 <mi>
                   ϕ 
                 </mi> 
                </mrow> 
                <mrow> 
                 <mo>
                   ∂ 
                 </mo> 
                 <mi>
                   x 
                 </mi> 
                </mrow> 
               </mfrac> 
              </mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mo>
                = 
              </mo> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mo>
              ∀ 
            </mo> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
            <mo>
              ∈ 
            </mo> 
            <msub> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mo>
                ¯ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mi>
               t 
             </mi> 
            </msub> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               [ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mi>
                τ 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ] 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
           </mtd> 
          </mtr> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mtext>
              ICs 
            </mtext> 
            <mo>
              : 
            </mo> 
            <mi>
              ϕ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mi>
              g 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mo>
              ∀ 
            </mo> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mo>
              ∈ 
            </mo> 
            <msub> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mo>
                ¯ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
            </msub> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               [ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mo>
               ] 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              . 
            </mo> 
           </mtd> 
          </mtr> 
         </mtable> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>(95)</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          g 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> defines the initial condition on 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> at 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>. We can write (94) as:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mo>
          ∀ 
        </mo> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          ; 
        </mo> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mrow> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mo>
             ∂ 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
       </mrow> 
      </math>(96)</p>
     <p>Let <img width="93.70932754880694" src="https://html.scirp.org/file/1101131-rId1241.svg?20250331021205"> be a discretization of 
       <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
         <msubsup> 
          <mover accent="true"> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
           <mo>
             ¯ 
           </mo> 
          </mover> 
          <mrow> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mi>
            T 
          </mi> 
         </msubsup> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            [ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mo>
            ] 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           × 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            [ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             Δ 
           </mi> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ] 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </math> 
       <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
         <msub> 
          <mover accent="true"> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
           <mo>
             ¯ 
           </mo> 
          </mover> 
          <mrow> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mo>
           ∪ 
         </mo> 
         <mi>
           Γ 
         </mi> 
        </mrow> 
       </math>, 
       <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtext>
          Γ 
        </mtext> 
       </math> is boundary of 
       <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </math> and 
       <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
         <msubsup> 
          <mover accent="true"> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
           <mo>
             ¯ 
           </mo> 
          </mover> 
          <mrow> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
         </msubsup> 
        </mrow> 
       </math> is a space-time element of the discretization 
       <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
         <msubsup> 
          <mover accent="true"> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
           <mo>
             ¯ 
           </mo> 
          </mover> 
          <mrow> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mi>
            T 
          </mi> 
         </msubsup> 
        </mrow> 
       </math> of the first space-time strip. Let 
       <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
         <msubsup> 
          <mi>
            ϕ 
          </mi> 
          <mi>
            h 
          </mi> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
         </msubsup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </math> be the local approximation of 
       <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </math> over 
       <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
         <msubsup> 
          <mover accent="true"> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
           <mo>
             ¯ 
           </mo> 
          </mover> 
          <mrow> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
         </msubsup> 
        </mrow> 
       </math> and let 
       <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            ϕ 
          </mi> 
          <mi>
            h 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </math> be global approximation of 
       <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </math> over 
       <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
         <msubsup> 
          <mover accent="true"> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
           <mo>
             ¯ 
           </mo> 
          </mover> 
          <mrow> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mi>
            T 
          </mi> 
         </msubsup> 
        </mrow> 
       </math>, such that:</img></p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <munder> 
          <mo>
            ∪ 
          </mo> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
         </munder> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mi>
             h 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          ; 
        </mo> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msubsup> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munderover> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </munderover> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msub> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           δ 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          ; 
        </mo> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mi>
           δ 
         </mi> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <munder> 
          <mo>
            ∪ 
          </mo> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
         </munder> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mrow> 
      </math>(97)</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> are degrees of freedom for 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mi>
           δ 
         </mi> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> are degrees of freedom for 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>The residual function 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> for 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> is given by:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <msubsup> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <msubsup> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mi>
             h 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <msubsup> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mi>
             h 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mrow> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mo>
             ∂ 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <msubsup> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mi>
             h 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mo>
          ∀ 
        </mo> 
        <mo> 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math>(98)</p>
     <p>and space-time functional 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         I 
       </mi> 
      </math> for discretization 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> is defined by:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munder> 
         <mstyle displaystyle="true" mathsize="140%"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </munder> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msup> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mo>
           ∑ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msup> 
               <mi>
                 E 
               </mi> 
               <mi>
                 e 
               </mi> 
              </msup> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <msup> 
               <mi>
                 E 
               </mi> 
               <mi>
                 e 
               </mi> 
              </msup> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mo>
                ¯ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mo>
          ∀ 
        </mo> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math>(99)</p>
     <p>in which 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> is the space-time residual functional over 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math>, space-time domain of space-time element 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         e 
       </mi> 
      </math>.</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mtable columnalign="left"> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <msup> 
             <mi>
               I 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msup> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               I 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msup> 
            <mrow> 
             <mo>
               { 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msup> 
               <mi>
                 δ 
               </mi> 
               <mi>
                 e 
               </mi> 
              </msup> 
             </mrow> 
             <mo>
               } 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
           </mtd> 
          </mtr> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mi>
              I 
            </mi> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mi>
              I 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               { 
             </mo> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mo>
               } 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              . 
            </mo> 
           </mtd> 
          </mtr> 
         </mtable> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>(100)</p>
     <p>If 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mo>
           ⋅ 
         </mo> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> is differentiable in its arguments, then 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> is unique and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> is a necessary condition for extremum of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         I 
       </mi> 
      </math>:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munder> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </munder> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
        <msup> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munder> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </munder> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            δ 
          </mi> 
          <msup> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munder> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </munder> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             g 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mi>
           g 
         </mi> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>(101)</p>
     <p>or</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           δ 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munder> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </munder> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            δ 
          </mi> 
          <msup> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            δ 
          </mi> 
          <msup> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          &gt; 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mo>
          ∀ 
        </mo> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
        <msup> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math>(102)</p>
     <p>then (102) is unique extremum principle, and the space-time integral form (100) is space-time variationally consistent.</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
        <msup> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            δ 
          </mi> 
          <msup> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             K 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             F 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>(103)</p>
     <p>in which</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           K 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mi>
            j 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 N 
               </mi> 
               <mi>
                 j 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 N 
               </mi> 
               <mi>
                 j 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mfrac> 
             <mn>
               1 
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              </mi> 
              <mi>
                e 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <msup> 
               <mo>
                 ∂ 
               </mo> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
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               <mi>
                 N 
               </mi> 
               <mi>
                 j 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <msup> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msup> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 N 
               </mi> 
               <mi>
                 i 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 N 
               </mi> 
               <mi>
                 i 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mfrac> 
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              </mi> 
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              </mi> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <msup> 
               <mo>
                 ∂ 
               </mo> 
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               </mi> 
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                 i 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <msup> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msup> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mover accent="true"> 
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              Ω 
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              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mrow> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          ; 
        </mo> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          j 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mo>
          ⋯ 
        </mo> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
       </mrow> 
      </math>(104)</p>
     <p>and</p>
     <p>
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        <msubsup> 
         <mi>
           F 
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         <mi>
           j 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
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                x 
              </mi> 
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                , 
              </mo> 
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                t 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
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                ∂ 
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              </mi> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
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              + 
            </mo> 
            <mfrac> 
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                ∂ 
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                 j 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
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                ∂ 
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              <mi>
                x 
              </mi> 
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            </mfrac> 
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              − 
            </mo> 
            <mfrac> 
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               1 
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               </mi> 
               <mi>
                 j 
               </mi> 
              </msub> 
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             <mrow> 
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                ∂ 
              </mo> 
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               <mi>
                 x 
               </mi> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msup> 
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            </mfrac> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
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              Ω 
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            <mo>
              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mrow> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          ; 
        </mo> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mi>
          j 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mo>
          ⋯ 
        </mo> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
       </mrow> 
      </math>(105)</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mo>
          ∴ 
        </mo> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munder> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </munder> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
        <msup> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mi>
           K 
         </mi> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mi>
           δ 
         </mi> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mi>
           F 
         </mi> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>(106)</p>
     <p>in which</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mi>
           K 
         </mi> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munder> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </munder> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             K 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          ; 
        </mo> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mi>
           F 
         </mi> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munder> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </munder> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             F 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>(107)</p>
     <p>Equation (106) is the algebraic system for the first (or any) space-time strip. We calculate 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mi>
           δ 
         </mi> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> from (106) after imposing boundary conditions and initial conditions. In the numerical studies, choice of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> of class 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> in space and time would yield Lebesgue integral in space but Riemann in time, whereas 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> of class 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> in space and time would ensure that all space-time integrals over 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> are Riemann. In the numerical computations we consider both 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> as well as 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> approximations in space and time. 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> for 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> is given by 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msqrt> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
        </msqrt> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msqrt> 
         <mrow> 
          <munder> 
           <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
            <mo>
              ∑ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </munder> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msup> 
               <mi>
                 E 
               </mi> 
               <mi>
                 e 
               </mi> 
              </msup> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <msup> 
               <mi>
                 E 
               </mi> 
               <mi>
                 e 
               </mi> 
              </msup> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mo>
                ¯ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mrow> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msqrt> 
       </mrow> 
      </math> in which 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> is given by (98).</p>
     <p>Let 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <munder> 
          <mo>
            ∪ 
          </mo> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
         </munder> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mo>
              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mrow> 
      </math> be a discretization of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> in which 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> is a three-node p-version hierarchical 1D element in space with higher-order global differentiability.</p>
     <p>Let</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munderover> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </munderover> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msub> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           δ 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>(108)</p>
     <p>be the local approximation of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> over 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math>, in which 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> are the p-version hierarchical local approximations with higher-order global differentiability in space 
      <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         x 
       </mi> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           δ 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> are nodal degrees of freedom that are functions of time. Equation (108) causes decoupling of space and time. Using (108), we can write:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <munder> 
          <mo>
            ∪ 
          </mo> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
         </munder> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mi>
             h 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
          and 
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            δ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <munder> 
          <mo>
            ∪ 
          </mo> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
         </munder> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msup> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               t 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mrow> 
      </math>(109)</p>
     <p>in which 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> are the degrees of freedom for an element 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            δ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> are the degrees of freedom for the discretization 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> of the spatial domain 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>. Consider the integral form of (94) over 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> using Galerkin methods with weak form:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
            <msub> 
             <mi>
               ϕ 
             </mi> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
            </msub> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mo>
              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mi>
             T 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munder> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </munder> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
            <msubsup> 
             <mi>
               ϕ 
             </mi> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mo>
              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>(110)</p>
     <p>Consider 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
            <msubsup> 
             <mi>
               ϕ 
             </mi> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mo>
              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> in which 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
        <msubsup> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> (Galerkin method)</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               A 
             </mi> 
             <msubsup> 
              <mi>
                ϕ 
              </mi> 
              <mi>
                h 
              </mi> 
              <mi>
                e 
              </mi> 
             </msubsup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               f 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mo>
                ¯ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ∂ 
               </mo> 
               <msubsup> 
                <mi>
                  ϕ 
                </mi> 
                <mi>
                  h 
                </mi> 
                <mi>
                  e 
                </mi> 
               </msubsup> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ∂ 
               </mo> 
               <mi>
                 t 
               </mi> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ∂ 
               </mo> 
               <msubsup> 
                <mi>
                  ϕ 
                </mi> 
                <mi>
                  h 
                </mi> 
                <mi>
                  e 
                </mi> 
               </msubsup> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ∂ 
               </mo> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mfrac> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
              <mrow> 
               <mi>
                 P 
               </mi> 
               <mi>
                 e 
               </mi> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <msup> 
                <mo>
                  ∂ 
                </mo> 
                <mn>
                  2 
                </mn> 
               </msup> 
               <msubsup> 
                <mi>
                  ϕ 
                </mi> 
                <mi>
                  h 
                </mi> 
                <mi>
                  e 
                </mi> 
               </msubsup> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ∂ 
               </mo> 
               <msup> 
                <mi>
                  x 
                </mi> 
                <mn>
                  2 
                </mn> 
               </msup> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               f 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mo>
                ¯ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <munder> 
           <mstyle displaystyle="true" mathsize="140%"> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mo>
                ¯ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
          </munder> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <msubsup> 
               <mi>
                 ϕ 
               </mi> 
               <mi>
                 h 
               </mi> 
               <mi>
                 e 
               </mi> 
              </msubsup> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <msubsup> 
               <mi>
                 ϕ 
               </mi> 
               <mi>
                 h 
               </mi> 
               <mi>
                 e 
               </mi> 
              </msubsup> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mfrac> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mrow> 
              <mi>
                P 
              </mi> 
              <mi>
                e 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <msup> 
               <mo>
                 ∂ 
               </mo> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msup> 
              <msubsup> 
               <mi>
                 ϕ 
               </mi> 
               <mi>
                 h 
               </mi> 
               <mi>
                 e 
               </mi> 
              </msubsup> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <msup> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msup> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mtd> 
        </mtr> 
       </mtable> 
      </math>(111)</p>
     <p>We perform integration by parts in the third term to transfer one order of differentiation from 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> to 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         v 
       </mi> 
      </math></p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            A 
          </mi> 
          <msubsup> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mi>
             h 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munder> 
         <mstyle displaystyle="true" mathsize="140%"> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mo>
              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </munder> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <msubsup> 
             <mi>
               ϕ 
             </mi> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <msubsup> 
             <mi>
               ϕ 
             </mi> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mfrac> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mrow> 
            <mi>
              P 
            </mi> 
            <mi>
              e 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <msubsup> 
             <mi>
               ϕ 
             </mi> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msubsup> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mfrac> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
               <mrow> 
                <mi>
                  P 
                </mi> 
                <mi>
                  e 
                </mi> 
               </mrow> 
              </mfrac> 
              <mfrac> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ∂ 
                </mo> 
                <msubsup> 
                 <mi>
                   ϕ 
                 </mi> 
                 <mi>
                   h 
                 </mi> 
                 <mi>
                   e 
                 </mi> 
                </msubsup> 
               </mrow> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ∂ 
                </mo> 
                <mi>
                  x 
                </mi> 
               </mrow> 
              </mfrac> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              e 
            </mi> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> (112)</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> are the coordinates of the end points of the element.</p>
     <p>Using (108) and</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
        <msubsup> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          ; 
        </mo> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mi>
          j 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mo>
          ⋯ 
        </mo> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mrow> 
      </math>(113)</p>
     <p>in (112), we obtain:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               A 
             </mi> 
             <msubsup> 
              <mi>
                ϕ 
              </mi> 
              <mi>
                h 
              </mi> 
              <mi>
                e 
              </mi> 
             </msubsup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               f 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mo>
                ¯ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <munder> 
           <mstyle displaystyle="true" mathsize="140%"> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mo>
                ¯ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
          </munder> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <munderover> 
             <mstyle displaystyle="true" mathsize="140%"> 
              <mo>
                ∑ 
              </mo> 
             </mstyle> 
             <mrow> 
              <mi>
                i 
              </mi> 
              <mo>
                = 
              </mo> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
            </munderover> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <msub> 
             <mi>
               N 
             </mi> 
             <mi>
               i 
             </mi> 
            </msub> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <msubsup> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                δ 
              </mi> 
              <mo>
                ˙ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mi>
               i 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               t 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               N 
             </mi> 
             <mi>
               j 
             </mi> 
            </msub> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <munderover> 
           <mstyle displaystyle="true" mathsize="140%"> 
            <mo>
              ∑ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <mi>
              i 
            </mi> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </munderover> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               N 
             </mi> 
             <mi>
               i 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <msubsup> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             N 
           </mi> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
             <mrow> 
              <mi>
                P 
              </mi> 
              <mi>
                e 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 N 
               </mi> 
               <mi>
                 j 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 N 
               </mi> 
               <mi>
                 i 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
            <msup> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msup> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               t 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <msub> 
             <mi>
               N 
             </mi> 
             <mi>
               j 
             </mi> 
            </msub> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msubsup> 
           <mrow> 
            <mo>
              [ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                N 
              </mi> 
              <mi>
                j 
              </mi> 
             </msub> 
             <mfrac> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
              <mrow> 
               <mi>
                 P 
               </mi> 
               <mi>
                 e 
               </mi> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ∂ 
               </mo> 
               <msubsup> 
                <mi>
                  ϕ 
                </mi> 
                <mi>
                  h 
                </mi> 
                <mi>
                  e 
                </mi> 
               </msubsup> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ∂ 
               </mo> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
            </mrow> 
            <mo>
              ] 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                e 
              </mi> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </mrow> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </msubsup> 
          <mo>
            ; 
          </mo> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mi>
            j 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
          <mo>
            . 
          </mo> 
         </mtd> 
        </mtr> 
       </mtable> 
      </math>(114)</p>
     <p>Defining:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           P 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mrow> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <msubsup> 
               <mi>
                 ϕ 
               </mi> 
               <mi>
                 h 
               </mi> 
               <mi>
                 e 
               </mi> 
              </msubsup> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
          and 
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msubsup> 
         <mi>
           P 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mrow> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <msubsup> 
               <mi>
                 ϕ 
               </mi> 
               <mi>
                 h 
               </mi> 
               <mi>
                 e 
               </mi> 
              </msubsup> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              e 
            </mi> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>(115)</p>
     <p>We can write (114) as:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
            <msubsup> 
             <mi>
               ϕ 
             </mi> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mo>
              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             C 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             K 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             F 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             P 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>(116)</p>
     <p>in which:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <msubsup> 
           <mi>
             C 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              i 
            </mi> 
            <mi>
              j 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                N 
              </mi> 
              <mi>
                j 
              </mi> 
             </msub> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                N 
              </mi> 
              <mi>
                i 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mo>
                ¯ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mi>
               K 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                i 
              </mi> 
              <mi>
                j 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ∂ 
               </mo> 
               <msub> 
                <mi>
                  N 
                </mi> 
                <mi>
                  j 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ∂ 
               </mo> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                N 
              </mi> 
              <mi>
                i 
              </mi> 
             </msub> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mo>
                ¯ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mfrac> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mrow> 
            <mi>
              P 
            </mi> 
            <mi>
              e 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ∂ 
               </mo> 
               <msub> 
                <mi>
                  N 
                </mi> 
                <mi>
                  j 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ∂ 
               </mo> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ∂ 
               </mo> 
               <msub> 
                <mi>
                  N 
                </mi> 
                <mi>
                  i 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ∂ 
               </mo> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mo>
                ¯ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            ; 
          </mo> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            j 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mi>
               F 
             </mi> 
             <mi>
               i 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               f 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
               <mo>
                 , 
               </mo> 
               <mi>
                 t 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                N 
              </mi> 
              <mi>
                i 
              </mi> 
             </msub> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mo>
                ¯ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mi>
               p 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mtable columnalign="left"> 
             <mtr columnalign="left"> 
              <mtd columnalign="left"> 
               <mrow> 
                <msubsup> 
                 <mi>
                   P 
                 </mi> 
                 <mn>
                   1 
                 </mn> 
                 <mi>
                   e 
                 </mi> 
                </msubsup> 
               </mrow> 
              </mtd> 
             </mtr> 
             <mtr columnalign="left"> 
              <mtd columnalign="left"> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </mtd> 
             </mtr> 
             <mtr columnalign="left"> 
              <mtd columnalign="left"> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </mtd> 
             </mtr> 
             <mtr columnalign="left"> 
              <mtd columnalign="left"> 
               <mrow> 
                <msubsup> 
                 <mi>
                   P 
                 </mi> 
                 <mn>
                   2 
                 </mn> 
                 <mi>
                   e 
                 </mi> 
                </msubsup> 
               </mrow> 
              </mtd> 
             </mtr> 
            </mtable> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mtd> 
        </mtr> 
       </mtable> 
      </math>(117)</p>
     <p>Substituting (116) into (110), we obtain:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
            <msubsup> 
             <mi>
               ϕ 
             </mi> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mo>
              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mi>
             T 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            δ 
          </mi> 
          <mo>
            ˙ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mi>
           K 
         </mi> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mi>
           δ 
         </mi> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mi>
           F 
         </mi> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mi>
           P 
         </mi> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>(118)</p>
     <p>in which:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munder> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </munder> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             C 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mi>
           K 
         </mi> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munder> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </munder> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             K 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mi>
           F 
         </mi> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munder> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </munder> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             F 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munder> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </munder> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             p 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>(119)</p>
     <p>Equation (118) are a system of first-order ordinary differential equations that are integrated using Newmark’s linear method.</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>-norm of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         E 
       </mi> 
      </math> i.e. 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> is given by first substituting 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> from (107) in initial value problem and obtaining 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mo>
         ∀ 
       </mo> 
      </math> 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> and then calculating 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>-norm of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> followed by sum over the element in the spatial discretization</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munderover> 
         <mstyle displaystyle="true" mathsize="140%"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </munderover> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msub> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
        </msub> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            δ 
          </mi> 
          <mo>
            ˙ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <munderover> 
         <mstyle displaystyle="true" mathsize="140%"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </munderover> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             N 
           </mi> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <msubsup> 
         <mi>
           δ 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mrow> 
          <mi>
            P 
          </mi> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <munderover> 
         <mstyle displaystyle="true" mathsize="140%"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </munderover> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mo>
             ∂ 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <msub> 
           <mi>
             N 
           </mi> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <msubsup> 
         <mi>
           δ 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math>(120)</p>
     <p>and</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msqrt> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
        </msqrt> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msqrt> 
         <mrow> 
          <munder> 
           <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
            <mo>
              ∑ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </munder> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msup> 
               <mi>
                 E 
               </mi> 
               <mi>
                 e 
               </mi> 
              </msup> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <msup> 
               <mi>
                 E 
               </mi> 
               <mi>
                 e 
               </mi> 
              </msup> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mo>
                ¯ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mrow> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msqrt> 
       </mrow> 
      </math>(121)</p>
     <p>
      <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> is mapped into a two-unit square in a natural coordinate space 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          ξ 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          ν 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> space.</p>
     <p>In both space-time coupled and space-time decoupled methods, we consider the following 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          g 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> i.e. 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> defining initial conditions (<xref ref-type="fig" rid="fig4">
       Figure 4
      </xref>):</p>
     <fig id="fig4" position="float">
      <label>Figure 4</label>
      <caption>
       <title>Figure 4. Initial condition.</title>
      </caption>
      <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1101131-rId1437.jpeg?20250331021209" />
     </fig>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mtable columnalign="left"> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mtext>
              At 
            </mtext> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mn>
              0.1 
            </mn> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mn>
              0.0 
            </mn> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mi>
              ϕ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                0.1 
              </mn> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <mi>
                ϕ 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
           </mtd> 
          </mtr> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mtext>
              At 
            </mtext> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mn>
              0.2 
            </mn> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mn>
              0.0 
            </mn> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <mi>
                ϕ 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mi>
              ϕ 
            </mi> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mtd> 
          </mtr> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mtext>
              At 
            </mtext> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mn>
              0.3 
            </mn> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mn>
              0.0 
            </mn> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mi>
              ϕ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                0.3 
              </mn> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <mi>
                ϕ 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
           </mtd> 
          </mtr> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mi>
              ϕ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mo>
              ∀ 
            </mo> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mo>
              ≤ 
            </mo> 
            <mn>
              0.1 
            </mn> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mtext>
              and 
            </mtext> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mn>
              0.0 
            </mn> 
           </mtd> 
          </mtr> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mi>
              ϕ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mo>
              ∀ 
            </mo> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mo>
              ≥ 
            </mo> 
            <mn>
              0.3 
            </mn> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mtext>
              and 
            </mtext> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mn>
              0.0 
            </mn> 
           </mtd> 
          </mtr> 
         </mtable> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>(122)</p>
     <p>We consider a ten-element uniform discretization in space-time coupled as well as space-time decoupled methods. The values of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> used for various studies are either shown on the graphs or are described with the results. We choose 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          30 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>. For such low 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          P 
        </mi> 
        <mi>
          e 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>, the physical diffusion is significant, thus substantial base elongation and amplitude decay of the applied pulse is expected during evolution.</p>
     <p>We consider solutions of class 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> in space and time for space-time coupled finite element method, and local approximations in class 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> in space for space-time decoupled finite element method with time integration of ordinary differential equations using Newmark’s linear method. In both, space-time coupled finite element method and space-time decoupled finite element method, solutions are calculated for 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.05 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> with p-levels 5, 7, 9 and 11 in space and time i.e. in space-time decoupled methods we also choose 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.05 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> with p-levels 5, 7, 9 and 11 for spatial finite element discretization. Solutions are computed for first time step and then time-marched in both space-time coupled and space-time decoupled methods, keeping 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.05 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> constant.</p>
     <p>
      <xref ref-type="fig" rid="fig5">
       Figure 5
      </xref> shows graphs of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> or 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msqrt> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
        </msqrt> 
       </mrow> 
      </math> vs degrees of freedom using log-log scale for solutions of class 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> for the first space-time strip 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mo>
            ≤ 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            ≤ 
          </mo> 
          <mn>
            0.05 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> obtained by using the solution from the space-time coupled finite element method. The data points on the graphs correspond to p-levels of 5, 7, 9, 11, both in space and time. Progressively increasing p-levels results in progressively reduced 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>, hence progressively improved accuracy for both solutions of class 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math>. Solutions of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> yield almost an order of magnitude reduction in 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> corresponding to each p-level. Slight improvement in convergence rate of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> is observed for the solutions of class 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math>. This behavior of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> is what is expected according to the theory of space-time coupled finite element processes based on space-time residual functional. Our objective is to see if the solution of similar accuracy are possible in space-time decoupled methods for same discretization, p-levels and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>.</p>
     <fig id="fig5" position="float">
      <label>Figure 5</label>
      <caption>
       <title>Figure 5. 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
          <msub> 
   
           <mi>
            
    L
   
           </mi> 
   
           <mn>
            
    2
   
           </mn> 
  
          </msub> 
 
         </mrow>

        </math>-norm of 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
          
  E
 
         </mi>

        </math> versus degrees of freedom for the solution of class 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
          <msup> 
   
           <mi>
            
    C
   
           </mi> 
   
           <mn>
            
    1
   
           </mn> 
  
          </msup> 
 
         </mrow>

        </math> and 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
          <msup> 
   
           <mi>
            
    C
   
           </mi> 
   
           <mn>
            
    2
   
           </mn> 
  
          </msup> 
 
         </mrow>

        </math> ; space-time coupled method.</title>
      </caption>
      <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1101131-rId1488.jpeg?20250331021208" />
     </fig>
     <p>
      <xref ref-type="fig" rid="fig6">
       Figure 6
      </xref> shows plots of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> versus degrees of freedom using log-log scale for space-time decoupled method for the first time increment obtained using the solutions of class 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> in space, for p-levels of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mn>
          5 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mn>
          7 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mn>
          9 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mn>
          11 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.05 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> in Newmark’s linear time integration method. Lower values of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> are observed in class 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> in space compared to class 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math>. For the same computational resources (discretization, p-levels, solution class, and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>), the 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> values are of orders of magnitude higher in space-time decoupled methods compared to space-time coupled method (<xref ref-type="fig" rid="fig5">
       Figure 5
      </xref> and <xref ref-type="fig" rid="fig6">
       Figure 6
      </xref>). Another disturbing aspect of the graphs in <xref ref-type="fig" rid="fig6">
       Figure 6
      </xref> for space-time decoupled methods is that with increasing p-levels, 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> increases indicating progressively reducing aaccuracy of the solution. This holds true for both solutions of classes 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> in space. We provide two explanations for this behavior in the following.</p>
     <fig id="fig6" position="float">
      <label>Figure 6</label>
      <caption>
       <title>Figure 6. 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
          <msub> 
   
           <mi>
            
    L
   
           </mi> 
   
           <mn>
            
    2
   
           </mn> 
  
          </msub> 
 
         </mrow>

        </math>-norm of 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
          
  E
 
         </mi>

        </math> versus degrees of freedom for solution of class 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
          <msup> 
   
           <mi>
            
    C
   
           </mi> 
   
           <mn>
            
    1
   
           </mn> 
  
          </msup> 
 
         </mrow>

        </math> and 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
          <msup> 
   
           <mi>
            
    C
   
           </mi> 
   
           <mn>
            
    2
   
           </mn> 
  
          </msup> 
 
         </mrow>

        </math> ; space-time decoupled method.</title>
      </caption>
      <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1101131-rId1523.jpeg?20250331021208" />
     </fig>
     <p>The first possible explanation is due to time approximation operator [B] in the time integration process. In space-time decoupled method we are time marching the solution using Equation (38):</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             Q 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             F 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>(123)</p>
     <p>The matrix 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> has eigen-spectrum 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             ω 
           </mi> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               { 
             </mo> 
             <mi>
               ϕ 
             </mi> 
             <mo>
               } 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>, where 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mo>
          ⋯ 
        </mo> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> for some p-level say 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         p 
       </mi> 
      </math> for a fixed order of space. For a fixed discretization, a change in the p-level say 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          &gt; 
        </mo> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> results in changes in the eigen-spectrum of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>. Hence, we now have 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             ω 
           </mi> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               { 
             </mo> 
             <mi>
               ϕ 
             </mi> 
             <mo>
               } 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>, where 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mo>
          ⋯ 
        </mo> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> instead of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             ω 
           </mi> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mo>
          ⋯ 
        </mo> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>. In case of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             ω 
           </mi> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
          </msub> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               { 
             </mo> 
             <mi>
               ϕ 
             </mi> 
             <mo>
               } 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> for p-level of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         p 
       </mi> 
      </math>, 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.05 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> produces results with some fixed accuracy i.e. a value of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>. With 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          &gt; 
        </mo> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>, increased 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>, hence increased error in the solution implies that for this p-level of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>, 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.05 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> is not adequate to integrate Equations (123). This is possible only if 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> at p-level of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> is a stiffer system with higher frequency contents than at p-level of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         p 
       </mi> 
      </math> contributing to the solution. If this is indeed true than some 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> lower than 0.05 can be used to integrate the higher frequency contents accuracy, thus achieve accuracy similar to p-level of p. We present numerical study to demonstrate this.</p>
     <p>
      <xref ref-type="fig" rid="fig7">
       Figure 7
      </xref> shows graphs of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> vs degrees of freedom using log-log scale for solutions of class 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> in space and time using space-time coupled methods for p-levels of 5, 7, 9, 11 with 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.05 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>. This figure also shows graphs 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> vs degrees of freedom for space-time decoupled methods with local approximation of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> in space, p-levels of 5, 7, 9, 11, and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.05 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mn>
          0.01 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mn>
          0.005 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mn>
          0.0005 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> and 0.00005. We note that for fixed 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> (regardless of it’s value) increase in 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> with increasing p-level persists. But a decrease in 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> with increase p-level has dramatic effect in reducing 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> as shown in <xref ref-type="fig" rid="fig7">
       Figure 7
      </xref> (dashed line graphs). Even with 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.0005 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>, i.e., 100 time steps in space-time decoupled methods in the time interval 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mn>
            0.05 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> compared to only one time step for space-time coupled method, the space-time decoupled method struggles in approaching the results obtained for 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> versus degrees of freedom for space-time coupled finite element method. A further reduction in 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> to 0.00005 (1000 time steps in 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> to 0.005), 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> versus dofs improves and is much closer to 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> versus dofs for space-time coupled methods, but not better.</p>
     <fig id="fig7" position="float">
      <label>Figure 7</label>
      <caption>
       <title>Figure 7. 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
          <msub> 
   
           <mi>
            
    L
   
           </mi> 
   
           <mn>
            
    2
   
           </mn> 
  
          </msub> 
 
         </mrow>

        </math>-norm of 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
          
  E
 
         </mi>

        </math> versus degrees of freedom for solution of class 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
          <msup> 
   
           <mi>
            
    C
   
           </mi> 
   
           <mn>
            
    1
   
           </mn> 
  
          </msup> 
 
         </mrow>

        </math>; space-time coupled and decoupled methods.</title>
      </caption>
      <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1101131-rId1610.jpeg?20250331021208" />
     </fig>
     <p>The second explanation for increasing 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> with increasing p-level is as follows. We note that with progressively reducing 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>, increase in 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> with increasing p-level reduces in magnitude. At 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.00005 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>, 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> versus degrees of freedom for the first time shows progressively reducing 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> with increasing p-levels, which is what is expected. Another observation is that all 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> values at all p-levels for 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          &gt; 
        </mo> 
        <mn>
          0.005 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> are greater than 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi mathvariant="script">
          O 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mn>
              10 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>. Only for 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.0005 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>, but more so far 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.00005 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>, 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> values are within the 3 × 10<sup>−</sup><sup>1</sup> to 5 × 10<sup>−</sup><sup>2</sup> range for which progressively reducing 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> with progressively increasing p-levels is observed, which is the expected behavior, i.e., increasing p-levels must result in better accuracy. Comparisons of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> versus dofs for 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          &gt; 
        </mo> 
        <mn>
          0.005 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.00005 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> suggest that perhaps 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> of the order 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi mathvariant="script">
          O 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mn>
              10 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> are not low enough for the computed solutions to be reliable, thus 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> computations are not with sufficient accuracy, hence the reason for increasing 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> with increasing p-level for 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          &gt; 
        </mo> 
        <mn>
          0.005 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>. It is further disturbing to note that what is achievable in space-time coupled methods in one increment of time with 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.05 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>, cannot be achieved even with 1000 time steps between 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> to 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.05 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>. This study undoubtedly establishes that 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> values of the order 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi mathvariant="script">
          O 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mn>
              10 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> correspond to solutions that are not reliable, hence cannot be used to judge solution error or useful in adaptive processes. Much lower values ( 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi mathvariant="script">
          O 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mn>
              10 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              3 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> or lower) of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> are needed to be reliable measures.</p>
     <p>
      <xref ref-type="fig" rid="fig8">
       Figure 8
      </xref> shows graphs of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> versus degrees of freedom for the solution of class 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> in space and time obtained from the space-time coupled method for p-levels 5, 7, 9, and 11, with 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.05 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>. This figure also shows graphs of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> versus degrees of freedom for space-time decoupled method with p-levels 5, 7, 9, and 11 and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.05 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mn>
          0.01 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mn>
          0.005 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mn>
          0.0005 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>, and 0.00005. Here also, we note that for fixed 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> (regardless of its value), increases in 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> with increasing p-levels persists indicating inaccurale 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> values. But, a decrease in 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> with in increase in p-level has a dramatic effect in reducing 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>, as shown in <xref ref-type="fig" rid="fig8">
       Figure 8
      </xref> (dashed line graphs). Even with 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.0005 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> i.e. 100 time steps in the space-time decoupled method in the time interval 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mn>
            0.05 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> compared to one time step in space-time coupled finite element method, the space-time decoupled method struggles in approaching the results obtained for 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> versus degrees of freedom for space-time coupled finite element methods. Further reduction in 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> to 0.00005 improves 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> (more improvement at higher p-levels) but is unable to match 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> versus dofs for space-time coupled method. Here also, we observe that for 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          &gt; 
        </mo> 
        <mn>
          0.005 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>, 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> versus dofs shows increasing values for increasing p-levels and for this range of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>, 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> values are of the order of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi mathvariant="script">
          O 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mn>
              10 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>, same as for solutions of class 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> (shown in <xref ref-type="fig" rid="fig7">
       Figure 7
      </xref>) indicating that these do not have enough accuracy. However, for 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.0005 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> and 0.00005, we clearly observe decreasing 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> with increasing p-levels, expected behavior. 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> are 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi mathvariant="script">
          O 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mn>
              10 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>, close enough to be somewhat reliable. This study for solution of class 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> in space also confirms that 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> must be 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi mathvariant="script">
          O 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mn>
              10 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> or lower for it to be meaningful in judging accuracy of the solution and for it to be of any benefit in adaptivity. Results presented in <xref ref-type="fig" rid="fig7">
       Figure 7
      </xref> and <xref ref-type="fig" rid="fig8">
       Figure 8
      </xref> demonstrate that space-time decoupled finite element processes cannot be competitive with space-time coupled finite element processes.</p>
     <fig id="fig8" position="float">
      <label>Figure 8</label>
      <caption>
       <title>Figure 8. 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
          <msub> 
   
           <mi>
            
    L
   
           </mi> 
   
           <mn>
            
    2
   
           </mn> 
  
          </msub> 
 
         </mrow>

        </math>-norm of 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
          
  E
 
         </mi>

        </math> versus degrees of freedom for solution of class 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
          <msup> 
   
           <mi>
            
    C
   
           </mi> 
   
           <mn>
            
    2
   
           </mn> 
  
          </msup> 
 
         </mrow>

        </math>; space-time coupled and decoupled methods.</title>
      </caption>
      <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1101131-rId1731.jpeg?20250331021207" />
     </fig>
     <p>
      <xref ref-type="fig" rid="fig9">
       Figure 9
      </xref> shows plots of solution 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         ϕ 
       </mi> 
      </math> versus 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         x 
       </mi> 
      </math> for 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.05 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.25 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>, for solutions of class 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> in space and time, 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.05 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> and p-level of 11 in space and time for space-time coupled finite element method. Solutions obtained for space-time decoupled method with local approximation of class 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> in space with p-level 11 for varying values of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> ( 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.05 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mn>
          0.01 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mn>
          0.005 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mn>
          0.0005 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>), are also shown in <xref ref-type="fig" rid="fig9">
       Figure 9
      </xref> for 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          5 
        </mn> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>. We note from the solution plotted in <xref ref-type="fig" rid="fig9">
       Figure 9
      </xref> at 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> that a good agreement of the space-time decoupled solution with space-time coupled finite element solution is only observed for 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.0005 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>.</p>
     <p>
      <xref ref-type="fig" rid="fig10">
       Figure 10
      </xref> shows graphs of the solution 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         ϕ 
       </mi> 
      </math> versus the distance 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         x 
       </mi> 
      </math> for 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.05 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.25 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> for solutions of class 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> in space and time, 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.05 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>, and p-level of 11 in space and time for space-time coupled finite element method. Solutions obtained from space-time decoupled method with local approximation of class 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> in space and p-level of 11 for 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.05 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mn>
          0.01 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mn>
          0.005 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mn>
          0.0005 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> are also shown in <xref ref-type="fig" rid="fig10">
       Figure 10
      </xref> for 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> and at 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          5 
        </mn> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>. We note from the solutions shown in <xref ref-type="fig" rid="fig10">
       Figure 10
      </xref> at 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> that a good agreement with space-time coupled method solutions is only observed for 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.0005 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>. These plots of the solution confirm that the 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>-norm is meaningful for 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.0005 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>. In some instances, it is entirely possible that 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> has acceptable value but the solution may have some spurious behavior in partial or the entire domain. We illustrate this point in the next model problem.</p>
     <fig id="fig9" position="float">
      <label>Figure 9</label>
      <caption>
       <title>Figure 9. Solution 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
          
  ϕ
 
         </mi>

        </math> versus distance 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
          
  x
 
         </mi>

        </math> for the solution of class 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
          <msup> 
   
           <mi>
            
    C
   
           </mi> 
   
           <mn>
            
    1
   
           </mn> 
  
          </msup> 
 
         </mrow>

        </math>; space-time coupled and decoupled methods.</title>
      </caption>
      <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1101131-rId1793.jpeg?20250331021209" />
     </fig>
     <fig id="fig10" position="float">
      <label>Figure 10</label>
      <caption>
       <title>Figure 10. Solution 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
          
  ϕ
 
         </mi>

        </math> versus distance 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
          
  x
 
         </mi>

        </math> for the solution of class 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
          <msup> 
   
           <mi>
            
    C
   
           </mi> 
   
           <mn>
            
    2
   
           </mn> 
  
          </msup> 
 
         </mrow>

        </math>; space-time coupled and decoupled methods.</title>
      </caption>
      <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1101131-rId1800.jpeg?20250331021208" />
     </fig>
    </sec>
    <sec id="s4_2">
     <title>4.2. Transient Advection Equation</title>
     <p>We consider a 1D transient advection equation given by:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            ϕ 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            ϕ 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          g 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mo>
          ∀ 
        </mo> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          × 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          × 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            τ 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>(124)</p>
     <p>with the following boundary conditions and initial conditions:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mtable columnalign="left"> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mtext>
              BCs 
            </mtext> 
            <mo>
              : 
            </mo> 
            <mi>
              ϕ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mo>
              ∀ 
            </mo> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
            <mo>
              ∈ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               [ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mi>
                τ 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ] 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mtd> 
          </mtr> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <mtext>
              ICs 
            </mtext> 
            <mo>
              : 
            </mo> 
            <mi>
              ϕ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mi>
              g 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mo>
              ∀ 
            </mo> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mo>
              ∈ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               [ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mo>
               ] 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mtd> 
          </mtr> 
         </mtable> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>(125)</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          g 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> defines initial conditions on 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> at 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math></p>
     <p>We can write (124):</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mo>
          ∀ 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>(126)</p>
     <p>in which:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          A 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
       </mrow> 
      </math>(127)</p>
    </sec>
    <sec id="s4_3">
     <title>4.3. Space-Time Coupled Finite Element Method Based on Space-Time Residual Function</title>
     <p>Let 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <munder> 
          <mo>
            ∪ 
          </mo> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
         </munder> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mo>
              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mrow> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mrow> 
      </math> be the discretization of 
      <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          ∪ 
        </mo> 
        <mi>
          Γ 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          × 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            τ 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>, 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtext>
         Γ 
       </mtext> 
      </math> is the boundary of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> is a space-time element of the discretization 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> of the first space-time strip. Let 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> be local approximation of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> over 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> and let 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> be global approximation of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> over 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> such that:</p>
     <p>
      <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mtable columnalign="left"> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <msub> 
             <mi>
               ϕ 
             </mi> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
            </msub> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mstyle displaystyle="true"> 
             <munder> 
              <mo>
                ∪ 
              </mo> 
              <mi>
                e 
              </mi> 
             </munder> 
             <mrow> 
              <msubsup> 
               <mi>
                 ϕ 
               </mi> 
               <mi>
                 h 
               </mi> 
               <mi>
                 e 
               </mi> 
              </msubsup> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mrow> 
                <mi>
                  x 
                </mi> 
                <mo>
                  , 
                </mo> 
                <mi>
                  t 
                </mi> 
               </mrow> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
            </mstyle> 
           </mtd> 
          </mtr> 
          <mtr> 
           <mtd> 
            <msubsup> 
             <mi>
               ϕ 
             </mi> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <munderover> 
             <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
              <mo>
                ∑ 
              </mo> 
             </mstyle> 
             <mrow> 
              <mi>
                i 
              </mi> 
              <mo>
                = 
              </mo> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </mrow> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
            </munderover> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <msub> 
             <mi>
               N 
             </mi> 
             <mi>
               i 
             </mi> 
            </msub> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <msubsup> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mi>
               i 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mrow> 
             <mo>
               { 
             </mo> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mo>
               } 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mstyle displaystyle="true"> 
             <munder> 
              <mo>
                ∪ 
              </mo> 
              <mi>
                e 
              </mi> 
             </munder> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 { 
               </mo> 
               <mrow> 
                <msubsup> 
                 <mi>
                   δ 
                 </mi> 
                 <mi>
                   i 
                 </mi> 
                 <mi>
                   e 
                 </mi> 
                </msubsup> 
               </mrow> 
               <mo>
                 } 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
            </mstyle> 
           </mtd> 
          </mtr> 
         </mtable> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>(128)</p>
     <p>Consider discretization 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <munder> 
          <mo>
            ∪ 
          </mo> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
         </munder> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mo>
              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mrow> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mrow> 
      </math> exactly similar to Section 4.1.1., then space-time residual functional 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> over 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> is given by:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <msubsup> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mi>
             h 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <msubsup> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mi>
             h 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mo>
          ∀ 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mrow> 
      </math>(129)</p>
     <p>Following the procedure described in Section 4.1.1 for transient convection diffusion we can obtain:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mi>
           K 
         </mi> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mi>
           δ 
         </mi> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mi>
           F 
         </mi> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>(130)</p>
     <p>in which</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mi>
           K 
         </mi> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munder> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </munder> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             K 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mi>
           F 
         </mi> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munder> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </munder> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             F 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mi>
           δ 
         </mi> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <munder> 
          <mo>
            ∪ 
          </mo> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
         </munder> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mi>
               δ 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mrow> 
      </math>(131)</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           K 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mi>
            j 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 N 
               </mi> 
               <mi>
                 j 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 N 
               </mi> 
               <mi>
                 j 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 N 
               </mi> 
               <mi>
                 i 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 N 
               </mi> 
               <mi>
                 i 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mo>
              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mrow> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          ; 
        </mo> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          j 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mo>
          ⋯ 
        </mo> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>(132)</p>
     <p>
      <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           F 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 N 
               </mi> 
               <mi>
                 i 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 N 
               </mi> 
               <mi>
                 j 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mo>
              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mrow> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>(133)</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msqrt> 
         <mrow> 
          <munder> 
           <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
            <mo>
              ∑ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </munder> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msup> 
               <mi>
                 E 
               </mi> 
               <mi>
                 e 
               </mi> 
              </msup> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <msup> 
               <mi>
                 E 
               </mi> 
               <mi>
                 e 
               </mi> 
              </msup> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mo>
                ¯ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mrow> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msqrt> 
       </mrow> 
      </math>(134)</p>
     <p>Equations (130) are a system of linear algebraic equations for the first (or any) space-time strip. We calculate 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mi>
           δ 
         </mi> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> using (122) after imposing boundary conditions and initial conditions. Since the initial value problem, in this case is first order space and also first order in time, local approximation of class 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> in space and time will maintain space-time integrals over 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> in Riemann sense.</p>
     <p>Let 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <munder> 
          <mo>
            ∪ 
          </mo> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
         </munder> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mo>
              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mrow> 
      </math> be the discretization of spatial domain 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> in which 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> is three node p-version hierarchical 1D element in space with higher-order global differentiability.</p>
     <p>Let</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munderover> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </munderover> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msub> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           δ 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mo>
          ∀ 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <msubsup> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mo>
          ∀ 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>(135)</p>
     <p>and let 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <munder> 
          <mo>
            ∪ 
          </mo> 
          <mi>
            e 
          </mi> 
         </munder> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mi>
             h 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mrow> 
      </math> be the approximation of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> over the space-time domain 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msubsup> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          × 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>.</p>
     <p>Consider the integral form of (125) based on the fundamental lemma over 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> using Galerkin method with weak form:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
            <msub> 
             <mi>
               ϕ 
             </mi> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
            </msub> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mo>
              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mi>
             T 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munder> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </munder> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
            <msubsup> 
             <mi>
               ϕ 
             </mi> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mo>
              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>(136)</p>
     <p>Consider 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
            <msubsup> 
             <mi>
               ϕ 
             </mi> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mo>
              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>, in which 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          δ 
        </mi> 
        <msubsup> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
         <mi>
           j 
         </mi> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          ; 
        </mo> 
        <mi>
          j 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mo>
          ⋯ 
        </mo> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          n 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            A 
          </mi> 
          <msubsup> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mi>
             h 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <msubsup> 
               <mi>
                 ϕ 
               </mi> 
               <mi>
                 h 
               </mi> 
               <mi>
                 e 
               </mi> 
              </msubsup> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <msubsup> 
               <mi>
                 ϕ 
               </mi> 
               <mi>
                 h 
               </mi> 
               <mi>
                 e 
               </mi> 
              </msubsup> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mo>
              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>(137)</p>
     <p>Using (135):</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <msubsup> 
             <mi>
               ϕ 
             </mi> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <mi>
              t 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <munderover> 
           <mstyle displaystyle="true" mathsize="140%"> 
            <mo>
              ∑ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <mi>
              i 
            </mi> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </munderover> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <msub> 
           <mi>
             N 
           </mi> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <msubsup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <msubsup> 
             <mi>
               ϕ 
             </mi> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <munderover> 
           <mstyle displaystyle="true" mathsize="140%"> 
            <mo>
              ∑ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <mi>
              i 
            </mi> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
          </munderover> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               N 
             </mi> 
             <mi>
               i 
             </mi> 
            </msub> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <msubsup> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             t 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mtext>
            and 
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             N 
           </mi> 
           <mi>
             j 
           </mi> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            ; 
          </mo> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mi>
            j 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
         </mtd> 
        </mtr> 
       </mtable> 
      </math>(138)</p>
     <p>Substituting (138) into (137), we can write:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
            <msubsup> 
             <mi>
               ϕ 
             </mi> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mo>
              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             C 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             K 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             F 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>(19)</p>
     <p>And using (139) into (136), we obtain:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              A 
            </mi> 
            <msub> 
             <mi>
               ϕ 
             </mi> 
             <mi>
               h 
             </mi> 
            </msub> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msubsup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mo>
              ¯ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mi>
             T 
           </mi> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munder> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </munder> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             C 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              δ 
            </mi> 
            <mo>
              ˙ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <munder> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </munder> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             K 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <munder> 
         <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </munder> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             F 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>(140)</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            δ 
          </mi> 
          <mo>
            ˙ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mi>
           K 
         </mi> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mi>
           δ 
         </mi> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mi>
           F 
         </mi> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>(141)</p>
     <p>in which:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <mtable columnalign="left"> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mi>
             C 
           </mi> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <munder> 
           <mstyle displaystyle="true" mathsize="140%"> 
            <mo>
              ∑ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </munder> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mi>
               C 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mi>
             K 
           </mi> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <munder> 
           <mstyle displaystyle="true" mathsize="140%"> 
            <mo>
              ∑ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </munder> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mi>
               K 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             F 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <munder> 
           <mstyle displaystyle="true" mathsize="140%"> 
            <mo>
              ∑ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </munder> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mi>
               F 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mrow> 
           <mo>
             { 
           </mo> 
           <mi>
             δ 
           </mi> 
           <mo>
             } 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mstyle displaystyle="true"> 
           <munder> 
            <mo>
              ∪ 
            </mo> 
            <mi>
              e 
            </mi> 
           </munder> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               { 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msup> 
               <mi>
                 δ 
               </mi> 
               <mi>
                 e 
               </mi> 
              </msup> 
             </mrow> 
             <mo>
               } 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mstyle> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <msubsup> 
           <mi>
             C 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              i 
            </mi> 
            <mi>
              j 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                N 
              </mi> 
              <mi>
                j 
              </mi> 
             </msub> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                N 
              </mi> 
              <mi>
                i 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
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                Ω 
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                ¯ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <msubsup> 
           <mi>
             K 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              i 
            </mi> 
            <mi>
              j 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ∂ 
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               <msub> 
                <mi>
                  N 
                </mi> 
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                  j 
                </mi> 
               </msub> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mi>
                  x 
                </mi> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ∂ 
               </mo> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ∂ 
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               <msub> 
                <mi>
                  N 
                </mi> 
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                  i 
                </mi> 
               </msub> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mi>
                  x 
                </mi> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ∂ 
               </mo> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mover accent="true"> 
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              <mo>
                ¯ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <msubsup> 
           <mi>
             F 
           </mi> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </msubsup> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               f 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                N 
              </mi> 
              <mi>
                i 
              </mi> 
             </msub> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <msubsup> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mo>
                ¯ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mi>
               e 
             </mi> 
            </msubsup> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            ; 
          </mo> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
            for 
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            j 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mo>
            ⋯ 
          </mo> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
          <mo>
            . 
          </mo> 
         </mtd> 
        </mtr> 
       </mtable> 
      </math>(142)</p>
     <p>
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        <msub> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>-norm of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         E 
       </mi> 
      </math> i.e., 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>, is given by first substituting (142) in (131) to obtain 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math>, the residual function for 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math>:</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msup> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munderover> 
         <mstyle displaystyle="true" mathsize="140%"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </munderover> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <msub> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            δ 
          </mi> 
          <mo>
            ˙ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <munder> 
         <mstyle displaystyle="true" mathsize="140%"> 
          <mo>
            ∑ 
          </mo> 
         </mstyle> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </munder> 
        <mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             N 
           </mi> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mfrac> 
        <msubsup> 
         <mi>
           δ 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>(143)</p>
     <p>Now,</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msqrt> 
         <mrow> 
          <munder> 
           <mstyle mathsize="140%" displaystyle="true"> 
            <mo>
              ∑ 
            </mo> 
           </mstyle> 
           <mi>
             e 
           </mi> 
          </munder> 
          <msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msup> 
               <mi>
                 E 
               </mi> 
               <mi>
                 e 
               </mi> 
              </msup> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <msup> 
               <mi>
                 E 
               </mi> 
               <mi>
                 e 
               </mi> 
              </msup> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mo>
                ¯ 
              </mo> 
             </mover> 
             <mrow> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
              <mi>
                t 
              </mi> 
             </mrow> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msqrt> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mrow> 
      </math>(144)</p>
     <p>
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msubsup> 
         <mover accent="true"> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ¯ 
          </mo> 
         </mover> 
         <mrow> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
      </math> is a two-square unit in the natural coordinate space 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          ξ 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          ν 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>.</p>
     <p>We consider the initial conditions shown in <xref ref-type="fig" rid="fig4">
       Figure 4
      </xref>, same mesh used as in Section 4.1.3 for transient convection-diffusion equations. In this initial value problem, there is no physical diffusion, hence we expect the initial pulse to remain the same but advance in the x-direction as time elapses. Amplitude decay and base elongation in this model problem can only happen if the numerical computational process has numerical dispersion (artificial inherent diffusion).</p>
     <p>We consider solutions of class 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> in space and time for space-time coupled finite element methods and local approximations of class 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> in space for space-time decoupled finite element methods with time integration of resulting ordinary differential equations in time using Newmark’s linear method. In both space-time coupled and space-time decoupled methods, solutions are calculated for 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.05 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> with p-levels of 5, 7, 9, and 11 in space and time i.e. in space-time decoupled method with p-levels of 5, 7, 9, and 11 for spatial finite element discretization. Solutions are computed for the first time step and then time-marched in both space-time coupled and space-time decoupled methods, keeping 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.05 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> constant.</p>
     <p>
      <xref ref-type="fig" rid="fig11">
       Figure 11
      </xref> shows graphs of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> or 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msqrt> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
        </msqrt> 
       </mrow> 
      </math> versus degrees of freedom using log-log scale for solutions of class 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> for the first space-time strip 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            t 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            0.05 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> obtained by using the solutions from the space-time coupled finite element method. The data points on the graphs correspond to p-levels of 5, 7, 9, and 11, both in space and time. Progressively increasing p-levels results in progressively reduced 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>, hence progressively improved accuracy of both solutions of class 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math>. Solutions of class 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> result in reduction in 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> at p-level 9 and 11. Slight improvement in the convergence rate of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> is also observed for solutions of class 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> beyond p-level 7. This behavior of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> versus degrees of freedom is generally expected.</p>
     <fig id="fig11" position="float">
      <label>Figure 11</label>
      <caption>
       <title>Figure 11. 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
          <msub> 
   
           <mi>
            
    L
   
           </mi> 
   
           <mn>
            
    2
   
           </mn> 
  
          </msub> 
 
         </mrow>

        </math>-norm of 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
          
  E
 
         </mi>

        </math> versus degrees of freedom for solution of class 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
          <msup> 
   
           <mi>
            
    C
   
           </mi> 
   
           <mn>
            
    1
   
           </mn> 
  
          </msup> 
 
         </mrow>

        </math> and 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
          <msup> 
   
           <mi>
            
    C
   
           </mi> 
   
           <mn>
            
    2
   
           </mn> 
  
          </msup> 
 
         </mrow>

        </math>; space-time coupled method.</title>
      </caption>
      <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1101131-rId1963.jpeg?20250331021216" />
     </fig>
     <p>
      <xref ref-type="fig" rid="fig12">
       Figure 12
      </xref> show plots 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> versus degrees of freedom using log-log scale for the first time increment obtained from the solutions of class 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> in space for p-levels of 5, 7, 9, and 11, at 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.05 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> in Newmark’s linear time integration method. Slightly higher values of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> are observed for solutions of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> in space compared to solutions of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> in space. This is an indication that for the model problem, 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> values of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi mathvariant="script">
          O 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mn>
              10 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> are not sufficiently accurate to draw conlcusions for class 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> solutions. Note in <xref ref-type="fig" rid="fig11">
       Figure 11
      </xref> that 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> for space-time coupled methods is between 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi mathvariant="script">
          O 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mn>
              10 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi mathvariant="script">
          O 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mn>
              10 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              3 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>, the range we need to achieve for space-time decoupled method to have meaningful values of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> and accurate solution. Thus, any conclusions based on graphs in <xref ref-type="fig" rid="fig12">
       Figure 12
      </xref> are not meaningful as the 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> values are not reliable.</p>
     <p>
      <xref ref-type="fig" rid="fig13">
       Figure 13
      </xref> shows plots of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> versus degrees of freedom for solutions of class 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> in space and time for the space-time coupled method with p-levels of 5, 7, 9, and 11 using 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.05 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>. This figure also shows graphs of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> versus degrees of freedom for the space-time decoupled method with local approximation of class 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> in space, p-levels of 5, 7, 9, and 11, and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.05 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mn>
          0.01 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mn>
          0.005 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mn>
          0.0005 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> and 0.00005. We note that for fixed 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> (regardless of its value), increase in 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> with increasing p-level persists. But, a decrease in 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> with an increase in 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         p 
       </mi> 
      </math>-level has dramatic effects on reducing 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math>, as shown in <xref ref-type="fig" rid="fig13">
       Figure 13
      </xref> (graphs with dashed lines). Even with 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.0005 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> i.e., 100 time steps and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.00005 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> i.e. 1000 time steps in the space-time decoupled methods in the time interval 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           [ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mn>
            0.05 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mo>
           ] 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math>, the increase in 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> with increasing p-levels persists. 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> values for all time steps and p-levels of the order of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi mathvariant="script">
          O 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mn>
              10 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> confirm the lack of accuracy of the computed solution, resulting in higher values of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> in the range that is not reliable.</p>
     <fig id="fig12" position="float">
      <label>Figure 12</label>
      <caption>
       <title>Figure 12. 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
          <msub> 
   
           <mi>
            
    L
   
           </mi> 
   
           <mn>
            
    2
   
           </mn> 
  
          </msub> 
 
         </mrow>

        </math>-norm of 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
          
  E
 
         </mi>

        </math> versus degrees of freedom for solution of class 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
          <msup> 
   
           <mi>
            
    C
   
           </mi> 
   
           <mn>
            
    1
   
           </mn> 
  
          </msup> 
 
         </mrow>

        </math> and 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
          <msup> 
   
           <mi>
            
    C
   
           </mi> 
   
           <mn>
            
    2
   
           </mn> 
  
          </msup> 
 
         </mrow>

        </math> ; space-time decoupled methods.</title>
      </caption>
      <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1101131-rId2038.jpeg?20250331021215" />
     </fig>
     <fig id="fig13" position="float">
      <label>Figure 13</label>
      <caption>
       <title>Figure 13. 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
          <msub> 
   
           <mi>
            
    L
   
           </mi> 
   
           <mn>
            
    2
   
           </mn> 
  
          </msub> 
 
         </mrow>

        </math>-norm of 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
          
  E
 
         </mi>

        </math> versus degrees of freedom for solution of class 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
          <msup> 
   
           <mi>
            
    C
   
           </mi> 
   
           <mn>
            
    1
   
           </mn> 
  
          </msup> 
 
         </mrow>

        </math> ; space-time coupled and decoupled method.</title>
      </caption>
      <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1101131-rId2047.jpeg?20250331021215" />
     </fig>
     <p>
      <xref ref-type="fig" rid="fig14">
       Figure 14
      </xref> shows plots of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> versus degrees of freedom for solutions of class 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> in space and time obtained from the space-time coupled method for p-levels of 5, 7, 9, and 11 with 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.05 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>. This figure also shows graphs of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> versus degrees of freedom for the space-time decoupled method for p-levels of 5, 7, 9, and 11 with 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.05 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mn>
          0.01 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mn>
          0.005 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mn>
          0.0005 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> and 0.00005. First thing we observe that for 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.05 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> and 0.01, there is virtually no change in 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> with increasing p-level, i.e., we neither observe an increase in 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> with increasing p-levels nor decreases for these values of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math>. For 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ≤ 
        </mo> 
        <mn>
          0.005 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>, 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> progressively reduces with increasing p-level, expected behavior, and further reduction in 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> results in even reduced 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> for the same p-level, also expected correct behavior of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> versus dofs. 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> values in the range 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi mathvariant="script">
          O 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mn>
              10 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi mathvariant="script">
          O 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mn>
              10 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> for 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          ≤ 
        </mo> 
        <mn>
          0.005 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> confirm that we should expect solutions with reasonable accuracy. We confirm this in <xref ref-type="fig" rid="fig15">
       Figure 15
      </xref>.</p>
     <fig id="fig14" position="float">
      <label>Figure 14</label>
      <caption>
       <title>Figure 14. 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
          <msub> 
   
           <mi>
            
    L
   
           </mi> 
   
           <mn>
            
    2
   
           </mn> 
  
          </msub> 
 
         </mrow>

        </math>-norm of 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
          
  E
 
         </mi>

        </math> versus degrees of freedom for solution of class 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
          <msup> 
   
           <mi>
            
    C
   
           </mi> 
   
           <mn>
            
    2
   
           </mn> 
  
          </msup> 
 
         </mrow>

        </math> ; space-time coupled and decoupled methods.</title>
      </caption>
      <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1101131-rId2088.jpeg?20250331021215" />
     </fig>
     <p>
      <xref ref-type="fig" rid="fig15">
       Figure 15
      </xref> shows plots of solution 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         ϕ 
       </mi> 
      </math> of class 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> versus distance 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         x 
       </mi> 
      </math> from space-time coupled as well as space-time decoupled methods at 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.05 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.25 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>, i.e., for the first and the fifth time steps. Even for the first time step, the space-time decoupled method solution shows oscillations, some amplitude decay, and minor base elongation. At 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.25 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>, we observe significant oscillations, amplitude decay, and base elongation in the space-time decoupled solution, while in the solution from the space-time coupled methods, the initial pulse propagates without oscillations, base elongation, and amplitude decay.</p>
     <p>
      <xref ref-type="fig" rid="fig16">
       Figure 16
      </xref> shows plots of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         ϕ 
       </mi> 
      </math> versus dofs also for solutions of class 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> for space-time coupled and space-time decoupled methods at 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.05 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.25 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>, computed using 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.05 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> for space-time coupled methods and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.0005 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> for space-time decoupled methods. Also, <xref ref-type="fig" rid="fig16">
       Figure 16
      </xref> shows 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         ϕ 
       </mi> 
      </math> versus 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         x 
       </mi> 
      </math> at 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.05 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.25 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> obtained for space-time coupled methods ( 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> in space and time), using p-level 11 and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.05 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> (same solution as in <xref ref-type="fig" rid="fig15">
       Figure 15
      </xref>) and a comparison with the solutions obtained from space-time decoupled methods at 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.05 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.25 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> obtained using solution of class 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> in space and integration interval 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.0005 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>. Dramatic improvement is obvious, still some minor oscillations of extremely small amplitude are observed but the solution at 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.05 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.25 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> (at the end of 500-time steps) are much improved. Extremely poor performance of space-time decoupled methods is rather obvious compared to space-time coupled methods for identical computational resources i.e. same discretization, same p-level in space and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> (<xref ref-type="fig" rid="fig15">
       Figure 15
      </xref>).</p>
     <fig id="fig15" position="float">
      <label>Figure 15</label>
      <caption>
       <title>Figure 15. Solution 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
          
  ϕ
 
         </mi>

        </math> versus distance 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
          
  x
 
         </mi>

        </math> for solution of class 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
          <msup> 
   
           <mi>
            
    C
   
           </mi> 
   
           <mn>
            
    1
   
           </mn> 
  
          </msup> 
 
         </mrow>

        </math> for space-time coupled and decoupled methods.</title>
      </caption>
      <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1101131-rId2145.jpeg?20250331021216" />
     </fig>
     <fig id="fig16" position="float">
      <label>Figure 16</label>
      <caption>
       <title>Figure 16. Solution 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
          
  ϕ
 
         </mi>

        </math> versus distance 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
          
  x
 
         </mi>

        </math> for solution of class 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
          <msup> 
   
           <mi>
            
    C
   
           </mi> 
   
           <mn>
            
    1
   
           </mn> 
  
          </msup> 
 
         </mrow>

        </math> in space-time coupled and decoupled methods.</title>
      </caption>
      <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1101131-rId2152.jpeg?20250331021216" />
     </fig>
     <p>
      <xref ref-type="fig" rid="fig17">
       Figure 17
      </xref> and <xref ref-type="fig" rid="fig18">
       Figure 18
      </xref> show parallel studies to those presented in <xref ref-type="fig" rid="fig15">
       Figure 15
      </xref> and <xref ref-type="fig" rid="fig16">
       Figure 16
      </xref> but using solutions of class 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> in space and time for space-time coupled methods and solution of class 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> in space for space-time decoupled methods. In <xref ref-type="fig" rid="fig17">
       Figure 17
      </xref>, where 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.05 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> for space-time coupled and space-time decoupled methods, we do not observe any visible improvement in the solutions from space-time decoupled method compared to solutions in <xref ref-type="fig" rid="fig15">
       Figure 15
      </xref> for class 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> space. However, in <xref ref-type="fig" rid="fig18">
       Figure 18
      </xref>, with solutions of class 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math>, 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.0005 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>, the space-time decoupled solutions are virtually oscillation and much improved (compared to those in <xref ref-type="fig" rid="fig15">
       Figure 15
      </xref> for class 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> with 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.0005 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math>) illustrating the influence of higher order space.</p>
     <fig id="fig17" position="float">
      <label>Figure 17</label>
      <caption>
       <title>Figure 17. Solution 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
          
  ϕ
 
         </mi>

        </math> versus distance 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
          
  x
 
         </mi>

        </math> for solution of class 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
          <msup> 
   
           <mi>
            
    C
   
           </mi> 
   
           <mn>
            
    2
   
           </mn> 
  
          </msup> 
 
         </mrow>

        </math> in space-time coupled and decoupled methods.</title>
      </caption>
      <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1101131-rId2175.jpeg?20250331021216" />
     </fig>
     <fig id="fig18" position="float">
      <label>Figure 18</label>
      <caption>
       <title>Figure 18. Solution 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
          
  ϕ
 
         </mi>

        </math> versus distance 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
          
  x
 
         </mi>

        </math> for solution of class 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
          <msup> 
   
           <mi>
            
    C
   
           </mi> 
   
           <mn>
            
    2
   
           </mn> 
  
          </msup> 
 
         </mrow>

        </math> for space-time coupled and decoupled methods.</title>
      </caption>
      <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1101131-rId2182.jpeg?20250331021215" />
     </fig>
     <p>
      <xref ref-type="fig" rid="fig19">
       Figure 19
      </xref> shows plots of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         ϕ 
       </mi> 
      </math> versus 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         x 
       </mi> 
      </math> for the first six-time steps with solutions of class 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> in space, p = 11 and 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.05 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> obtained using space-time decoupled method. We have already seen that this value of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
      </math> is too large for accurate evoution of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
         ϕ 
       </mi> 
      </math>, but here we demonstrate a different aspect of the study. <xref ref-type="fig" rid="fig19">
       Figure 19
      </xref> shows progressively more oscillations, progressively decaying amplitudes, and progressively increasing base with increasing time. Intuitively, we expect progressively increasing 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> for each subsequent time step as the solution is deteriorating.</p>
     <fig id="fig19" position="float">
      <label>Figure 19</label>
      <caption>
       <title>Figure 19. Solution 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
          
  ϕ
 
         </mi>

        </math> versus distance 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
          
  x
 
         </mi>

        </math>: Solution of class 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
          <msup> 
   
           <mi>
            
    C
   
           </mi> 
   
           <mn>
            
    1
   
           </mn> 
  
          </msup> 
 
         </mrow>

        </math>, 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
          <mi>
           
   p
  
          </mi>
  
          <mo>
           
   =
  
          </mo>
  
          <mn>
           
   11
  
          </mn>
 
         </mrow>

        </math>, 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
          <mtext>
           
   Δ
  
          </mtext>
  
          <mi>
           
   t
  
          </mi>
  
          <mo>
           
   =
  
          </mo>
  
          <mn>
           
   0.05
  
          </mn>
 
         </mrow>

        </math>; space-time decoupled method: six time-steps.</title>
      </caption>
      <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1101131-rId2203.jpeg?20250331021215" />
     </fig>
     <p>
      <xref ref-type="fig" rid="fig20">
       Figure 20
      </xref> shows plots of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> versus dofs for solutions of class 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </math> with 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mtext>
          Δ 
        </mtext> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0.05 
        </mn> 
       </mrow> 
      </math> for the first, sixth, and tenth time steps. We observe no significant deterioration in 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> versus dofs as time elapses. Thus, based on the graphs in <xref ref-type="fig" rid="fig20">
       Figure 20
      </xref>, solution for all ten time steps are of same quality and accuracy. This is obviously not true, as shown in <xref ref-type="fig" rid="fig19">
       Figure 19
      </xref>.</p>
     <fig id="fig20" position="float">
      <label>Figure 20</label>
      <caption>
       <title>Figure 20. 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
          <msub> 
   
           <mi>
            
    L
   
           </mi> 
   
           <mn>
            
    2
   
           </mn> 
  
          </msub> 
 
         </mrow>

        </math>-norm of 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
          
  E
 
         </mi>

        </math> versus DOFs for solution of class 

        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
  
          <msup> 
   
           <mi>
            
    C
   
           </mi> 
   
           <mn>
            
    1
   
           </mn> 
  
          </msup> 
 
         </mrow>

        </math>; space-time decoupled methods.</title>
      </caption>
      <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1101131-rId2222.jpeg?20250331021215" />
     </fig>
     <p>
      <xref ref-type="fig" rid="fig19">
       Figure 19
      </xref> clearly shows deteriorating solutions as time elapses but <xref ref-type="fig" rid="fig20">
       Figure 20
      </xref> suggests otherwise. The important conclusion from this study is that may be 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> alone is not an absolute measure of the accuracy of the solution when its computed value is outside of the threshold of computed error. High magnitude 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> in <xref ref-type="fig" rid="fig20">
       Figure 20
      </xref> for all p-levels indicates that the solution is not good. What is not clear is that, based on <xref ref-type="fig" rid="fig20">
       Figure 20
      </xref>, we could conclude that all solutions for each of the six-time steps are of equal accuracy, which is not true. A sure way to avoid this trap is to make sure that 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> is sufficienty close to zero (in this study 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <mo>
          &lt; 
        </mo> 
        <mi mathvariant="script">
          O 
        </mi> 
        <mo> 
        </mo> 
        <mo> 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mn>
              10 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> is sufficient), then these issues will not arise. Unfortunately, this level of accuracy is quite difficult to achieve in space-time decoupled methods. Surana et al. have shown that 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          &lt; 
        </mo> 
        <mi mathvariant="script">
          O 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mn>
              10 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              6 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </math> generally indicates solutions of good accuracy in dimensionless mathematical models in space-time coupled method based on residual functional. Since this level of accuracy is difficult to achieve in space-time decoupled methods, what magnitude of 
      <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
        <msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </math> is a measure of good accuracy of solutions requires convergence studies possibly for each initial value problem of interest.</p>
    </sec>
   </sec>
   <sec id="s5">
    <title>5. Summary and Conclusions</title>
    <p>An important aspect of the a posteriori computations presented in this paper is that they are based on space-time residual functional obtained by substituting the element local approximations in the space-time differential equation(s) describing the initial value problem for both space-time coupled and space-time decoupled finite element processes. The necessitates that the local approximations in both space-time coupled and space-time decoupled methods must be in higher order minimally conforming spaces. Choice of the orders of approximation space in space and time for space-time coupled methods must ensure that the integrals over the space-time discretization are Riemann. If the theoretical solution is smooth, the integrals in Lebesgue sense over the discretization may suffice. In case of space-time decoupled finite element method, the order of the approximation space in space must be the same as in coupled methods. Since space-time decoupled methods, ordinary differential equations in time are integrated using time integration methods, the selection of time integration method, must ensure: (i) desired global differentiability of approximation in time over the entire discretized time domain, (ii) that the explicit expression for the approximation of the solution and its derivatives as a function of time is obtainable. In the absence of either these two aspects, the local approximations are not admissible in the mathematical model. We make some remarks in the following and draw some conclusions.</p>
    <p>1. We note that accurate and meaningful a posteriori computations for initial value problems proposed here are not possible in space-time coupled or space-time decoupled processes without the use of “ 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        k 
      </mi> 
     </math>”, higher-order approximation spaces in space and time i.e. 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        k 
      </mi> 
     </math>-version of the finite element method.</p>
    <p>2. In space-time coupled methods, the local approximation functions are functions of space and time and dofs are constants to be determined. Thus, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> for space-time element, hence for the entire space-time strip is straightforward to complete with minimally conforming or appropriate approximation spaces.</p>
    <p>3. In space-time decoupled methods, the approximation functions are function of space coordinates and dofs are function of time, but both are in minimally conforming spaces. Hence, using this approximation, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> for an element in space and for an increment of time can be calculated in a similar manner as in space-time coupled methods, followed by 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> for the spatial discretization for an increment of time.</p>
    <p>4. When 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>, the finite element solution for the spce-time discretization in either methods, approaches the theoretical solution 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        ϕ 
      </mi> 
     </math>, then 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msqrt> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
       </msqrt> 
       <mo>
         → 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, thus proximity of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> to zero is a measure of accuracy or error in the computed solution in both space-time coupled and space-time decoupled methods.</p>
    <p>5. 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mi>
              E 
            </mi> 
            <mi>
              e 
            </mi> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> is space-time finite element or for elements in space for an increment of time can be used as a means for designing adaptive refinements. Elements with the 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mi>
              E 
            </mi> 
            <mi>
              e 
            </mi> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> above a threshold can be candidates for 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         h 
       </mi> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> refinements.</p>
    <p>6. The a posteriori framework proposed here is general framework and is applicable to space-time coupled as well as space-time decoupled finite element computations regardless of the nature of the space-time differential operators but requires local approximations in 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         h 
       </mi> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        k 
      </mi> 
     </math> scalar product spaces, i.e. 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        k 
      </mi> 
     </math>-version of finite element method is an essential requirement.</p>
    <p>7. In the finite difference and the finite volume methods, the a posteriori computations presented here, based on space-time residual functional, are not possible as in these methods, the computed solution has discrete values at the nodes or at the grid points, hence lacks the description similar to the local approximation that is required for the computation of space-time residual functional.</p>
    <p>8. Even in space-time coupled and space-time decoupled finite element processes, if the local approximations are of class 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> in space and time, such computations are not possible if the space-time integrals over the discretization domain are to be in Riemann sense, necessary for assured accuracy.</p>
    <p>9. A significant aspect of this work is that it provides a quantitative measure of the error in the computed solution through a posteriori computations without the knowledge of the theoretical solution, which is necessary in real applications to quantitatively determine errors in the computed solution.</p>
    <p>10. Model problems studied, presented using transient convection-diffusion equations and transient advection equations, reveal additional insights into the a posteriori computations presented in this paper.</p>
    <p>(a) In space-time coupled methods, an increase in p-level for a fixed 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        k 
      </mi> 
     </math> results in reduced 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>. Also, for fixed p-level, an increase in 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        k 
      </mi> 
     </math> results in reduced 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>. Increasing p-level for fixed 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        k 
      </mi> 
     </math> results in an increasing rate of convergence. However, for fixed 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        h 
      </mi> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        p 
      </mi> 
     </math>, an increase in 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        k 
      </mi> 
     </math> results in better accuracy i.e. lower 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> but convergence rate remains unaffected. These findings hold regardless of the nature of differential operators in the initial value problem, regardless of complexity of the mathematical model of the initial value problem, and regardless of the application.</p>
    <p>(b) In the case of space-time decoupled methods, in both model problem studies, we find that for a larger 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mtext>
         Δ 
       </mtext> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>, increasing p-level in space results in increasing 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>, which is counter to space-time coupled methods. There are two possible explanations for this behavior: first is due to the eigen spectrum of time approximation operator 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          [ 
        </mo> 
        <mi>
          B 
        </mi> 
        <mo>
          ] 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>. An increase in p-level changes the eigen-spectrum of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          [ 
        </mo> 
        <mi>
          B 
        </mi> 
        <mo>
          ] 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>, in which high-frequencies begin to contribute to the time response. Integrating these correctly would require lower 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mtext>
         Δ 
       </mtext> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>, but if we use same 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mtext>
         Δ 
       </mtext> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> as for lower p-level than accuracy of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> will deteriorate. In other words, in space-time decoupled methods an increase in p-level in space must be followed by a decrease in the time integration interval 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mtext>
         Δ 
       </mtext> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> to maintain accuracy of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>. The second possible explanation is that, in the range of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mtext>
         Δ 
       </mtext> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> in which 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> increases with increasing p-level, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> is of the order 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi mathvariant="script">
         O 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mn>
             10 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>, which is not a good measure of computed zero, hence the solutions corresponding to this range of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> are not reliable. When 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mtext>
         Δ 
       </mtext> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0.00005 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> versus dofs is monotonically decreasing with increasing p-levels, and computed 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> is of the order of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi mathvariant="script">
         O 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mn>
             10 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> or lower. This explanation has clearly evidence in the graphs. We keep in mind that 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> must be closer to zero for the computed solutions that satisfy partial differential equations, in the mathematical model, hence 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> of the order of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi mathvariant="script">
         O 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mn>
             10 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> undoubtedly corresponds to incorrect solutions as partial differential equations are not satisfied accurately. This study demonstrates that to obtain monotonically decreasing 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> with increasing p-level, essential for correct convergence behavior of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mtext>
         Δ 
       </mtext> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> of the order of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi mathvariant="script">
         O 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mn>
             10 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             4 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> or 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi mathvariant="script">
         O 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mn>
             10 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             5 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> is necessary, clearly demonstrating serious weaknesses of space-time decoupled methods.</p>
    <p>(c) An increase in the order of space for spatial discretization has a beneficial effect on 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> in both methods.</p>
    <p>(d) Studies presented here show that 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> values must be below a certain threshold for them to be a good measures of accuracy. In the model problems, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <mi mathvariant="script">
         O 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mn>
             10 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> is found to be adequate when the dimensionless form of the mathematical model is used in computations with this value of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> computed solutions have sufficient accuracy in the model problems shown here.</p>
    <p>(e) Our studies show that accuracy 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> comparable to space-time comparable</p>
    <p>to space-time coupled methods is not achievable in space-time decoupled methods even after reducing 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mtext>
         Δ 
       </mtext> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> by a factor of 1000. This indicates that the damage done by decoupling space and time is quite difficult to recover in space-time decoupled methods, even after extreme refinements in the integration time step.</p>
    <p>(f) This is hardly a surprise that space-time decoupled methods are inferior to space-time coupled methods, however necessity of using them for 3D initial value problem is almost unavoidable.</p>
    <p>(g) The work presented in this paper provides a framework and a systematic procedure for computing a posteriori errors in space-time coupled and decoupled finite element methods for initial value problems without the knowledge of theoretical solutions. This framework is applicable to all initial value problems provided we follow the guidelines presented in this paper, the most important of them being use of the k-version of finite element method.</p>
   </sec>
   <sec id="s6">
    <title>Acknowledgements</title>
    <p>The authors are grateful for the facilities provided by the Computational Mechanics Laboratory of the Department of Mechanical Engineering. The first author is grateful to his Deane E. Ackers funds for providing support to the second author. The financial assistance provided to the second author by the Department of Mechanical Engineering is also acknowledged.</p>
   </sec>
  </sec>
 </body><back>
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