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    ojop
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    <journal-title>
     Open Journal of Optimization
    </journal-title>
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   <issn pub-type="epub">
    2325-7105
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   <issn publication-format="print">
    2325-7091
   </issn>
   <publisher>
    <publisher-name>
     Scientific Research Publishing
    </publisher-name>
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   <article-id pub-id-type="doi">
    10.4236/ojop.2025.142004
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    ojop-143334
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     <subject>
      Articles
     </subject>
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     <subject>
      Computer Science 
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       Communications, Engineering, Physics 
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     <subject>
       Mathematics
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   <title-group>
    Shape and Topological Derivative Using Minmax Method: Application to Linear Thermoelasticity Problem
   </title-group>
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       Malick
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       Fall
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      <sup>1</sup>
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      <sup>2</sup>
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       Bakary
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       Kourouma
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      <sup>1</sup>
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       Moussa
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       Gaye
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      <sup>2</sup>
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       Ibrahima
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       Faye
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      <sup>2</sup>
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       Alassane
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       Sy
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      <sup>2</sup>
     </xref>
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       Diaraf
      </surname>
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       Seck
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     </name> 
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      <sup>3</sup>
     </xref>
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    <addr-line>
     aDepartement de Mathematiques, Université Gamal Abdel Nasser de Conakry, FST, Conakry, Guinea
    </addr-line> 
   </aff> 
   <aff id="aff2">
    <addr-line>
     aLaboratoire d’Informatique, de Mathématiques et Applications (LIMA), UFR SATIC, Université Alioune Diop de Bambey, Bambey, Senegal
    </addr-line> 
   </aff> 
   <aff id="aff3">
    <addr-line>
     aLaboratoire de Mathématiques de la Décision et d’Analyse Numérique (L.M.D.A.N), Universite Cheikh Anta Diop, Dakar, Senegal
    </addr-line> 
   </aff> 
   <pub-date pub-type="epub">
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     13
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     2025
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    14
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    62
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      May
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      2025
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      May
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      2025
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      14,
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      June
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      2025
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    <copyright-statement>
     © Copyright 2014 by authors and Scientific Research Publishing Inc. 
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    <copyright-year>
     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/
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   <abstract>
    We consider shape and topological optimization problems for thermoelasticity. A model of thermoelasticity problem is first proposed before presenting the models for which a mathematical analysis will be provided. Under mild conditions, we establish shape and topological derivative results using the minmax method with constrained partial differential equations from the model in the stationary case.
   </abstract>
   <kwd-group> 
    <kwd>
     Shape Derivative
    </kwd> 
    <kwd>
      Topological Derivative
    </kwd> 
    <kwd>
      Minmax
    </kwd> 
    <kwd>
      Thermoelasticity Problem
    </kwd> 
    <kwd>
      Shape Gradient
    </kwd>
   </kwd-group>
  </article-meta>
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 <body>
  <sec id="s1">
   <title>1. Introduction</title>
   <p>In this paper, we deal with thermoelasticity problem by using shape and topological optimization problem and their application in solar energy.</p>
   <p>For what purpose, it is important to study one of many efficience criteria of the materiel: we want to point out the geometrical and topological properties of the materials. The performance of the used material is linked to its physical properties. But there is a relationship between physical and machanical aspects of the material. For the solids it is interesting to get information on the deformations field of the solid studied.</p>
   <p>The topology of the material may play a principal role for a selected efficience criteria. For instance, the homogenization theory allows us to get good physical and topological properties for a material. For thermal solar or photo voltaïc energy one of the efficience criteria is to know which deformation for the used material in order to get the best performance in the outpout sense.</p>
   <p>Topological optimization gives an opportunity to get important informations on the topology of the considered domain in order to optimize at least a criteria. For our study, it permits us to know the optimal deformation in the geometrical and topological point of view in order to have the best distribution of the temperature in the domain. And then, the hope is to improve the output of thermal and photo voltaïc systems.</p>
   <p>We study the geometrical and topological of solid materials by using tools of partial differential equation (PDE) and the topological optimization. And this may lead to a good selection for the choice of the material in physics, in industry.</p>
   <p>Domain optimization is used today in many industrial environments, such as Airbus, for the reduction of structures, the improvement of resistance to vibrations, and many other areas of physics <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-1">
     [1]
    </xref>-<xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-3">
     [3]
    </xref>.</p>
   <p>In <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-4">
     [4]
    </xref>, the authors address a shape optimization problem for a thermoelasticity model with uncertainties in the Robin boundary condition. The problem was formulated as the minimization of the volume of the body under an inequality constraint on the expectation. They derived analytical expressions of the shape functional to obtain the shape derivative via second order correlations. An efficient numerical method based on the low rank approximation was proposed. The solution of the optimization problem was implemented numerically via the level method.</p>
   <p>The isogeometric approach has been adopted in research areas where sophisti- cated geometric representations are demanding, such as shell analysis <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-5">
     [5]
    </xref>, fluid-structure interaction <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-6">
     [6]
    </xref>, robust mesh <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-7">
     [7]
    </xref> and shape design optimization <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-8">
     [8]
    </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-9">
     [9]
    </xref>. With respect with thermoelastic behavior, the thermomechanical contact of the mortar problem <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-10">
     [10]
    </xref> and material distribution of functionally graded structures <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-11">
     [11]
    </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-12">
     [12]
    </xref> were studied using the isogeometric approach. For more information see <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-13">
     [13]
    </xref>.</p>
   <p>In 1995, Rodrigues and Fernandes <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-14">
     [14]
    </xref> attempted for the first time solve the problem of optimizing the topology of the thermoelastic structure. Focused on the problem of minimum conformity, they used the homogenization method and the augmented Lagrange method. Li et al. <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-15">
     [15]
    </xref> applied a scalable thickness design to the displacement minimization problem. Cho and Choi <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-16">
     [16]
    </xref> developed a design sensitivity analysis method for weakly coupled thermoelastic elasticity problems and applied this method to solve the minimum conformance topology problem. In the same year, a similar method was used by Zuo et al. <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-17">
     [17]
    </xref> and was applied to the topological design of thermally actuated folding micro-mechanisms. Xia and Wang <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-18">
     [18]
    </xref> applied the method of defining levels with the augmented Lagrange multiplier method to the problem of minimal and comparative conformity results with other methods. Sun and Zhang <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-19">
     [19]
    </xref> used independent interpolation models in mechanics and thermal fields for better results in 2009. For more informations see <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-20">
     [20]
    </xref>.</p>
   <p>Chung et al. <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-21">
     [21]
    </xref> studied the topological optimization of structures subjected to large deformations due to thermal and mechanical loads, which demonstrated how temperature changes affected the optimized design of large deformation structures. Considering the effect of temperature changes, Deng et al. <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-22">
     [22]
    </xref> and Yan et al. <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-23">
     [23]
    </xref> multi-scale simultaneous use formulations to optimize macro-scale topology and micro-scale material configurations. Li et al. <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-24">
     [24]
    </xref> studied multi-scale optimization based on the level set approach in thermomechanics. Environ- ment and indicated that the porous material proves systematically favored for a coupled multi-physics problem. Zhu et al. <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-25">
     [25]
    </xref> proposed a temperature-constrained topology optimization for coupled thermomechanical problems and revealed that temperature constraints play an important role in relevant issues. For more reviews on thermoelastic design optimization, readers can refer to Wu et al. <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-26">
     [26]
    </xref> and <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-27">
     [27]
    </xref>.</p>
   <p>The main objective in this article is to determine the shape and topological derivative of the functional 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        J 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        J 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, where the perturbed domain 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       Ω 
     </mi> 
    </math> is defined by 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         T 
       </mi> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> or 
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mi>
         r 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        Ω 
      </mi> 
      <mo>
        \ 
      </mo> 
      <msub> 
       <mover accent="true"> 
        <mi>
          ω 
        </mi> 
        <mo>
          ¯ 
        </mo> 
       </mover> 
       <mi>
         r 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> depending on the derivative to be calculated.</p>
   <p>The paper is organized as follows: In the first section we give the introduction. In the second section we give a modeling of linear thermoelasticy problem and the presentation of the models problem. The section 3 is devoted to shape and topological optimization. This section gives theoretical results in asymptotic analysis. These results allow us to get ideas and information about the topological variation of the domain.</p>
   <p>And in the section 4, we give the conclusion and some extensions.</p>
  </sec><sec id="s2">
   <title>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-"></xref>2. Modeling</title>
   <p>The model is essentially based on the principle of conservation of the mass and the momentum and the general law of thermoelasticity.</p>
   <p>Let 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       Ω 
     </mi> 
    </math> be a domain included in big ball 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi mathvariant="script">
         D 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> at time 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> which is in movement and becomes at time 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       t 
     </mi> 
    </math>, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        ⊂ 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi mathvariant="script">
         D 
       </mi> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>. Let 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        a 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> be a point of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       Ω 
     </mi> 
    </math> which is 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> in 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>. Let 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
      </mstyle> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> the displacement vector ( the deformation) where 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mi>
         i 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> is given by</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mi>
         i 
       </mi> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          a 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          t 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mi>
         i 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         δ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          α 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>Using conservation of mass and the momentum we have</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> 
        <mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
        </mstyle> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∂ 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           t 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        d 
      </mi> 
      <mi>
        i 
      </mi> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
      <mover accent="true"> 
       <mover accent="true"> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
        <mo>
          ¯ 
        </mo> 
       </mover> 
       <mo>
         ¯ 
       </mo> 
      </mover> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"> 
       <mi>
         f 
       </mi> 
      </mstyle> 
     </mrow> 
    </math> (2.1)</p>
   <p>and</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        d 
      </mi> 
      <mi>
        i 
      </mi> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
      <mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
      </mstyle> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           ρ 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          ρ 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mi>
         ρ 
       </mi> 
      </mfrac> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
        in 
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <msub> 
       <mi mathvariant="script">
         D 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> (2.2)</p>
   <p>where 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         ρ 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>(resp. 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ρ 
     </mi> 
    </math>) the volume mass of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi mathvariant="script">
         D 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>(resp 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi mathvariant="script">
         D 
       </mi> 
       <mi>
         t 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>).</p>
   <p>Suppose that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi mathvariant="script">
       D 
     </mi> 
    </math> is an homogenous medium. The general law of thermoelasticity is given by</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          j 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo> 
      </mo> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        λ 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         ε 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
        <mi>
          h 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         δ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          j 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mn>
        2 
      </mn> 
      <mi>
        μ 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         ε 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          j 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mn>
        3 
      </mn> 
      <mi>
        k 
      </mi> 
      <mi>
        α 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         δ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          j 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>The general law of thermoelasticity, combining with law conservation gives directly in the permanent case</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        μ 
      </mi> 
      <mtext>
        Δ 
      </mtext> 
      <mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
      </mstyle> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          λ 
        </mi> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mi>
          μ 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mi>
        g 
      </mi> 
      <mi>
        r 
      </mi> 
      <mi>
        a 
      </mi> 
      <mi>
        d 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
         </mstyle> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mn>
        3 
      </mn> 
      <mi>
        k 
      </mi> 
      <mi>
        α 
      </mi> 
      <mi>
        g 
      </mi> 
      <mi>
        r 
      </mi> 
      <mi>
        a 
      </mi> 
      <mi>
        d 
      </mi> 
      <mi>
        θ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"> 
       <mi>
         f 
       </mi> 
      </mstyle> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
        in 
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mi>
        Ω 
      </mi> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math> (2.3)</p>
   <p>The equation (2.3) relates a thermoelasticity problem. We will add some boundary condition. The temperature 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       θ 
     </mi> 
    </math> is solution of a boundary value problem (in our case it is solution of the Neumann Laplacian problem) see the following section.</p>
   <p>In the following section we will study these partial differential equations with boundaries conditions. In what follows, we consider the following optimization problem</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        min 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         { 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          J 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mo>
          ⊂ 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           ℝ 
         </mi> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mo>
         } 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> (2.4)</p>
   <p>where 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       J 
     </mi> 
    </math> is the functional defined by</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        J 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        α 
      </mi> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mo>
           ∫ 
         </mo> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
             </msub> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mi>
        β 
      </mi> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mo>
           ∫ 
         </mo> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
     </mrow> 
    </math> (2.5)</p>
   <p>with 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msub> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is solution to:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         { 
       </mo> 
       <mtable columnalign="left"> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mi>
            μ 
          </mi> 
          <mi>
            Δ 
          </mi> 
          <msub> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
          </msub> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              λ 
            </mi> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mi>
              μ 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              d 
            </mi> 
            <mi>
              i 
            </mi> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <msub> 
             <mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
             </mstyle> 
             <mi>
               Ω 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mn>
            3 
          </mn> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
          <mi>
            α 
          </mi> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             θ 
           </mi> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
          </msub> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal"> 
           <mi>
             f 
           </mi> 
          </mstyle> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
            in 
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mi>
            Δ 
          </mi> 
          <msub> 
           <mi>
             θ 
           </mi> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
          </msub> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mi>
            g 
          </mi> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
            in 
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               θ 
             </mi> 
             <mi>
               Ω 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <mi>
              n 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mi>
            h 
          </mi> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
            on 
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mi>
               Ω 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∂ 
            </mo> 
            <mi>
              n 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
            on 
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </mtd> 
        </mtr> 
       </mtable> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> (2.6)</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        f 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         H 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           ℝ 
         </mi> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mi>
        g 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         H 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math></p>
  </sec><sec id="s3">
   <title>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-"></xref>3. Main Results</title>
   <p>In this part, we give the main results of the paper. We first start with the theorem giving the shape derivative and the theorem giving the topological derivative. For this purpose, we rely on the work of the pioneers <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-28">
     [28]
    </xref>-<xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-33">
     [33]
    </xref> on the minmax method.</p>
   <sec id="s3_1">
    <title>
     <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-"></xref>3.1. Shape Derivative</title>
    <p>We will need some notations. The reader can confer to <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-34">
      [34]
     </xref>-<xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-37">
      [37]
     </xref> for further information.</p>
    <p>Notations: For 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msup> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            [ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             τ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ] 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           : 
         </mo> 
         <msubsup> 
          <mi mathvariant="script">
            C 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msubsup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mi>
              ℝ 
            </mi> 
            <mi>
              N 
            </mi> 
           </msup> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              ℝ 
            </mi> 
            <mi>
              N 
            </mi> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> and the diffeomorphism 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          T 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          T 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <msub> 
        <mi>
          T 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          X 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            T 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            X 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <msub> 
        <mi>
          T 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          X 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         X 
       </mi> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <msub> 
          <mi>
            T 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ∘ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          T 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <msub> 
        <mi>
          T 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         I 
       </mi> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>where 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          X 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           X 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        I 
      </mi> 
     </math> is the identity matrix on 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          ℝ 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math>. Moreover</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <msub> 
        <mi>
          T 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ∘ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          T 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <msub> 
        <mi>
          T 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <msub> 
        <mi>
          T 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         I 
       </mi> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mfrac> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <msub> 
        <mi>
          J 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         d 
       </mi> 
       <mi>
         i 
       </mi> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ∘ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          T 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
       <msub> 
        <mi>
          J 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <msub> 
        <mi>
          J 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>where 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <msub> 
        <mi>
          T 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> are the jacobian matrix of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          T 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>. For 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mo>
         ≥ 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mi mathvariant="script">
            C 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
         </msubsup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mi>
              ℝ 
            </mi> 
            <mi>
              N 
            </mi> 
           </msup> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              ℝ 
            </mi> 
            <mi>
              N 
            </mi> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> is the space of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        k 
      </mi> 
     </math> times continuously differentiable functions from 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          ℝ 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> to 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          ℝ 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> going to zero at infinity; for 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mi mathvariant="script">
            C 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mi>
            k 
          </mi> 
         </msubsup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mi>
              ℝ 
            </mi> 
            <mi>
              N 
            </mi> 
           </msup> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              ℝ 
            </mi> 
            <mi>
              N 
            </mi> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> is the space of continuous functions from 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          ℝ 
        </mi> 
        <mi>
          ℕ 
        </mi> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> to 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          ℝ 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> going to zero at infinity. We shall also use the notation</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         : 
       </mo> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ∘ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          T 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          X 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            T 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            X 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         : 
       </mo> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          T 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mi>
         I 
       </mi> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          X 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          T 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          X 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mi>
         X 
       </mi> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>Lemma 3.1 Assume that 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math>, then 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>For 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         τ 
       </mi> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> sufficiently small, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          J 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         det 
       </mi> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <msub> 
        <mi>
          T 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           det 
         </mi> 
         <mi>
           D 
         </mi> 
         <msub> 
          <mi>
            T 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            J 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          | 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <mi>
         τ 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>, and there exist constants 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <mi>
         β 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> such that for all 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ξ 
       </mi> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          ℝ 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <msup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
          <mi>
            ξ 
          </mi> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mi>
         ξ 
       </mi> 
       <mo>
         ⋅ 
       </mo> 
       <mi>
         ξ 
       </mi> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <mi>
         β 
       </mi> 
       <msup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
          <mi>
            ξ 
          </mi> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> et 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          J 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <mi>
         β 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>. Moreover, one has:</p>
    <p>(i) When 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        ϵ 
      </mi> 
     </math> goes to zero, 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         → 
       </mo> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> in 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msubsup> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            ℝ 
          </mi> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
         </msup> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            ℝ 
          </mi> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <msub> 
        <mi>
          T 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         → 
       </mo> 
       <mi>
         I 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> in 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msubsup> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            ℝ 
          </mi> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
         </msup> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            ℝ 
          </mi> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          J 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         → 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> in 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msubsup> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            ℝ 
          </mi> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>,</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mi>
           D 
         </mi> 
         <msub> 
          <mi>
            T 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msub> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math> is bounded in 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msubsup> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            ℝ 
          </mi> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
         </msup> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            ℝ 
          </mi> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            J 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msub> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math> is bounded in 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msubsup> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            ℝ 
          </mi> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
    <p>(ii) When 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        ϵ 
      </mi> 
     </math> goes to zero,</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         B 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         → 
       </mo> 
       <mi>
         I 
       </mi> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
         in 
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <msubsup> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msubsup> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            ℝ 
          </mi> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
         </msup> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            ℝ 
          </mi> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </mfrac> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
         is 
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
         bounded 
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
         in 
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <msubsup> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msubsup> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            ℝ 
          </mi> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
         </msup> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            ℝ 
          </mi> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <msup> 
          <mi>
            B 
          </mi> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mi>
           d 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <msub> 
          <mi>
            V 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msub> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           D 
         </mi> 
         <msub> 
          <mi>
            V 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msub> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              D 
            </mi> 
            <msub> 
             <mi>
               V 
             </mi> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mtext>
            * 
          </mtext> 
         </msup> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           → 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            B 
          </mi> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mi>
           d 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mi>
           V 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           D 
         </mi> 
         <mi>
           V 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              D 
            </mi> 
            <mi>
              V 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mtext>
            * 
          </mtext> 
         </msup> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
           in 
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <msubsup> 
          <mi>
            C 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msubsup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mi>
              ℝ 
            </mi> 
            <mi>
              N 
            </mi> 
           </msup> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              ℝ 
            </mi> 
            <mi>
              N 
            </mi> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           . 
         </mo> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math></p>
    <p>where 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <msub> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> is the jacobian matrix of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <msubsup> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mtext>
          * 
        </mtext> 
       </msubsup> 
      </mrow> 
     </math> is the transpose of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <msub> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
    <p>(iii) Given 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         h 
       </mi> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msup> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            ℝ 
          </mi> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>, as 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        ϵ 
      </mi> 
     </math> goes to zero,</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         h 
       </mi> 
       <mo>
         ∘ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          T 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         → 
       </mo> 
       <mi>
         h 
       </mi> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
         in 
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <msup> 
        <mi>
          L 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
         <mo>
           ∘ 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            T 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msub> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           h 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </mfrac> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
         is 
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
         bounded 
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
         in 
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <msup> 
        <mi>
          L 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mo>
         ∇ 
       </mo> 
       <mi>
         h 
       </mi> 
       <mo>
         ⋅ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         → 
       </mo> 
       <mo>
         ∇ 
       </mo> 
       <mi>
         h 
       </mi> 
       <mo>
         ⋅ 
       </mo> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
         in 
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <msup> 
        <mi>
          L 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>Proof. see <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-30">
      [30]
     </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-31">
      [31]
     </xref>.</p>
    <p>In this section, we recall the framework used in <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-37">
      [37]
     </xref> and extended in <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-32">
      [32]
     </xref> for the multivalued case.</p>
    <p>Definition 3.1 A Lagrangian is a function of the form: </p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ↦ 
       </mo> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         : 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          [ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           τ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ] 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         × 
       </mo> 
       <mi>
         X 
       </mi> 
       <mo>
         × 
       </mo> 
       <mi>
         Y 
       </mi> 
       <mo>
         → 
       </mo> 
       <mi>
         ℝ 
       </mi> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mi>
         τ 
       </mi> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (3.1)</p>
    <p>where 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        Y 
      </mi> 
     </math> is a vector space, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        X 
      </mi> 
     </math> is a non-empty subset of a vector space, and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         ↦ 
       </mo> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> is affine. Associate with the parameter 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        ϵ 
      </mi> 
     </math> the parametrized minimax:</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mi>
           g 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <munder> 
          <mrow> 
           <mtext>
             inf 
           </mtext> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             ∈ 
           </mo> 
           <mi>
             X 
           </mi> 
          </mrow> 
         </munder> 
         <munder> 
          <mrow> 
           <mtext>
             sup 
           </mtext> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             y 
           </mi> 
           <mo>
             ∈ 
           </mo> 
           <mi>
             Y 
           </mi> 
          </mrow> 
         </munder> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             y 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           : 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            [ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             τ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ] 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           → 
         </mo> 
         <mi>
           ℝ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mi>
           d 
         </mi> 
         <mi>
           g 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <munder> 
          <mrow> 
           <mtext>
             lim 
           </mtext> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
           <mo>
             → 
           </mo> 
           <msup> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
           </msup> 
          </mrow> 
         </munder> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mi>
             g 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             g 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </mfrac> 
         <mo>
           . 
         </mo> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math> (3.2)</p>
    <p>When the limits exist, we shall use the following compact notation:</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <munder> 
        <mrow> 
         <mtext>
           lim 
         </mtext> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           → 
         </mo> 
         <msup> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
         </msup> 
        </mrow> 
       </munder> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             y 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             y 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </mfrac> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (3.3)</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </msub> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
         <mo>
           ; 
         </mo> 
         <mi>
           φ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <munder> 
        <mrow> 
         <mtext>
           lim 
         </mtext> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           θ 
         </mi> 
         <mo>
           → 
         </mo> 
         <msup> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
         </msup> 
        </mrow> 
       </munder> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             θ 
           </mi> 
           <mi>
             φ 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             y 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             y 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mi>
          θ 
        </mi> 
       </mfrac> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mi>
         φ 
       </mi> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <mi>
         X 
       </mi> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (3.4)</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </msub> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
         <mo>
           ; 
         </mo> 
         <mi>
           ψ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <munder> 
        <mrow> 
         <mtext>
           lim 
         </mtext> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           θ 
         </mi> 
         <mo>
           → 
         </mo> 
         <msup> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
         </msup> 
        </mrow> 
       </munder> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             y 
           </mi> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             θ 
           </mi> 
           <mi>
             ψ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             y 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mi>
          θ 
        </mi> 
       </mfrac> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mi>
         ψ 
       </mi> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <mi>
         Y 
       </mi> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (3.5)</p>
    <p>The notation 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mo>
         → 
       </mo> 
       <msup> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         θ 
       </mi> 
       <mo>
         → 
       </mo> 
       <msup> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> means that 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        ϵ 
      </mi> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        θ 
      </mi> 
     </math> go to 0 through strictly positive values. Since 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> is affine in 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        y 
      </mi> 
     </math>, for all 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          [ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           τ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ] 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         × 
       </mo> 
       <mi>
         X 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>,</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mo>
         ∀ 
       </mo> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mi>
         ψ 
       </mi> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <mi>
         Y 
       </mi> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <msub> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </msub> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
         <mo>
           ; 
         </mo> 
         <mi>
           ψ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           ψ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </msub> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           ; 
         </mo> 
         <mi>
           ψ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (3.6)</p>
    <p>We define the state equation as follows : for all 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mo>
         ≥ 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mtext>
         Find 
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msup> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <mi>
         X 
       </mi> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
         such 
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
         that 
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
         for 
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
         all 
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mi>
         ψ 
       </mi> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <mi>
         Y 
       </mi> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <msub> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </msub> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msup> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           ; 
         </mo> 
         <mi>
           ψ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0. 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> (3.7)</p>
    <p>The set of solutions (states) 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> at 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mo>
         ≥ 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> is denoted:</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         E 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          { 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msup> 
         <mo>
           ∈ 
         </mo> 
         <mi>
           X 
         </mi> 
         <mo>
           : 
         </mo> 
         <mo>
           ∀ 
         </mo> 
         <mi>
           ψ 
         </mi> 
         <mo>
           ∈ 
         </mo> 
         <mi>
           Y 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            d 
          </mi> 
          <mi>
            y 
          </mi> 
         </msub> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msup> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
           <mo>
             ; 
           </mo> 
           <mi>
             ψ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </mrow> 
        <mo>
          } 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (3.8)</p>
    <p>The adjoint state equation is defined as follows: for all 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mo>
         ≥ 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> is:</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mtext>
         Find 
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <msup> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msup> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <mi>
         Y 
       </mi> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
         such 
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
         that 
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
         for 
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
         all 
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mi>
         φ 
       </mi> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <mi>
         X 
       </mi> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <msub> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </msub> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msup> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msup> 
         <mo>
           ; 
         </mo> 
         <mi>
           φ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (3.9)</p>
    <p>and the set of solutions is denoted 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         Y 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>. Finally, the set of minimizers for the minimax is given by:</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         X 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          { 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msup> 
         <mo>
           ∈ 
         </mo> 
         <mi>
           X 
         </mi> 
         <mo>
           : 
         </mo> 
         <mi>
           g 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <munder> 
          <mrow> 
           <mtext>
             inf 
           </mtext> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             ∈ 
           </mo> 
           <mi>
             X 
           </mi> 
          </mrow> 
         </munder> 
         <munder> 
          <mrow> 
           <mtext>
             sup 
           </mtext> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             y 
           </mi> 
           <mo>
             ∈ 
           </mo> 
           <mi>
             Y 
           </mi> 
          </mrow> 
         </munder> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             y 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <munder> 
          <mrow> 
           <mtext>
             sup 
           </mtext> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             y 
           </mi> 
           <mo>
             ∈ 
           </mo> 
           <mi>
             Y 
           </mi> 
          </mrow> 
         </munder> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msup> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             y 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          } 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (3.10)</p>
    <p>Lemma 3.2 The following properties are satisfied </p>
    <p>1. 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mi>
           inf 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ∈ 
         </mo> 
         <mi>
           X 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mi>
           sup 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
         <mo>
           ∈ 
         </mo> 
         <mi>
           Y 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mi>
           inf 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ∈ 
         </mo> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
    <p>2. The minimax 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         ∞ 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> if and only if 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         E 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mo>
         ∅ 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math>. Hence, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         X 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         X 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
    <p>3. If 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         E 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ≠ 
       </mo> 
       <mo>
         ∅ 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math>, then 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         ∞ 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> and</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         X 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          { 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msup> 
         <mo>
           ∈ 
         </mo> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           : 
         </mo> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msup> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <munder> 
          <mrow> 
           <mtext>
             inf 
           </mtext> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             ∈ 
           </mo> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </munder> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          } 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ⊂ 
       </mo> 
       <mi>
         E 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (3.11)</p>
    <p>Proof. See <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-32">
      [32]
     </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-37">
      [37]
     </xref>.</p>
    <p>Theorem 3.3 Consider the Lagrangian functional </p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ↦ 
       </mo> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         : 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          [ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           τ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ] 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         × 
       </mo> 
       <mi>
         X 
       </mi> 
       <mo>
         × 
       </mo> 
       <mi>
         Y 
       </mi> 
       <mo>
         → 
       </mo> 
       <mi>
         ℝ 
       </mi> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mi>
         τ 
       </mi> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (3.12)</p>
    <p>where 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        X 
      </mi> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        Y 
      </mi> 
     </math> are vector spaces, and the function 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         ↦ 
       </mo> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> is affine. Let the following hypotheses be satisfied:</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           H 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        X 
      </mi> 
     </math> is a vector space.</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           H 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> For all 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <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"> <mrow> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> is finite, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         X 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          { 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          } 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         Y 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          { 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            y 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          } 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> are singletons.</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           H 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            y 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> exists for all 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          [ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           τ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ] 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <mi>
         Y 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           H 
         </mi> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> The following limit exists:</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <munder> 
        <mrow> 
         <mtext>
           lim 
         </mtext> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           s 
         </mi> 
         <mo>
           → 
         </mo> 
         <msup> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
         </msup> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           → 
         </mo> 
         <msup> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
         </msup> 
        </mrow> 
       </munder> 
       <msub> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           s 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            y 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            y 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (3.13)</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mtext>
         Then 
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mi>
         d 
       </mi> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
         exists 
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
         and 
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mi>
         d 
       </mi> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            y 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (3.14)</p>
    <p>Proof. See <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-32">
      [32]
     </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-37">
      [37]
     </xref>.</p>
    <p>Theorem 3.4 Consider the Lagrangian functional </p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ↦ 
       </mo> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         : 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          [ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           τ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ] 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         × 
       </mo> 
       <mi>
         X 
       </mi> 
       <mo>
         × 
       </mo> 
       <mi>
         Y 
       </mi> 
       <mo>
         → 
       </mo> 
       <mi>
         ℝ 
       </mi> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mi>
         τ 
       </mi> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (3.15)</p>
    <p>where 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        X 
      </mi> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        Y 
      </mi> 
     </math> are vector spaces, and the function 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         ↦ 
       </mo> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> is affine. Let the following hypotheses be satisfied:</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           H 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        X 
      </mi> 
     </math> is a vector space.</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           H 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> For all 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <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"> <mrow> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> is finite, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         X 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          { 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          } 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         Y 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          { 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            y 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          } 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> are singletons.</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           H 
         </mi> 
         <msup> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            y 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> exists;</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           H 
         </mi> 
         <msup> 
          <mn>
            3 
          </mn> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> the following limit exists</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            y 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <munder> 
        <mrow> 
         <mi>
           lim 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           → 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </mrow> 
       </munder> 
       <msub> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </msub> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mi>
              y 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msup> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              y 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </mfrac> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>Then, the differential 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         d 
       </mi> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> exists and 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         d 
       </mi> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            y 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            y 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
    <p>Notice that, under condition 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           H 
         </mi> 
         <msup> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>, condition 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           H 
         </mi> 
         <msup> 
          <mn>
            3 
          </mn> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> is optimal since</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         d 
       </mi> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
         exists 
       </mtext> 
       <mo>
         ⇔ 
       </mo> 
       <munder> 
        <mrow> 
         <mtext>
           lim 
         </mtext> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           → 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </mrow> 
       </munder> 
       <msub> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </msub> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mi>
              y 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msup> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              y 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </mfrac> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
         exists 
       </mtext> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>Hypotheses 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           H 
         </mi> 
         <msup> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           H 
         </mi> 
         <msup> 
          <mn>
            3 
          </mn> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> are weaker and more general than 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           H 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           H 
         </mi> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>. Indeed, it is readily seen that if 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           H 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           H 
         </mi> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> are verified, then 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           H 
         </mi> 
         <msup> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           H 
         </mi> 
         <msup> 
          <mn>
            3 
          </mn> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> are verified with 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            y 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
    <p>Proof. See <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-32">
      [32]
     </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-37">
      [37]
     </xref>.</p>
    <p>In the folowing we wil use a new condition with the standard adjoint at 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>. The use of the averaged adjoint revealed the possible occurrence of an extra term and provided a simpler expression for the former hypothesis 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           H 
         </mi> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>. It turns out that the extra term can also be obtained by using the standard adjoint at 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, significantly simplifying the checking of that condition.</p>
    <p>Theorem 3.5 Consider the Lagrangian functional </p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         : 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          [ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           τ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ] 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         × 
       </mo> 
       <mi>
         X 
       </mi> 
       <mo>
         × 
       </mo> 
       <mi>
         Y 
       </mi> 
       <mo>
         → 
       </mo> 
       <mi>
         ℝ 
       </mi> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mi>
         τ 
       </mi> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>where 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        X 
      </mi> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        Y 
      </mi> 
     </math> are vector spaces and the function 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         → 
       </mo> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> is affine. Let 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           H 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> and the following hypotheses be satisfied:</p>
    <p>• 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           H 
         </mi> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>: For all 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <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"> <mrow> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> is finite, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         X 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          { 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          } 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>, and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         Y 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          { 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          } 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> are singletons.</p>
    <p>• 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           H 
         </mi> 
         <msup> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mo>
            ″ 
          </mo> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>: 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            y 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> exists.</p>
    <p>• 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           H 
         </mi> 
         <msup> 
          <mn>
            3 
          </mn> 
          <mo>
            ″ 
          </mo> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>: The following limit exists:</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <munder> 
        <mrow> 
         <mtext>
           lim 
         </mtext> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           → 
         </mo> 
         <msup> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
         </msup> 
        </mrow> 
       </munder> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msubsup> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             d 
           </mi> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           θ 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msup> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msup> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </mfrac> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mtext>
         d 
       </mtext> 
       <mi>
         θ 
       </mi> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>Then, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         d 
       </mi> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> exists and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         d 
       </mi> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
    <p>Proof.</p>
    <p>Recalling that 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msup> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> for any 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <mi>
         Y 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>, then for the standard adjoint state 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> at 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>:</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msup> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msup> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msup> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>Dividing by 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>:</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mi>
           g 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           g 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msup> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msup> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </mfrac> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msup> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msup> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </mfrac> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>Therefore, in view of Hypothesis 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           H 
         </mi> 
         <msup> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mo>
            ″ 
          </mo> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>, the limit 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         d 
       </mi> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> exists if and only if the limit of the first term exists. Thus,</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         d 
       </mi> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <munder> 
        <mrow> 
         <mtext>
           lim 
         </mtext> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           → 
         </mo> 
         <msup> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
         </msup> 
        </mrow> 
       </munder> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msubsup> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             d 
           </mi> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           θ 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msup> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msup> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </mfrac> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mtext>
         d 
       </mtext> 
       <mi>
         θ 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>and the existence of the limit of the first term replaces hypothesis 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           H 
         </mi> 
         <msup> 
          <mn>
            3 
          </mn> 
          <mo>
            ″ 
          </mo> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
    <p>In what follows, we will apply the previous results to our model problem and calculate the derivative associated with the functional (2.5). This, therefore, requires first verifying the existence of solutions to the model given by the partial differential equation (2.6) and verifying the Lagragian differentiability associated with the form funtional (2.5).</p>
    <p>The following theorem gives the main result of the form derivative of the functional.</p>
    <p>Theorem 3.6 The shape derivative exists if and only if 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mrow> 
         <mi>
           lim 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           → 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> exists with </p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mi>
           R 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <mi>
              β 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mo>
            [ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <mi>
               B 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               I 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
          <mo>
            ] 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           ∇ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mtext>
                Ω 
              </mtext> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msubsup> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mtext>
                Ω 
              </mtext> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           ∇ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msubsup> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mtext>
              Ω 
            </mtext> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msubsup> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msubsup> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mtext>
              Ω 
            </mtext> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mi>
             μ 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mo>
            [ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <mi>
               B 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               I 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
          <mo>
            ] 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           ∇ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msubsup> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mtext>
              Ω 
            </mtext> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msubsup> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msubsup> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mtext>
              Ω 
            </mtext> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           ∇ 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mi>
             β 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             | 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mfrac> 
               <mrow> 
                <msubsup> 
                 <mi>
                   u 
                 </mi> 
                 <mtext>
                   Ω 
                 </mtext> 
                 <mi>
                   ϵ 
                 </mi> 
                </msubsup> 
                <mo>
                  − 
                </mo> 
                <msubsup> 
                 <mi>
                   u 
                 </mi> 
                 <mtext>
                   Ω 
                 </mtext> 
                 <mn>
                   0 
                 </mn> 
                </msubsup> 
               </mrow> 
               <mrow> 
                <msqrt> 
                 <mi>
                   ϵ 
                 </mi> 
                </msqrt> 
               </mrow> 
              </mfrac> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             | 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo> 
         </mo> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <mi>
              α 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mo>
            [ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <mi>
               J 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </mrow> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
          <mo>
            ] 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            [ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mtext>
                Ω 
              </mtext> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msubsup> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mtext>
                Ω 
              </mtext> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mfrac> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             ∘ 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              T 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ] 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msubsup> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mtext>
              Ω 
            </mtext> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msubsup> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msubsup> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mtext>
              Ω 
            </mtext> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <mi>
              α 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mo>
            [ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             ∘ 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              T 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ] 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mtext>
                Ω 
              </mtext> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msubsup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mtext>
                Ω 
              </mtext> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           α 
         </mi> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 | 
               </mo> 
               <mrow> 
                <mfrac> 
                 <mrow> 
                  <msubsup> 
                   <mi>
                     u 
                   </mi> 
                   <mtext>
                     Ω 
                   </mtext> 
                   <mi>
                     ϵ 
                   </mi> 
                  </msubsup> 
                  <mo>
                    − 
                  </mo> 
                  <msubsup> 
                   <mi>
                     u 
                   </mi> 
                   <mtext>
                     Ω 
                   </mtext> 
                   <mn>
                     0 
                   </mn> 
                  </msubsup> 
                 </mrow> 
                 <mrow> 
                  <msqrt> 
                   <mi>
                     ϵ 
                   </mi> 
                  </msqrt> 
                 </mrow> 
                </mfrac> 
               </mrow> 
               <mo>
                 | 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mo>
           . 
         </mo> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math></p>
    <p>If 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         → 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> the shape derivative is given by the expression:</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mi>
           D 
         </mi> 
         <mi>
           J 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             V 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               [ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                β 
              </mi> 
              <msup> 
               <mrow> 
                <mrow> 
                 <mo>
                   | 
                 </mo> 
                 <mrow> 
                  <mo>
                    ∇ 
                  </mo> 
                  <msubsup> 
                   <mi>
                     u 
                   </mi> 
                   <mi>
                     Ω 
                   </mi> 
                   <mn>
                     0 
                   </mn> 
                  </msubsup> 
                 </mrow> 
                 <mo>
                   | 
                 </mo> 
                </mrow> 
               </mrow> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msup> 
              <mi>
                d 
              </mi> 
              <mi>
                i 
              </mi> 
              <mi>
                v 
              </mi> 
              <mi>
                V 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mi>
                α 
              </mi> 
              <msup> 
               <mrow> 
                <mrow> 
                 <mo>
                   | 
                 </mo> 
                 <mrow> 
                  <msubsup> 
                   <mi>
                     u 
                   </mi> 
                   <mi>
                     Ω 
                   </mi> 
                   <mn>
                     0 
                   </mn> 
                  </msubsup> 
                  <mo>
                    − 
                  </mo> 
                  <msub> 
                   <mi>
                     u 
                   </mi> 
                   <mn>
                     0 
                   </mn> 
                  </msub> 
                 </mrow> 
                 <mo>
                   | 
                 </mo> 
                </mrow> 
               </mrow> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msup> 
              <mi>
                d 
              </mi> 
              <mi>
                i 
              </mi> 
              <mi>
                v 
              </mi> 
              <mi>
                V 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mrow> 
                <msubsup> 
                 <mi>
                   u 
                 </mi> 
                 <mi>
                   Ω 
                 </mi> 
                 <mn>
                   0 
                 </mn> 
                </msubsup> 
                <mo>
                  − 
                </mo> 
                <msub> 
                 <mi>
                   u 
                 </mi> 
                 <mn>
                   0 
                 </mn> 
                </msub> 
               </mrow> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
              <mo>
                ∇ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msub> 
              <mi>
                V 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mo>
               ] 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mi>
              μ 
            </mi> 
            <msup> 
             <mi>
               B 
             </mi> 
             <mo>
               ′ 
             </mo> 
            </msup> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <msubsup> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mtext>
               Ω 
             </mtext> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msubsup> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               p 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msup> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               [ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                f 
              </mi> 
              <msup> 
               <mi>
                 p 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msup> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mn>
                3 
              </mn> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
              <mi>
                α 
              </mi> 
              <mo>
                ∇ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
               <mtext>
                 Ω 
               </mtext> 
              </msub> 
              <msup> 
               <mi>
                 p 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msup> 
             </mrow> 
             <mo>
               ] 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mi>
              d 
            </mi> 
            <mi>
              i 
            </mi> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mi>
              V 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mo>
           . 
         </mo> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math></p>
    <p>Proof. The shape functional associated the perforated domain is given by</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         j 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            χ 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         J 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               | 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mrow> 
                <msub> 
                 <mi>
                   Ω 
                 </mi> 
                 <mi>
                   ϵ 
                 </mi> 
                </msub> 
               </mrow> 
              </msub> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mo>
               | 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         β 
       </mi> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               | 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∇ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mrow> 
                <msub> 
                 <mi>
                   Ω 
                 </mi> 
                 <mi>
                   ϵ 
                 </mi> 
                </msub> 
               </mrow> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mo>
               | 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
      </mrow> 
     </math> (3.16)</p>
    <p>where 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> is solution the variational problem</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         μ 
       </mi> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               Ω 
             </mi> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            ⋅ 
          </mo> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           μ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mo>
           ∇ 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ∇ 
         </mo> 
         <mo>
           ⋅ 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mtext>
         d 
       </mtext> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             θ 
           </mi> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               Ω 
             </mi> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (3.17)</p>
    <p>and</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             θ 
           </mi> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               Ω 
             </mi> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <mi>
            φ 
          </mi> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mi>
            g 
          </mi> 
          <mi>
            φ 
          </mi> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
      </mrow> 
     </math> (3.18)</p>
    <p>for all 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           d 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              ℝ 
            </mi> 
            <mn>
              3 
            </mn> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         φ 
       </mi> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           d 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> for some given functions 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         f 
       </mi> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msup> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            ℝ 
          </mi> 
          <mn>
            3 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
    <p>In the case where 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         d 
       </mi> 
       <mi>
         i 
       </mi> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> in (3.17) is reduced to the following variational problem</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         μ 
       </mi> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               Ω 
             </mi> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            ⋅ 
          </mo> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <mi>
            θ 
          </mi> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             θ 
           </mi> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               Ω 
             </mi> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
      </mrow> 
     </math> (3.19)</p>
    <p>and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          θ 
        </mi> 
        <mtext>
          Ω 
        </mtext> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> solution to (3.18). Before starting the formal derivative, will first need to define the following set.</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           d 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              ℝ 
            </mi> 
            <mn>
              3 
            </mn> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          { 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mo>
           ∘ 
         </mo> 
         <msubsup> 
          <mi>
            T 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msubsup> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mo>
           ∈ 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            H 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             d 
           </mi> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               Ω 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <msup> 
              <mi>
                ℝ 
              </mi> 
              <mn>
                3 
              </mn> 
             </msup> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          } 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>We also introduce</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msubsup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         ∘ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          T 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <msub> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mo>
         ∘ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          T 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>So, we aim to find 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msubsup> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           d 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              ℝ 
            </mi> 
            <mn>
              3 
            </mn> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> thus that</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mi>
              μ 
            </mi> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msubsup> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msubsup> 
           <mo>
             ∘ 
           </mo> 
           <msubsup> 
            <mi>
              T 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </mrow> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           ⋅ 
         </mo> 
         <mo>
           ∇ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             ∘ 
           </mo> 
           <msubsup> 
            <mi>
              T 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </mrow> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           f 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             ∘ 
           </mo> 
           <msubsup> 
            <mi>
              T 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </mrow> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mi>
           α 
         </mi> 
         <mo>
           ∇ 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            θ 
          </mi> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             ∘ 
           </mo> 
           <msubsup> 
            <mi>
              T 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </mrow> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           ∀ 
         </mo> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <msub> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           ∈ 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            H 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             d 
           </mi> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               Ω 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <msup> 
              <mi>
                ℝ 
              </mi> 
              <mn>
                3 
              </mn> 
             </msup> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mo>
           . 
         </mo> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math> (3.20)</p>
    <p>By applying the change of variable formula, we have</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              μ 
            </mi> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msubsup> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mi>
                 Ω 
               </mi> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
              </msubsup> 
              <mo>
                ∘ 
              </mo> 
              <msubsup> 
               <mi>
                 T 
               </mi> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mo>
                  − 
                </mo> 
                <mn>
                  1 
                </mn> 
               </mrow> 
              </msubsup> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              ⋅ 
            </mo> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 v 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msub> 
              <mo>
                ∘ 
              </mo> 
              <msubsup> 
               <mi>
                 T 
               </mi> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mo>
                  − 
                </mo> 
                <mn>
                  1 
                </mn> 
               </mrow> 
              </msubsup> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 v 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msub> 
              <mo>
                ∘ 
              </mo> 
              <msubsup> 
               <mi>
                 T 
               </mi> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mo>
                  − 
                </mo> 
                <mn>
                  1 
                </mn> 
               </mrow> 
              </msubsup> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              3 
            </mn> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mi>
              α 
            </mi> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               θ 
             </mi> 
             <mi>
               Ω 
             </mi> 
            </msub> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 v 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msub> 
              <mo>
                ∘ 
              </mo> 
              <msubsup> 
               <mi>
                 T 
               </mi> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mo>
                  − 
                </mo> 
                <mn>
                  1 
                </mn> 
               </mrow> 
              </msubsup> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            ∘ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             T 
           </mi> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msub> 
          <msub> 
           <mi>
             J 
           </mi> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msub> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0. 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>And on the other hand, we also have</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               [ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                f 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mrow> 
                <msub> 
                 <mi>
                   v 
                 </mi> 
                 <mn>
                   0 
                 </mn> 
                </msub> 
                <mo>
                  ∘ 
                </mo> 
                <msubsup> 
                 <mi>
                   T 
                 </mi> 
                 <mi>
                   ϵ 
                 </mi> 
                 <mrow> 
                  <mo>
                    − 
                  </mo> 
                  <mn>
                    1 
                  </mn> 
                 </mrow> 
                </msubsup> 
               </mrow> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mn>
                3 
              </mn> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
              <mi>
                α 
              </mi> 
              <mo>
                ∇ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
               <mi>
                 Ω 
               </mi> 
              </msub> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mrow> 
                <msub> 
                 <mi>
                   v 
                 </mi> 
                 <mn>
                   0 
                 </mn> 
                </msub> 
                <mo>
                  ∘ 
                </mo> 
                <msubsup> 
                 <mi>
                   T 
                 </mi> 
                 <mi>
                   ϵ 
                 </mi> 
                 <mrow> 
                  <mo>
                    − 
                  </mo> 
                  <mn>
                    1 
                  </mn> 
                 </mrow> 
                </msubsup> 
               </mrow> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mo>
               ] 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              ∘ 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               T 
             </mi> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
            </msub> 
            <msub> 
             <mi>
               J 
             </mi> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
            </msub> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               [ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                f 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mrow> 
                <msub> 
                 <mi>
                   v 
                 </mi> 
                 <mn>
                   0 
                 </mn> 
                </msub> 
                <mo>
                  ∘ 
                </mo> 
                <msubsup> 
                 <mi>
                   T 
                 </mi> 
                 <mi>
                   ϵ 
                 </mi> 
                 <mrow> 
                  <mo>
                    − 
                  </mo> 
                  <mn>
                    1 
                  </mn> 
                 </mrow> 
                </msubsup> 
                <mo>
                  ∘ 
                </mo> 
                <msub> 
                 <mi>
                   T 
                 </mi> 
                 <mi>
                   ϵ 
                 </mi> 
                </msub> 
               </mrow> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mn>
                3 
              </mn> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
              <mi>
                α 
              </mi> 
              <mo>
                ∇ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
               <mi>
                 Ω 
               </mi> 
              </msub> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mrow> 
                <msub> 
                 <mi>
                   v 
                 </mi> 
                 <mn>
                   0 
                 </mn> 
                </msub> 
                <mo>
                  ∘ 
                </mo> 
                <msubsup> 
                 <mi>
                   T 
                 </mi> 
                 <mi>
                   ϵ 
                 </mi> 
                 <mrow> 
                  <mo>
                    − 
                  </mo> 
                  <mn>
                    1 
                  </mn> 
                 </mrow> 
                </msubsup> 
                <mo>
                  ∘ 
                </mo> 
                <msub> 
                 <mi>
                   T 
                 </mi> 
                 <mi>
                   ϵ 
                 </mi> 
                </msub> 
               </mrow> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mo>
               ] 
             </mo> 
            </mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               J 
             </mi> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
            </msub> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mo>
           . 
         </mo> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math></p>
    <p>And thus, we obtain</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 v 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msub> 
              <mo>
                ∘ 
              </mo> 
              <msubsup> 
               <mi>
                 T 
               </mi> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mo>
                  − 
                </mo> 
                <mn>
                  1 
                </mn> 
               </mrow> 
              </msubsup> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mn>
              3 
            </mn> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mi>
              α 
            </mi> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               θ 
             </mi> 
             <mi>
               Ω 
             </mi> 
            </msub> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 v 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msub> 
              <mo>
                ∘ 
              </mo> 
              <msubsup> 
               <mi>
                 T 
               </mi> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mo>
                  − 
                </mo> 
                <mn>
                  1 
                </mn> 
               </mrow> 
              </msubsup> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            ∘ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             T 
           </mi> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msub> 
          <msub> 
           <mi>
             J 
           </mi> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msub> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <msub> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msub> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mn>
              3 
            </mn> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mi>
              α 
            </mi> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               θ 
             </mi> 
             <mi>
               Ω 
             </mi> 
            </msub> 
            <msub> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             J 
           </mi> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msub> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>So, we have</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              μ 
            </mi> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msubsup> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mi>
                 Ω 
               </mi> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
              </msubsup> 
              <mo>
                ∘ 
              </mo> 
              <msubsup> 
               <mi>
                 T 
               </mi> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mo>
                  − 
                </mo> 
                <mn>
                  1 
                </mn> 
               </mrow> 
              </msubsup> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              . 
            </mo> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 v 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msub> 
              <mo>
                ∘ 
              </mo> 
              <msubsup> 
               <mi>
                 T 
               </mi> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mo>
                  − 
                </mo> 
                <mn>
                  1 
                </mn> 
               </mrow> 
              </msubsup> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            ∘ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             T 
           </mi> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msub> 
          <msub> 
           <mi>
             J 
           </mi> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msub> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mi>
            μ 
          </mi> 
          <mi>
            D 
          </mi> 
          <msubsup> 
           <mi>
             T 
           </mi> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msubsup> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <msup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             D 
           </mi> 
           <msubsup> 
            <mi>
              T 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </mrow> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          * 
        </mo> 
       </msup> 
       <mo>
         ∇ 
       </mo> 
       <msubsup> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msubsup> 
       <mo>
         ∇ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
       <msub> 
        <mi>
          J 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mtext>
         d 
       </mtext> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              μ 
            </mi> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msubsup> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mi>
                 Ω 
               </mi> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
              </msubsup> 
              <mo>
                ∘ 
              </mo> 
              <msubsup> 
               <mi>
                 T 
               </mi> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mo>
                  − 
                </mo> 
                <mn>
                  1 
                </mn> 
               </mrow> 
              </msubsup> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              ⋅ 
            </mo> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 v 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msub> 
              <mo>
                ∘ 
              </mo> 
              <msubsup> 
               <mi>
                 T 
               </mi> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mo>
                  − 
                </mo> 
                <mn>
                  1 
                </mn> 
               </mrow> 
              </msubsup> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            ∘ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             T 
           </mi> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msub> 
          <msub> 
           <mi>
             J 
           </mi> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msub> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
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        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mi>
            μ 
          </mi> 
          <mi>
            B 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msubsup> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msubsup> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>with 
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          ( 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <msubsup> 
        <mi>
          T 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msubsup> 
       <msup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             D 
           </mi> 
           <msubsup> 
            <mi>
              T 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </mrow> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mtext>
          * 
        </mtext> 
       </msup> 
       <msub> 
        <mi>
          J 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <msub> 
        <mi>
          J 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         det 
       </mi> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <msub> 
        <mi>
          T 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <msub> 
        <mi>
          T 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> denotes the Jacobian matrix of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          T 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>. And we have</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mi>
            μ 
          </mi> 
          <mi>
            B 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msubsup> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msubsup> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <msub> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msub> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mn>
              3 
            </mn> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mi>
              α 
            </mi> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               θ 
             </mi> 
             <mi>
               Ω 
             </mi> 
            </msub> 
            <msub> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             J 
           </mi> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msub> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (3.21)</p>
    <p>Let us recall that the shape functional is given by</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         J 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         β 
       </mi> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               | 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∇ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mrow> 
                <msub> 
                 <mi>
                   Ω 
                 </mi> 
                 <mi>
                   ϵ 
                 </mi> 
                </msub> 
               </mrow> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mo>
               | 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               | 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mrow> 
                <msub> 
                 <mi>
                   Ω 
                 </mi> 
                 <mi>
                   ϵ 
                 </mi> 
                </msub> 
               </mrow> 
              </msub> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mo>
               | 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         J 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         β 
       </mi> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               | 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∇ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mrow> 
                <msub> 
                 <mi>
                   Ω 
                 </mi> 
                 <mi>
                   ϵ 
                 </mi> 
                </msub> 
               </mrow> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mo>
               | 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <msub> 
           <mi>
             J 
           </mi> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msub> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               | 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mrow> 
                <msub> 
                 <mi>
                   Ω 
                 </mi> 
                 <mi>
                   ϵ 
                 </mi> 
                </msub> 
               </mrow> 
              </msub> 
              <mo>
                ∘ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 T 
               </mi> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
              </msub> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msub> 
              <mo>
                ∘ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 T 
               </mi> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mo>
               | 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <msub> 
           <mi>
             J 
           </mi> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msub> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>And on the other hand, we also have</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         J 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mi>
            β 
          </mi> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               | 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∇ 
              </mo> 
              <msubsup> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mi>
                 Ω 
               </mi> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
              </msubsup> 
             </mrow> 
             <mo>
               | 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <msub> 
           <mi>
             J 
           </mi> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msub> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               | 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                α 
              </mi> 
              <msubsup> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mi>
                 Ω 
               </mi> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
              </msubsup> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msub> 
              <mo>
                ∘ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 T 
               </mi> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mo>
               | 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <msub> 
           <mi>
             J 
           </mi> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msub> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>We now define the Lagrangian in terms of 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        ϵ 
      </mi> 
     </math>.</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             Φ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               [ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                β 
              </mi> 
              <msup> 
               <mrow> 
                <mrow> 
                 <mo>
                   | 
                 </mo> 
                 <mrow> 
                  <mo>
                    ∇ 
                  </mo> 
                  <mi>
                    ϕ 
                  </mi> 
                 </mrow> 
                 <mo>
                   | 
                 </mo> 
                </mrow> 
               </mrow> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msup> 
              <msub> 
               <mi>
                 J 
               </mi> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
              </msub> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mi>
                α 
              </mi> 
              <msup> 
               <mrow> 
                <mrow> 
                 <mo>
                   | 
                 </mo> 
                 <mrow> 
                  <mi>
                    ϕ 
                  </mi> 
                  <mo>
                    − 
                  </mo> 
                  <msub> 
                   <mi>
                     u 
                   </mi> 
                   <mn>
                     0 
                   </mn> 
                  </msub> 
                  <mo>
                    ∘ 
                  </mo> 
                  <msub> 
                   <mi>
                     T 
                   </mi> 
                   <mi>
                     ϵ 
                   </mi> 
                  </msub> 
                 </mrow> 
                 <mo>
                   | 
                 </mo> 
                </mrow> 
               </mrow> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msup> 
              <msub> 
               <mi>
                 J 
               </mi> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mo>
               ] 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mi>
              μ 
            </mi> 
            <mi>
              B 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <mi>
              ϕ 
            </mi> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <mi>
              Φ 
            </mi> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               [ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                f 
              </mi> 
              <mi>
                Φ 
              </mi> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mn>
                3 
              </mn> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
              <mi>
                α 
              </mi> 
              <mo>
                ∇ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
               <mi>
                 Ω 
               </mi> 
              </msub> 
              <mi>
                Φ 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ] 
             </mo> 
            </mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               J 
             </mi> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
            </msub> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mo>
           . 
         </mo> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math></p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <munder> 
        <mrow> 
         <mi>
           inf 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mo>
           ∈ 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            H 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             d 
           </mi> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </munder> 
       <munder> 
        <mrow> 
         <mi>
           sup 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           Φ 
         </mi> 
         <mo>
           ∈ 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            H 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             d 
           </mi> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </munder> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           Φ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mi>
         d 
       </mi> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <munder> 
        <mrow> 
         <mi>
           lim 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           → 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </mrow> 
       </munder> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mi>
           g 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           g 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         d 
       </mi> 
       <mi>
         J 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           V 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>Let evaluate the derivative of the Lagrangian by first setting</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ∘ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          T 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <msub> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          X 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            T 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            X 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          T 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mi>
         I 
       </mi> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <msub> 
          <mi>
            d 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msub> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             Φ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               [ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                β 
              </mi> 
              <msup> 
               <mrow> 
                <mrow> 
                 <mo>
                   | 
                 </mo> 
                 <mrow> 
                  <mo>
                    ∇ 
                  </mo> 
                  <mi>
                    ϕ 
                  </mi> 
                 </mrow> 
                 <mo>
                   | 
                 </mo> 
                </mrow> 
               </mrow> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msup> 
              <mi>
                d 
              </mi> 
              <mi>
                i 
              </mi> 
              <mi>
                v 
              </mi> 
              <mi>
                V 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
              <mo>
                ∘ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 T 
               </mi> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
              </msub> 
              <msub> 
               <mi>
                 J 
               </mi> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
              </msub> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mi>
                α 
              </mi> 
              <msup> 
               <mrow> 
                <mrow> 
                 <mo>
                   | 
                 </mo> 
                 <mrow> 
                  <mi>
                    ϕ 
                  </mi> 
                  <mo>
                    − 
                  </mo> 
                  <msub> 
                   <mi>
                     u 
                   </mi> 
                   <mn>
                     0 
                   </mn> 
                  </msub> 
                  <mo>
                    ∘ 
                  </mo> 
                  <msub> 
                   <mi>
                     T 
                   </mi> 
                   <mi>
                     ϵ 
                   </mi> 
                  </msub> 
                 </mrow> 
                 <mo>
                   | 
                 </mo> 
                </mrow> 
               </mrow> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msup> 
              <mi>
                d 
              </mi> 
              <mi>
                i 
              </mi> 
              <mi>
                v 
              </mi> 
              <mi>
                V 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
              <mo>
                ∘ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 T 
               </mi> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
              </msub> 
              <msub> 
               <mi>
                 J 
               </mi> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mo>
               ] 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               [ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mrow> 
                <mi>
                  ϕ 
                </mi> 
                <mo>
                  − 
                </mo> 
                <msub> 
                 <mi>
                   u 
                 </mi> 
                 <mn>
                   0 
                 </mn> 
                </msub> 
                <mo>
                  ∘ 
                </mo> 
                <msub> 
                 <mi>
                   T 
                 </mi> 
                 <mi>
                   ϵ 
                 </mi> 
                </msub> 
               </mrow> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
              <mo>
                ∇ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msub> 
              <mi>
                V 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
              <mo>
                ∘ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 T 
               </mi> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
              </msub> 
              <msub> 
               <mi>
                 J 
               </mi> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mo>
               ] 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mi>
              μ 
            </mi> 
            <msup> 
             <mi>
               B 
             </mi> 
             <mo>
               ′ 
             </mo> 
            </msup> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <mi>
              ϕ 
            </mi> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <mi>
              Φ 
            </mi> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               [ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                f 
              </mi> 
              <mi>
                Φ 
              </mi> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mn>
                3 
              </mn> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
              <mi>
                α 
              </mi> 
              <mo>
                ∇ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
               <mi>
                 Ω 
               </mi> 
              </msub> 
              <mi>
                Φ 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ] 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mi>
              d 
            </mi> 
            <mi>
              i 
            </mi> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mi>
              V 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              ∘ 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               T 
             </mi> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
            </msub> 
            <msub> 
             <mi>
               J 
             </mi> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
            </msub> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mo>
           . 
         </mo> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math></p>
    <p>By taking 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ϕ 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msubsup> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msubsup> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         Φ 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> we have</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <msub> 
          <mi>
            d 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msub> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msubsup> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msubsup> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               [ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                β 
              </mi> 
              <msup> 
               <mrow> 
                <mrow> 
                 <mo>
                   | 
                 </mo> 
                 <mrow> 
                  <mo>
                    ∇ 
                  </mo> 
                  <msubsup> 
                   <mi>
                     u 
                   </mi> 
                   <mi>
                     Ω 
                   </mi> 
                   <mn>
                     0 
                   </mn> 
                  </msubsup> 
                 </mrow> 
                 <mo>
                   | 
                 </mo> 
                </mrow> 
               </mrow> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msup> 
              <mi>
                d 
              </mi> 
              <mi>
                i 
              </mi> 
              <mi>
                v 
              </mi> 
              <mi>
                V 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
              <mo>
                ∘ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 T 
               </mi> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
              </msub> 
              <msub> 
               <mi>
                 J 
               </mi> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
              </msub> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mi>
                α 
              </mi> 
              <msup> 
               <mrow> 
                <mrow> 
                 <mo>
                   | 
                 </mo> 
                 <mrow> 
                  <msubsup> 
                   <mi>
                     u 
                   </mi> 
                   <mi>
                     Ω 
                   </mi> 
                   <mn>
                     0 
                   </mn> 
                  </msubsup> 
                  <mo>
                    − 
                  </mo> 
                  <msub> 
                   <mi>
                     u 
                   </mi> 
                   <mn>
                     0 
                   </mn> 
                  </msub> 
                  <mo>
                    ∘ 
                  </mo> 
                  <msub> 
                   <mi>
                     T 
                   </mi> 
                   <mi>
                     ϵ 
                   </mi> 
                  </msub> 
                 </mrow> 
                 <mo>
                   | 
                 </mo> 
                </mrow> 
               </mrow> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msup> 
              <mi>
                d 
              </mi> 
              <mi>
                i 
              </mi> 
              <mi>
                v 
              </mi> 
              <mi>
                V 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
              <mo>
                ∘ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 T 
               </mi> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
              </msub> 
              <msub> 
               <mi>
                 J 
               </mi> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mo>
               ] 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               [ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mrow> 
                <msubsup> 
                 <mi>
                   u 
                 </mi> 
                 <mi>
                   Ω 
                 </mi> 
                 <mn>
                   0 
                 </mn> 
                </msubsup> 
                <mo>
                  − 
                </mo> 
                <msub> 
                 <mi>
                   u 
                 </mi> 
                 <mn>
                   0 
                 </mn> 
                </msub> 
                <mo>
                  ∘ 
                </mo> 
                <msub> 
                 <mi>
                   T 
                 </mi> 
                 <mi>
                   ϵ 
                 </mi> 
                </msub> 
               </mrow> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
              <mo>
                ∇ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msub> 
              <mi>
                V 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
              <mo>
                ∘ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 T 
               </mi> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
              </msub> 
              <msub> 
               <mi>
                 J 
               </mi> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mo>
               ] 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mi>
              μ 
            </mi> 
            <msup> 
             <mi>
               B 
             </mi> 
             <mo>
               ′ 
             </mo> 
            </msup> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <msubsup> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mi>
               Ω 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msubsup> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               p 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msup> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               [ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                f 
              </mi> 
              <msup> 
               <mi>
                 p 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msup> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mn>
                3 
              </mn> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
              <mi>
                α 
              </mi> 
              <mo>
                ∇ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
               <mi>
                 Ω 
               </mi> 
              </msub> 
              <msup> 
               <mi>
                 p 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msup> 
             </mrow> 
             <mo>
               ] 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mi>
              d 
            </mi> 
            <mi>
              i 
            </mi> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mi>
              V 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              ∘ 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               T 
             </mi> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
            </msub> 
            <msub> 
             <mi>
               J 
             </mi> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
            </msub> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mo>
           . 
         </mo> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math></p>
    <p>So, we obtain</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <msub> 
          <mi>
            d 
          </mi> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
         </msub> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msubsup> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msubsup> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               [ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                β 
              </mi> 
              <msup> 
               <mrow> 
                <mrow> 
                 <mo>
                   | 
                 </mo> 
                 <mrow> 
                  <mo>
                    ∇ 
                  </mo> 
                  <msubsup> 
                   <mi>
                     u 
                   </mi> 
                   <mi>
                     Ω 
                   </mi> 
                   <mn>
                     0 
                   </mn> 
                  </msubsup> 
                 </mrow> 
                 <mo>
                   | 
                 </mo> 
                </mrow> 
               </mrow> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msup> 
              <mi>
                d 
              </mi> 
              <mi>
                i 
              </mi> 
              <mi>
                v 
              </mi> 
              <msub> 
               <mi>
                 V 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msub> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mi>
                α 
              </mi> 
              <msup> 
               <mrow> 
                <mrow> 
                 <mo>
                   | 
                 </mo> 
                 <mrow> 
                  <msubsup> 
                   <mi>
                     u 
                   </mi> 
                   <mi>
                     Ω 
                   </mi> 
                   <mn>
                     0 
                   </mn> 
                  </msubsup> 
                  <mo>
                    − 
                  </mo> 
                  <msub> 
                   <mi>
                     u 
                   </mi> 
                   <mn>
                     0 
                   </mn> 
                  </msub> 
                 </mrow> 
                 <mo>
                   | 
                 </mo> 
                </mrow> 
               </mrow> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msup> 
              <mi>
                d 
              </mi> 
              <mi>
                i 
              </mi> 
              <mi>
                v 
              </mi> 
              <mi>
                V 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mrow> 
                <msubsup> 
                 <mi>
                   u 
                 </mi> 
                 <mi>
                   Ω 
                 </mi> 
                 <mn>
                   0 
                 </mn> 
                </msubsup> 
                <mo>
                  − 
                </mo> 
                <msub> 
                 <mi>
                   u 
                 </mi> 
                 <mn>
                   0 
                 </mn> 
                </msub> 
               </mrow> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
              <mo>
                ∇ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msub> 
              <mi>
                V 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mo>
               ] 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mi>
              μ 
            </mi> 
            <msup> 
             <mi>
               B 
             </mi> 
             <mo>
               ′ 
             </mo> 
            </msup> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <msubsup> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mi>
               Ω 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msubsup> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               p 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msup> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               [ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                f 
              </mi> 
              <msup> 
               <mi>
                 p 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msup> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mn>
                3 
              </mn> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
              <mi>
                α 
              </mi> 
              <mo>
                ∇ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
               <mi>
                 Ω 
               </mi> 
              </msub> 
              <msup> 
               <mi>
                 p 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msup> 
             </mrow> 
             <mo>
               ] 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mi>
              d 
            </mi> 
            <mi>
              i 
            </mi> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mi>
              V 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mo>
           . 
         </mo> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math> (3.22)</p>
    <p>For the derivative of the Lagrangian with respect to 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        ϕ 
      </mi> 
     </math> we have</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <msub> 
          <mi>
            d 
          </mi> 
          <mi>
            ϕ 
          </mi> 
         </msub> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             Φ 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              ϕ 
            </mi> 
            <mo>
              ′ 
            </mo> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               [ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
              <mi>
                β 
              </mi> 
              <mi>
                B 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
              <mo>
                ∇ 
              </mo> 
              <mi>
                ϕ 
              </mi> 
              <mo>
                ∇ 
              </mo> 
              <msup> 
               <mi>
                 ϕ 
               </mi> 
               <mo>
                 ′ 
               </mo> 
              </msup> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
              <mi>
                α 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mrow> 
                <mi>
                  ϕ 
                </mi> 
                <mo>
                  − 
                </mo> 
                <msub> 
                 <mi>
                   u 
                 </mi> 
                 <mn>
                   0 
                 </mn> 
                </msub> 
                <mo>
                  ∘ 
                </mo> 
                <msub> 
                 <mi>
                   T 
                 </mi> 
                 <mi>
                   ϵ 
                 </mi> 
                </msub> 
               </mrow> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
              <msup> 
               <mi>
                 ϕ 
               </mi> 
               <mo>
                 ′ 
               </mo> 
              </msup> 
              <msub> 
               <mi>
                 J 
               </mi> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mo>
               ] 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mi>
              μ 
            </mi> 
            <mi>
              B 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           ∇ 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            ϕ 
          </mi> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           ∇ 
         </mo> 
         <mi>
           Φ 
         </mi> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           . 
         </mo> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math> (3.23)</p>
    <p>And on the other hand, the derivative of the Lagrangian with respect to 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtext>
        Φ 
      </mtext> 
     </math> is given by</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
        <mi>
          Φ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           Φ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           Φ 
         </mi> 
         <mo>
           ' 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mi>
            μ 
          </mi> 
          <mi>
            B 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <mi>
            ϕ 
          </mi> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             Φ 
           </mi> 
           <mo>
             ′ 
           </mo> 
          </msup> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <msup> 
             <mi>
               Φ 
             </mi> 
             <mo>
               ′ 
             </mo> 
            </msup> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mn>
              3 
            </mn> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mi>
              α 
            </mi> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               θ 
             </mi> 
             <mi>
               Ω 
             </mi> 
            </msub> 
            <msup> 
             <mi>
               Φ 
             </mi> 
             <mo>
               ′ 
             </mo> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             J 
           </mi> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msub> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (3.24)</p>
    <p>So, we have the state equation for 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mo>
         ≥ 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> is given by</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msubsup> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           d 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mo>
         ∀ 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          Φ 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           d 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              μ 
            </mi> 
            <mi>
              B 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <msubsup> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mi>
               Ω 
             </mi> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
            </msubsup> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               Φ 
             </mi> 
             <mo>
               ′ 
             </mo> 
            </msup> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                f 
              </mi> 
              <msup> 
               <mi>
                 Φ 
               </mi> 
               <mo>
                 ′ 
               </mo> 
              </msup> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mn>
                3 
              </mn> 
              <mi>
                k 
              </mi> 
              <mi>
                α 
              </mi> 
              <mo>
                ∇ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
               <mi>
                 Ω 
               </mi> 
              </msub> 
              <msup> 
               <mi>
                 Φ 
               </mi> 
               <mo>
                 ′ 
               </mo> 
              </msup> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               J 
             </mi> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0. 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> (3.25)</p>
    <p>And the adjoint state equation for 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> is also given by</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           d 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mo>
         ∀ 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           d 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <mi>
              β 
            </mi> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <msubsup> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mi>
               Ω 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msubsup> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               ϕ 
             </mi> 
             <mo>
               ′ 
             </mo> 
            </msup> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <mi>
              α 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msubsup> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mi>
                 Ω 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msubsup> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <msup> 
             <mi>
               ϕ 
             </mi> 
             <mo>
               ′ 
             </mo> 
            </msup> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mi>
              μ 
            </mi> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               ϕ 
             </mi> 
             <mo>
               ′ 
             </mo> 
            </msup> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               p 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0. 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> (3.26)</p>
    <p>
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         R 
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       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mo>
            ∫ 
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          <mn>
            0 
          </mn> 
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            1 
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         </msubsup> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             d 
           </mi> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
          </msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           Ψ 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msubsup> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msubsup> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msubsup> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msubsup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mtext>
         d 
       </mtext> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
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         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mi>
            β 
          </mi> 
          <mi>
            B 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msubsup> 
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              u 
            </mi> 
            <mi>
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            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msubsup> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <msubsup> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mfrac> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ∇ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msubsup> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msubsup> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msubsup> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </mfrac> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
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       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          [ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msubsup> 
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                u 
              </mi> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msubsup> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           ∘ 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            T 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ] 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msubsup> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msubsup> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msubsup> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </mfrac> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          J 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mtext>
         d 
       </mtext> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mi>
            μ 
          </mi> 
          <mi>
            B 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msubsup> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msubsup> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msubsup> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </mfrac> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ∇ 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msup> 
       <mtext>
         d 
       </mtext> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>By substituting 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msubsup> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msubsup> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msubsup> 
        </mrow> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math> into the adjoint equation for 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math>, we obtain:</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mi>
            β 
          </mi> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msubsup> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msubsup> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msubsup> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msubsup> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msubsup> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </mfrac> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msubsup> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msubsup> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msubsup> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msubsup> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </mfrac> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         μ 
       </mi> 
       <mo>
         ∇ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msubsup> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msubsup> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msubsup> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </mfrac> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ∇ 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msup> 
       <mtext>
         d 
       </mtext> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0. 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>So, we have</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <mi>
              β 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mo>
            [ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <msubsup> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msubsup> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <msubsup> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msubsup> 
              </mrow> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </mfrac> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <msubsup> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msubsup> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <msubsup> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msubsup> 
              </mrow> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </mfrac> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            ] 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           ∇ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msubsup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           μ 
         </mi> 
         <mo>
           ∇ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msubsup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           ∇ 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <mi>
              α 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mo>
            [ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msubsup> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mfrac> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msubsup> 
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                u 
              </mi> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msubsup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mfrac> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
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           </msub> 
           <mo>
             ∘ 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              T 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
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            </mi> 
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           </msub> 
           <mo>
             ∘ 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              T 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ] 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msubsup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mn>
           0. 
         </mn> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math></p>
    <p>As a result, we have</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
       <mtr> 
        <mtd> 
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           <msub> 
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              ∫ 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <mi>
              β 
            </mi> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
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            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
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              </mi> 
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                Ω 
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                ϵ 
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             </msubsup> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <msubsup> 
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                u 
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                Ω 
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                0 
              </mn> 
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            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           ∇ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msubsup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mi>
              μ 
            </mi> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msubsup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           ∇ 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           α 
         </mi> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 | 
               </mo> 
               <mrow> 
                <mfrac> 
                 <mrow> 
                  <msubsup> 
                   <mi>
                     u 
                   </mi> 
                   <mi>
                     Ω 
                   </mi> 
                   <mi>
                     ϵ 
                   </mi> 
                  </msubsup> 
                  <mo>
                    − 
                  </mo> 
                  <msubsup> 
                   <mi>
                     u 
                   </mi> 
                   <mi>
                     Ω 
                   </mi> 
                   <mn>
                     0 
                   </mn> 
                  </msubsup> 
                 </mrow> 
                 <mrow> 
                  <msqrt> 
                   <mi>
                     ϵ 
                   </mi> 
                  </msqrt> 
                 </mrow> 
                </mfrac> 
               </mrow> 
               <mo>
                 | 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mi>
             β 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             | 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mfrac> 
               <mrow> 
                <msubsup> 
                 <mi>
                   u 
                 </mi> 
                 <mi>
                   Ω 
                 </mi> 
                 <mi>
                   ϵ 
                 </mi> 
                </msubsup> 
                <mo>
                  − 
                </mo> 
                <msubsup> 
                 <mi>
                   u 
                 </mi> 
                 <mi>
                   Ω 
                 </mi> 
                 <mn>
                   0 
                 </mn> 
                </msubsup> 
               </mrow> 
               <mrow> 
                <msqrt> 
                 <mi>
                   ϵ 
                 </mi> 
                </msqrt> 
               </mrow> 
              </mfrac> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             | 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <mi>
              α 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mo>
            [ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msubsup> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mfrac> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             ∘ 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              T 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ] 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msubsup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <mi>
              α 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mo>
            [ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             ∘ 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              T 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ] 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msubsup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mn>
           0. 
         </mn> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math></p>
    <p>We can now rewrite the expression of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> as follows.</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mi>
           R 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <mi>
              β 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mo>
            [ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <mi>
               B 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               I 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
          <mo>
            ] 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           ∇ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msubsup> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           ∇ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msubsup> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msubsup> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msubsup> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mi>
             μ 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mo>
            [ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <mi>
               B 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               I 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
          <mo>
            ] 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           ∇ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msubsup> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msubsup> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msubsup> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           ∇ 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           α 
         </mi> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 | 
               </mo> 
               <mrow> 
                <mfrac> 
                 <mrow> 
                  <msubsup> 
                   <mi>
                     u 
                   </mi> 
                   <mi>
                     Ω 
                   </mi> 
                   <mi>
                     ϵ 
                   </mi> 
                  </msubsup> 
                  <mo>
                    − 
                  </mo> 
                  <msubsup> 
                   <mi>
                     u 
                   </mi> 
                   <mi>
                     Ω 
                   </mi> 
                   <mn>
                     0 
                   </mn> 
                  </msubsup> 
                 </mrow> 
                 <mrow> 
                  <msqrt> 
                   <mi>
                     ϵ 
                   </mi> 
                  </msqrt> 
                 </mrow> 
                </mfrac> 
               </mrow> 
               <mo>
                 | 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mi>
             β 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             | 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mfrac> 
               <mrow> 
                <msubsup> 
                 <mi>
                   u 
                 </mi> 
                 <mi>
                   Ω 
                 </mi> 
                 <mi>
                   ϵ 
                 </mi> 
                </msubsup> 
                <mo>
                  − 
                </mo> 
                <msubsup> 
                 <mi>
                   u 
                 </mi> 
                 <mi>
                   Ω 
                 </mi> 
                 <mn>
                   0 
                 </mn> 
                </msubsup> 
               </mrow> 
               <mrow> 
                <msqrt> 
                 <mi>
                   ϵ 
                 </mi> 
                </msqrt> 
               </mrow> 
              </mfrac> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             | 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <mi>
              α 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mo>
            [ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <mi>
               J 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </mrow> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
          <mo>
            ] 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            [ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msubsup> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mfrac> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             ∘ 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              T 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ] 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msubsup> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msubsup> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msubsup> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <mi>
              α 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mo>
            [ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             ∘ 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              T 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ] 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msubsup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           . 
         </mo> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math></p>
    <p>From this, we have the following estimate</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             R 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           ≤ 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <mrow> 
             <mo>
               | 
             </mo> 
             <mi>
               β 
             </mi> 
             <mo>
               | 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <mi>
               B 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               I 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <msubsup> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msubsup> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <msubsup> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msubsup> 
              </mrow> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </mfrac> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msubsup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               | 
             </mo> 
             <mi>
               μ 
             </mi> 
             <mo>
               | 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <mi>
               B 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               I 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msubsup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
          <mi>
            α 
          </mi> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ‖ 
               </mo> 
               <mrow> 
                <mfrac> 
                 <mrow> 
                  <msubsup> 
                   <mi>
                     u 
                   </mi> 
                   <mi>
                     Ω 
                   </mi> 
                   <mi>
                     ϵ 
                   </mi> 
                  </msubsup> 
                  <mo>
                    − 
                  </mo> 
                  <msubsup> 
                   <mi>
                     u 
                   </mi> 
                   <mi>
                     Ω 
                   </mi> 
                   <mn>
                     0 
                   </mn> 
                  </msubsup> 
                 </mrow> 
                 <mrow> 
                  <msqrt> 
                   <mi>
                     ϵ 
                   </mi> 
                  </msqrt> 
                 </mrow> 
                </mfrac> 
               </mrow> 
               <mo>
                 ‖ 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               | 
             </mo> 
             <mi>
               β 
             </mi> 
             <mo>
               | 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mfrac> 
               <mrow> 
                <msubsup> 
                 <mi>
                   u 
                 </mi> 
                 <mi>
                   Ω 
                 </mi> 
                 <mi>
                   ϵ 
                 </mi> 
                </msubsup> 
                <mo>
                  − 
                </mo> 
                <msubsup> 
                 <mi>
                   u 
                 </mi> 
                 <mi>
                   Ω 
                 </mi> 
                 <mn>
                   0 
                 </mn> 
                </msubsup> 
               </mrow> 
               <mrow> 
                <msqrt> 
                 <mi>
                   ϵ 
                 </mi> 
                </msqrt> 
               </mrow> 
              </mfrac> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <mrow> 
             <mo>
               | 
             </mo> 
             <mi>
               α 
             </mi> 
             <mo>
               | 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <mi>
               J 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </mrow> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msubsup> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mfrac> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             ∘ 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              T 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msubsup> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msubsup> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msubsup> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math></p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mrow> 
           <mo>
             | 
           </mo> 
           <mi>
             α 
           </mi> 
           <mo>
             | 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mrow> 
        <mo>
          ‖ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           ∘ 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            T 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msub> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ‖ 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ‖ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msubsup> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msubsup> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msubsup> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </mfrac> 
        </mrow> 
        <mo>
          ‖ 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mtext>
         d 
       </mtext> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>By lemma 3.1 the terms 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           I 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mi>
           J 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math> are uniformy bounded. To conclude that the limit of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> exists and is zero, it remains to show that 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msubsup> 
       <mo>
         → 
       </mo> 
       <msubsup> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msubsup> 
      </mrow> 
     </math> in 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           d 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>-strong and that the 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          L 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> norm of 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msubsup> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msubsup> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msubsup> 
        </mrow> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math> is bounded. From the state equation (3.25) of 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msubsup> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msubsup> 
      </mrow> 
     </math>, for 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          Φ 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           d 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>:</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msubsup> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mi>
                 Ω 
               </mi> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
              </msubsup> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <msubsup> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mi>
                 Ω 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msubsup> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               Φ 
             </mi> 
             <mo>
               ′ 
             </mo> 
            </msup> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mn>
              3 
            </mn> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mi>
              α 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             J 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           ∇ 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            θ 
          </mi> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </msub> 
         <msup> 
          <mi>
            Φ 
          </mi> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <msup> 
             <mi>
               Φ 
             </mi> 
             <mo>
               ′ 
             </mo> 
            </msup> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mi>
             μ 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             B 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             I 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           ∇ 
         </mo> 
         <msubsup> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msubsup> 
         <mo>
           ∇ 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            Φ 
          </mi> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           . 
         </mo> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math></p>
    <p>Substitute 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          Φ 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msubsup> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msubsup> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <msubsup> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msubsup> 
      </mrow> 
     </math> to obtain the following estimate</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msubsup> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mi>
                 Ω 
               </mi> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
              </msubsup> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <msubsup> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mi>
                 Ω 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msubsup> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           ≤ 
         </mo> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
         <mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mi>
             α 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             J 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msubsup> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msubsup> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msubsup> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msubsup> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msubsup> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msubsup> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
          <mi>
            μ 
          </mi> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             B 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             I 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msubsup> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msubsup> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msubsup> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           . 
         </mo> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math></p>
    <p>So 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        Ω 
      </mi> 
     </math> is a bounded open lipschitzian domain, there existe a constant such that</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ‖ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msubsup> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msubsup> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msubsup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ‖ 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <mi>
         C 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          ‖ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ∇ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msubsup> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msubsup> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msubsup> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          ‖ 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>and we have</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msubsup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           ≤ 
         </mo> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
         <mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mi>
             α 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             J 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
          <mi>
            μ 
          </mi> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             B 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             I 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math></p>
    <p>
     <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-"></xref>but the right-hand side of this enequality goes to zero as 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        ϵ 
      </mi> 
     </math> goes to zero. Therefore 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msubsup> 
       <mo>
         → 
       </mo> 
       <msubsup> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msubsup> 
      </mrow> 
     </math> in 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           d 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>. Finally, going back to the inaquality and dividing by 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> and we have</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <msubsup> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msubsup> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <msubsup> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msubsup> 
              </mrow> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </mfrac> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           ≤ 
         </mo> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
         <mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mi>
             α 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <mi>
               J 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mn>
               1 
             </mn> 
            </mrow> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
          <mi>
            μ 
          </mi> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <mi>
               B 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               I 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mi>
           C 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msubsup> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           . 
         </mo> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math></p>
    <p>Since the right hand of the above inequality is bounded, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mo>
         ∇ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msubsup> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msubsup> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msubsup> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msubsup> 
          </mrow> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </mfrac> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> is bounded. This means that 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msubsup> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msubsup> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msubsup> 
        </mrow> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math> is bounded in 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           d 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> and hence 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msubsup> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msubsup> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msubsup> 
        </mrow> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math> is</p>
    <p>bounded in 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          L 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math>. And the term 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> is zero.</p>
    <p>The shape derivative is given by</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mi>
           D 
         </mi> 
         <mi>
           J 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             V 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               [ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                β 
              </mi> 
              <msup> 
               <mrow> 
                <mrow> 
                 <mo>
                   | 
                 </mo> 
                 <mrow> 
                  <mo>
                    ∇ 
                  </mo> 
                  <msubsup> 
                   <mi>
                     u 
                   </mi> 
                   <mi>
                     Ω 
                   </mi> 
                   <mn>
                     0 
                   </mn> 
                  </msubsup> 
                 </mrow> 
                 <mo>
                   | 
                 </mo> 
                </mrow> 
               </mrow> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msup> 
              <mi>
                d 
              </mi> 
              <mi>
                i 
              </mi> 
              <mi>
                v 
              </mi> 
              <msub> 
               <mi>
                 V 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msub> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mi>
                α 
              </mi> 
              <msup> 
               <mrow> 
                <mrow> 
                 <mo>
                   | 
                 </mo> 
                 <mrow> 
                  <msubsup> 
                   <mi>
                     u 
                   </mi> 
                   <mi>
                     Ω 
                   </mi> 
                   <mn>
                     0 
                   </mn> 
                  </msubsup> 
                  <mo>
                    − 
                  </mo> 
                  <msub> 
                   <mi>
                     u 
                   </mi> 
                   <mn>
                     0 
                   </mn> 
                  </msub> 
                 </mrow> 
                 <mo>
                   | 
                 </mo> 
                </mrow> 
               </mrow> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msup> 
              <mi>
                d 
              </mi> 
              <mi>
                i 
              </mi> 
              <mi>
                v 
              </mi> 
              <mi>
                V 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mrow> 
                <msubsup> 
                 <mi>
                   u 
                 </mi> 
                 <mi>
                   Ω 
                 </mi> 
                 <mn>
                   0 
                 </mn> 
                </msubsup> 
                <mo>
                  − 
                </mo> 
                <msub> 
                 <mi>
                   u 
                 </mi> 
                 <mn>
                   0 
                 </mn> 
                </msub> 
               </mrow> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
              <mo>
                ∇ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msub> 
              <mi>
                V 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mo>
               ] 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math></p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mi>
            μ 
          </mi> 
          <msup> 
           <mi>
             B 
           </mi> 
           <mo>
             ′ 
           </mo> 
          </msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msubsup> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msubsup> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             p 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msup> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <msup> 
             <mi>
               p 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msup> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mn>
              3 
            </mn> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mi>
              α 
            </mi> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               θ 
             </mi> 
             <mi>
               Ω 
             </mi> 
            </msub> 
            <msup> 
             <mi>
               p 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
            d 
          </mi> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mi>
            V 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
   </sec>
   <sec id="s3_2">
    <title>
     <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-"></xref>3.2. Topological Derivative</title>
    <p>In this part we give the fundamental results of the topological derivative of the functional. Before tackling this main result, we will need the following preliminary results.. For more informations, the reader can refer to Delfour papers <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-29">
      [29]
     </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-32">
      [32]
     </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-37">
      [37]
     </xref>-<xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-41">
      [41]
     </xref>.</p>
    <p>Definition 3.2 Given 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        d 
      </mi> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <mi>
         d 
       </mi> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <mi>
         N 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>, the d-dimensional upper and lower Minkowski contents of a set 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        E 
      </mi> 
     </math> are defined through an r-dilatation of the set 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        E 
      </mi> 
     </math> as follows:</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          M 
        </mi> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            * 
          </mo> 
          <mi>
            d 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <munder> 
        <mrow> 
         <mi>
           lim 
         </mi> 
         <mi>
           sup 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           r 
         </mi> 
         <mo>
           ↘ 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </mrow> 
       </munder> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            m 
          </mi> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              E 
            </mi> 
            <mi>
              r 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            α 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             N 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             d 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <msup> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             N 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             d 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msup> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <msubsup> 
        <mi>
          M 
        </mi> 
        <mo>
          * 
        </mo> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
       </msubsup> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <munder> 
        <mrow> 
         <mi>
           lim 
         </mi> 
         <mi>
           inf 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           r 
         </mi> 
         <mo>
           ↘ 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </mrow> 
       </munder> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            m 
          </mi> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              E 
            </mi> 
            <mi>
              r 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            α 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             n 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             d 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <msup> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             N 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             d 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msup> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>where 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          m 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> is the Lebesgue measure in 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          ℝ 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          α 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           d 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> is the volume of the ball of radius one in 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          ℝ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           d 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math>. When the two limits exist and are equal, we say that 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        E 
      </mi> 
     </math> admits a d-dimensional Minkowski content, and their common value will be denoted 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          M 
        </mi> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
       </msup> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
    <p>Definition 3.3 Let 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        E 
      </mi> 
     </math> be a subset of a metric space 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        X 
      </mi> 
     </math>. We say that 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        E 
      </mi> 
     </math> is d-rectifiable if it is the image of a compact subset 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        K 
      </mi> 
     </math> of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          ℝ 
        </mi> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> by a Lipschitz continuous function 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         f 
       </mi> 
       <mo>
         : 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          ℝ 
        </mi> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
       </msup> 
       <mo>
         → 
       </mo> 
       <mi>
         X 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
    <p>Definition 3.4 Let 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         E 
       </mi> 
       <mo>
         ⊂ 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          ℝ 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> be 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math>-measurable. We say that 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        E 
      </mi> 
     </math> is</p>
    <p>1) countably d-rectifiable if there exist countably many Lipschitzian functions</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         : 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          ℝ 
        </mi> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
       </msup> 
       <mo>
         → 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          ℝ 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> such that 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         E 
       </mi> 
       <mo>
         ⊂ 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <msubsup> 
         <mo>
           ∪ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mi>
           ∞ 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mi>
              ℝ 
            </mi> 
            <mi>
              d 
            </mi> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
    <p>2) countably 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math>-rectifiable if there exist countably many Lipschitz functions</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         : 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          ℝ 
        </mi> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
       </msup> 
       <mo>
         → 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          ℝ 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> such that 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         E 
       </mi> 
       <mo>
         \ 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <msubsup> 
         <mo>
           ∪ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </mrow> 
         <mi>
           ∞ 
         </mi> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mi>
              ℝ 
            </mi> 
            <mi>
              d 
            </mi> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
      </mrow> 
     </math> is 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math>-negligible: 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
       </msup> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mo>
           \ 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <msubsup> 
           <mo>
             ∪ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              i 
            </mi> 
            <mo>
              = 
            </mo> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </mrow> 
           <mi>
             ∞ 
           </mi> 
          </msubsup> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <mi>
              i 
            </mi> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msup> 
              <mi>
                ℝ 
              </mi> 
              <mi>
                d 
              </mi> 
             </msup> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
    <p>3) 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math>-rectifiable if it is countably 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math>-rectifiable and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
       </msup> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <mi>
         ∞ 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
    <p>Definition 3.5 Let 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        E 
      </mi> 
     </math> be a closed subset of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          ℝ 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
    <p>1. The set of points of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          ℝ 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> which have a unique projection on 
     <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> 
       <mtext>
         Unp 
       </mtext> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          { 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
         <mo>
           ∈ 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            ℝ 
          </mi> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
         </msup> 
         <mo>
           : 
         </mo> 
         <mo>
           ∃ 
         </mo> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
           an 
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
           unique 
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ∈ 
         </mo> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
           such 
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
           that 
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <msub> 
          <mi>
            d 
          </mi> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            y 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             y 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          } 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>where 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> is the distance function from a point 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        y 
      </mi> 
     </math> to 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        E 
      </mi> 
     </math>.</p>
    <p>2. The reach of a point 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <mi>
         E 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> and the reach of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        E 
      </mi> 
     </math> are respectively defined as follows :’</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mtext>
         reach 
       </mtext> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mtext>
         sup 
       </mtext> 
       <mrow> 
        <mo>
          { 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           r 
         </mi> 
         <mo>
           &gt; 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           : 
         </mo> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             r 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           ⊂ 
         </mo> 
         <mtext>
           Unp 
         </mtext> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          } 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
         reach 
       </mtext> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <munder> 
        <mrow> 
         <mtext>
           inf 
         </mtext> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ∈ 
         </mo> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
        </mrow> 
       </munder> 
       <mtext>
         reach 
       </mtext> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>Remark 3.1 We say that 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        E 
      </mi> 
     </math> is a positive reach if 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mtext>
         reach 
       </mtext> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
    <p>The definition of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mtext>
         Unp 
       </mtext> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> implies the existence of a projection on 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        E 
      </mi> 
     </math>, a function 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         : 
       </mo> 
       <mtext>
         Unp 
       </mtext> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         → 
       </mo> 
       <mi>
         E 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> which associates 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <mtext>
         Unp 
       </mtext> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> such that 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ‖ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          ‖ 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
    <p>Definition 3.6 Let 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        E 
      </mi> 
     </math> be a closed subset of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          ℝ 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> such that 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         ⊂ 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> for some 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         r 
       </mi> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        f 
      </mi> 
     </math> be a continuous function on a bounded open subset 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        Ω 
      </mi> 
     </math> of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          ℝ 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math>. The d-dimensional topological derivative of the volume functional </p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            χ 
          </mi> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mi>
              ℝ 
            </mi> 
            <mi>
              N 
            </mi> 
           </msup> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
          <msub> 
           <mi>
             χ 
           </mi> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
          </msub> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>with respect to 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        E 
      </mi> 
     </math> is defined as follows:</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         d 
       </mi> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            χ 
          </mi> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </msub> 
         <mo>
           ; 
         </mo> 
         <mi>
           δ 
         </mi> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <munder> 
        <mrow> 
         <mi>
           lim 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           r 
         </mi> 
         <mo>
           ↘ 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </mrow> 
       </munder> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mi>
           V 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              χ 
            </mi> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mo>
             \ 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              E 
            </mi> 
            <mi>
              r 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           V 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              χ 
            </mi> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            α 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             N 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             d 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <msup> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             N 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             d 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msup> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>whenever the limit exists.</p>
    <p>Theorem 3.7 Let 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        E 
      </mi> 
     </math> be a compact subset of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          ℝ 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <mi>
         d 
       </mi> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <mi>
         N 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> an integer.</p>
    <p>Let 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          α 
        </mi> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> denote the volume of the unit ball in 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          ℝ 
        </mi> 
        <mi>
          k 
        </mi> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math>. We assume that the following properties hold:</p>
    <p>1) 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        E 
      </mi> 
     </math> is a d-rectifiable subset of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          ℝ 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> such that 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         E 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         E 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
       </msup> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <mi>
         ∞ 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>;</p>
    <p>2) 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        E 
      </mi> 
     </math> has positive reach; that is, there exists 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mo>
         &gt; 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> such that 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msubsup> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
          <mi>
            R 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>;</p>
    <p>3) 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        f 
      </mi> 
     </math> is continuous in 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <msup> 
           <mi>
             H 
           </mi> 
           <mi>
             d 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <munder> 
        <mrow> 
         <mtext>
           lim 
         </mtext> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           r 
         </mi> 
         <mo>
           ↘ 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </mrow> 
       </munder> 
       <mfrac> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             N 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             d 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            α 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             N 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             d 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <msup> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             N 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             d 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msup> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              E 
            </mi> 
            <mi>
              r 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            ψ 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <munder> 
        <mrow> 
         <mtext>
           lim 
         </mtext> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           r 
         </mi> 
         <mo>
           ↘ 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </mrow> 
       </munder> 
       <mfrac> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             N 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             d 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            α 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             N 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             d 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <msup> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             N 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             d 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msup> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              E 
            </mi> 
            <mi>
              r 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
          <mo>
            ∘ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             p 
           </mi> 
           <mi>
             E 
           </mi> 
          </msub> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            ψ 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            E 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <msup> 
           <mi>
             H 
           </mi> 
           <mi>
             d 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <munder> 
        <mrow> 
         <mi>
           lim 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           r 
         </mi> 
         <mo>
           ↘ 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </mrow> 
       </munder> 
       <mfrac> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             N 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             d 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            α 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             N 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             d 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <msup> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             N 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             d 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </mrow> 
         </msup> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ∂ 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              E 
            </mi> 
            <mi>
              r 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <msup> 
           <mi>
             H 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              N 
            </mi> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msup> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>In the section of topological derivative we recall the notions of Minkowski content, d-rectifiability, and positive reach that are used to define the topological derivative of an objective function with respect to perturbations by a d-dimensional closed subset 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mover accent="true"> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mo>
         ¯ 
       </mo> 
      </mover> 
     </math> of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          ℝ 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math>. Given an open domain 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        Ω 
      </mi> 
     </math> with boundary 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>, the perturbed domain 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         \ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           ω 
         </mi> 
         <mo>
           ¯ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> is obtained by removing the 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        ϵ 
      </mi> 
     </math>-dilatation 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           ω 
         </mi> 
         <mo>
           ¯ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> of the set 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mover accent="true"> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mo>
         ¯ 
       </mo> 
      </mover> 
     </math>. The boundary of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> is made up of two disjoint parts 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         ∪ 
       </mo> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           ω 
         </mi> 
         <mo>
           ¯ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>. The notion of positive reach for a nowhere dense closed set 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mover accent="true"> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mo>
         ¯ 
       </mo> 
      </mover> 
     </math> ensures that the boundary 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           ω 
         </mi> 
         <mo>
           ¯ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> of the hole is of class 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          C 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> and that 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         \ 
       </mo> 
       <mover accent="true"> 
        <mi>
          ω 
        </mi> 
        <mo>
          ¯ 
        </mo> 
       </mover> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
    <p>Before tacking the theorem of the topological derivative, we also need the following hypotheses. For the conception of these hypotheses, we relied on Novotny’s papers <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-38">
      [38]
     </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-42">
      [42]
     </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-43">
      [43]
     </xref>, and on Delfour’s papers <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-29">
      [29]
     </xref>-<xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-33">
      [33]
     </xref>.</p>
    <p>Let us associate with 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        ε 
      </mi> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <mi>
         ε 
       </mi> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <mi>
         r 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>, the perturbed domain 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mi>
          ε 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         \ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           ω 
         </mi> 
         <mo>
           ¯ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>, where by assumption, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         ∪ 
       </mo> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           ω 
         </mi> 
         <mo>
           ¯ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>, and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         ∩ 
       </mo> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           ω 
         </mi> 
         <mo>
           ¯ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mo>
         ∅ 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           ω 
         </mi> 
         <mo>
           ¯ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi mathvariant="script">
          C 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
    <p>Let 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mi>
          m 
        </mi> 
       </msubsup> 
      </mrow> 
     </math> denote the component of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mi>
          ε 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> for which 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> is part of its boundary. Let 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
       </msubsup> 
      </mrow> 
     </math> denote the blind component of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mi>
          ε 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> whose boundary has no intersection with 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>. The function 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> is divided between the two</p>
    <p>components 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
       </msubsup> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mtext>
          Ω 
        </mtext> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mi>
          m 
        </mi> 
       </msubsup> 
      </mrow> 
     </math> as follows: 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> within 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
       </msubsup> 
      </mrow> 
     </math>, and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            n 
          </mi> 
          <mi>
            A 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> on</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <msubsup> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mi>
          m 
        </mi> 
       </msubsup> 
       <mo>
         ∩ 
       </mo> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           w 
         </mi> 
         <mo>
           ¯ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> as 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           w 
         </mi> 
         <mo>
           ¯ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> consists of the two disjoint boundaries 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
       </msubsup> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <msubsup> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
       </msubsup> 
      </mrow> 
     </math> et 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <msubsup> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mi>
          m 
        </mi> 
       </msubsup> 
       <mo>
         ∩ 
       </mo> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           w 
         </mi> 
         <mo>
           ¯ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>. We can construct an extension of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        Ω 
      </mi> 
     </math> by defining the solution as follows: 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msubsup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> on 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <msubsup> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mi>
          m 
        </mi> 
       </msubsup> 
       <mo>
         ∩ 
       </mo> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           w 
         </mi> 
         <mo>
           ¯ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msubsup> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msubsup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> on 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <msubsup> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mi>
          b 
        </mi> 
       </msubsup> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
    <p>For more information, the reader can refer to <xref ref-type="bibr" rid="scirp.143334-29">
      [29]
     </xref>.</p>
    <p>In the following theorem 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        N 
      </mi> 
     </math> denotes the dimension of the workspace, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        d 
      </mi> 
     </math> the dimension of a subset 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        E 
      </mi> 
     </math> of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          ℝ 
        </mi> 
        <mi>
          N 
        </mi> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        r 
      </mi> 
     </math> the radius of the ball and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          α 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           d 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> is the volume of the unit ball in 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          ℝ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           d 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
    <p>In what follows, we establish the main result of the topological derivative.</p>
    <p>Theorem 3.8 Let 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <mi>
         d 
       </mi> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <mi>
         N 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         E 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mover accent="true"> 
        <mi>
          w 
        </mi> 
        <mo>
          ¯ 
        </mo> 
       </mover> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         s 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          α 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           d 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <msup> 
        <mi>
          r 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           d 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math>. The topological derivative exists if and only if the following limit: </p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <munder> 
        <mrow> 
         <mtext>
           lim 
         </mtext> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           → 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </mrow> 
       </munder> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>exists with</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          L 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mi>
           β 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <msup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
                <mrow> 
                 <msub> 
                  <mi>
                    Ω 
                  </mi> 
                  <mi>
                    ϵ 
                  </mi> 
                 </msub> 
                </mrow> 
               </msub> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <msub> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
                <mrow> 
                 <msub> 
                  <mi>
                    Ω 
                  </mi> 
                  <mn>
                    0 
                  </mn> 
                 </msub> 
                </mrow> 
               </msub> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <msqrt> 
                <mi>
                  s 
                </mi> 
               </msqrt> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <msup> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <msqrt> 
              <mi>
                s 
              </mi> 
             </msqrt> 
            </mrow> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>and</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          L 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mi>
          s 
        </mi> 
       </mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          [ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∂ 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
              <mi>
                m 
              </mi> 
             </msubsup> 
             <mo>
               ∩ 
             </mo> 
             <mo>
               ∂ 
             </mo> 
             <msub> 
              <mover accent="true"> 
               <mi>
                 w 
               </mi> 
               <mo>
                 ¯ 
               </mo> 
              </mover> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 Ω 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <mo>
              ⋅ 
            </mo> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <mi>
              d 
            </mi> 
            <mover accent="true"> 
             <mi>
               ω 
             </mi> 
             <mo>
               ¯ 
             </mo> 
            </mover> 
            <msub> 
             <mi>
               p 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msub> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <msup> 
             <mi>
               H 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                N 
              </mi> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </mrow> 
            </msup> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
        </mrow> 
        <mo>
          ] 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mtext>
         d 
       </mtext> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mi>
          s 
        </mi> 
       </mfrac> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mi>
            μ 
          </mi> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ⋅ 
       </mo> 
       <mo>
         ∇ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mtext>
         d 
       </mtext> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>Moreover, the topological derivative of the function is given by the expression:</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mi>
           D 
         </mi> 
         <mi>
           J 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <munder> 
          <mrow> 
           <mtext>
             lim 
           </mtext> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
           <mo>
             → 
           </mo> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mrow> 
         </munder> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mi>
             J 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             J 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              α 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               N 
             </mi> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               d 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <msup> 
            <mi>
              r 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               N 
             </mi> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               d 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msup> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            [ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mstyle displaystyle="true"> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mo>
                ∫ 
              </mo> 
              <mover accent="true"> 
               <mi>
                 ω 
               </mi> 
               <mo>
                 ¯ 
               </mo> 
              </mover> 
             </msub> 
             <mi>
               β 
             </mi> 
            </mrow> 
           </mstyle> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ∇ 
               </mo> 
               <msub> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
                <mrow> 
                 <msub> 
                  <mi>
                    Ω 
                  </mi> 
                  <mn>
                    0 
                  </mn> 
                 </msub> 
                </mrow> 
               </msub> 
              </mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             α 
           </mi> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
                <mrow> 
                 <msub> 
                  <mi>
                    Ω 
                  </mi> 
                  <mn>
                    0 
                  </mn> 
                 </msub> 
                </mrow> 
               </msub> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <msub> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msub> 
              </mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             μ 
           </mi> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mo>
             ⋅ 
           </mo> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             f 
           </mi> 
           <msub> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             3 
           </mn> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mi>
             α 
           </mi> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ] 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <msup> 
          <mi>
            H 
          </mi> 
          <mi>
            d 
          </mi> 
         </msup> 
         <mo>
           . 
         </mo> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math></p>
    <p>where 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> are solutions of systems</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mi>
            β 
          </mi> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               Ω 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            ⋅ 
          </mo> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mo>
             ′ 
           </mo> 
          </msup> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mi>
            α 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mtext>
         d 
       </mtext> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mi>
            μ 
          </mi> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mo>
             ′ 
           </mo> 
          </msup> 
          <mo>
            ⋅ 
          </mo> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             p 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0. 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>Proof. In the following, consider also then functional defined in 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>, by</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         J 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         β 
       </mi> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               | 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∇ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mrow> 
                <msub> 
                 <mi>
                   Ω 
                 </mi> 
                 <mi>
                   ϵ 
                 </mi> 
                </msub> 
               </mrow> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mo>
               | 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               | 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mrow> 
                <msub> 
                 <mi>
                   Ω 
                 </mi> 
                 <mi>
                   ϵ 
                 </mi> 
                </msub> 
               </mrow> 
              </msub> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mo>
               | 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
      </mrow> 
     </math> (3.27)</p>
    <p>where 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> be the solution to the following problem</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <mrow> 
       <mrow> 
        <mo>
          { 
        </mo> 
        <mtable columnalign="left"> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             μ 
           </mi> 
           <mi>
             Δ 
           </mi> 
           <msub> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               λ 
             </mi> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mi>
               μ 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               d 
             </mi> 
             <mi>
               i 
             </mi> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <msub> 
              <mstyle mathsize="normal" mathvariant="bold"> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
              </mstyle> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mn>
             3 
           </mn> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mi>
             α 
           </mi> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mo>
             = 
           </mo> 
           <mstyle mathsize="normal" mathvariant="bold"> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
           </mstyle> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mtext>
             in 
           </mtext> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             Δ 
           </mi> 
           <msub> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mo>
             = 
           </mo> 
           <mi>
             g 
           </mi> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mtext>
             in 
           </mtext> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∂ 
             </mo> 
             <mi>
               θ 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∂ 
             </mo> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
            </mrow> 
           </mfrac> 
           <mo>
             = 
           </mo> 
           <mi>
             h 
           </mi> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mtext>
             on 
           </mtext> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mo>
             ∂ 
           </mo> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∂ 
             </mo> 
             <mi>
               θ 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∂ 
             </mo> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
            </mrow> 
           </mfrac> 
           <mo>
             = 
           </mo> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mtext>
             on 
           </mtext> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mo>
             ∂ 
           </mo> 
           <msub> 
            <mover accent="true"> 
             <mi>
               ω 
             </mi> 
             <mo>
               ¯ 
             </mo> 
            </mover> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∂ 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∂ 
             </mo> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
            </mrow> 
           </mfrac> 
           <mo>
             = 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mtext>
             on 
           </mtext> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mo>
             ∂ 
           </mo> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
          </mtd> 
         </mtr> 
         <mtr> 
          <mtd> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∂ 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∂ 
             </mo> 
             <mi>
               n 
             </mi> 
            </mrow> 
           </mfrac> 
           <mo>
             = 
           </mo> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mtext>
             on 
           </mtext> 
           <mtext>
               
           </mtext> 
           <mo>
             ∂ 
           </mo> 
           <msub> 
            <mover accent="true"> 
             <mi>
               ω 
             </mi> 
             <mo>
               ¯ 
             </mo> 
            </mover> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mtd> 
         </mtr> 
        </mtable> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> (3.28)</p>
    <p>Considering a shape function 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        J 
      </mi> 
     </math> defined by</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         J 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               | 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mi>
                 Ω 
               </mi> 
              </msub> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mo>
               | 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         β 
       </mi> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               | 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∇ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mi>
                 Ω 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mo>
               | 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
      </mrow> 
     </math> (3.29)</p>
    <p>where 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           d 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              ℝ 
            </mi> 
            <mn>
              3 
            </mn> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> is solution to the variational problem</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         μ 
       </mi> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
          </msub> 
          <mo>
            ⋅ 
          </mo> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           μ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </msub> 
         <mo>
           ∇ 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ∇ 
         </mo> 
         <mo>
           ⋅ 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mtext>
         d 
       </mtext> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             θ 
           </mi> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
          </msub> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
      </mrow> 
     </math> (3.30)</p>
    <p>and</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             θ 
           </mi> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
          </msub> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <mi>
            φ 
          </mi> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mi>
            g 
          </mi> 
          <mi>
            φ 
          </mi> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
      </mrow> 
     </math> (3.31)</p>
    <p>for all 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           d 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              ℝ 
            </mi> 
            <mn>
              3 
            </mn> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         φ 
       </mi> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <mi mathvariant="script">
         D 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> for some given functions 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         f 
       </mi> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msup> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            ℝ 
          </mi> 
          <mn>
            3 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         g 
       </mi> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
    <p>In the case where 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         d 
       </mi> 
       <mi>
         i 
       </mi> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> in 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        Ω 
      </mi> 
     </math>, (3.30) is reduced to the following variational problem</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         μ 
       </mi> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
          </msub> 
          <mo>
            ⋅ 
          </mo> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             θ 
           </mi> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
          </msub> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
      </mrow> 
     </math> (3.32)</p>
    <p>and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          θ 
        </mi> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> solution to (3.31). The shape functional associated the perforated domain is given by</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         j 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            χ 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         J 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               | 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mrow> 
                <msub> 
                 <mi>
                   Ω 
                 </mi> 
                 <mi>
                   ϵ 
                 </mi> 
                </msub> 
               </mrow> 
              </msub> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mo>
               | 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mi>
         β 
       </mi> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               | 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∇ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mrow> 
                <msub> 
                 <mi>
                   Ω 
                 </mi> 
                 <mi>
                   ϵ 
                 </mi> 
                </msub> 
               </mrow> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mo>
               | 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
      </mrow> 
     </math> (3.33)</p>
    <p>where 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> is solution the variational problem</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         μ 
       </mi> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               Ω 
             </mi> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            ⋅ 
          </mo> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           μ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <mo>
              ⋅ 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 Ω 
               </mi> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             θ 
           </mi> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               Ω 
             </mi> 
             <mo>
               ∫ 
             </mo> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (3.34)</p>
    <p>We aim to compute the topological derivative of the functional 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         J 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mi>
         J 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <munder> 
        <mrow> 
         <mtext>
           lim 
         </mtext> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           → 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </mrow> 
       </munder> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mi>
           J 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           J 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            α 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             N 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             d 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <msup> 
          <mi>
            r 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             N 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             d 
           </mi> 
          </mrow> 
         </msup> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>And for this purpose, we define the following set:</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          { 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mo>
           ∈ 
         </mo> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msup> 
              <mi>
                L 
              </mi> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msup> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mi>
            d 
          </mi> 
         </msup> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           d 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           ∈ 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          } 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (3.35)</p>
    <p>Our variational formulation (3.28) consists of finding 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> such that</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         μ 
       </mi> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               Ω 
             </mi> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            ⋅ 
          </mo> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           μ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <mo>
              ⋅ 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 Ω 
               </mi> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             θ 
           </mi> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               Ω 
             </mi> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (3.36)</p>
    <p>In the case where 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         d 
       </mi> 
       <mi>
         i 
       </mi> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> in 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> we have</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         μ 
       </mi> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               Ω 
             </mi> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            ⋅ 
          </mo> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             θ 
           </mi> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               Ω 
             </mi> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mo>
         ∀ 
       </mo> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (3.37)</p>
    <p>Thus, the Lagrangian dependent on 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        ϵ 
      </mi> 
     </math> will be written in the form:</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             Φ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mi>
           β 
         </mi> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 | 
               </mo> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ∇ 
                </mo> 
                <mi>
                  ϕ 
                </mi> 
               </mrow> 
               <mo>
                 | 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           α 
         </mi> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 | 
               </mo> 
               <mrow> 
                <mi>
                  ϕ 
                </mi> 
                <mo>
                  − 
                </mo> 
                <msub> 
                 <mi>
                   u 
                 </mi> 
                 <mn>
                   0 
                 </mn> 
                </msub> 
               </mrow> 
               <mo>
                 | 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           μ 
         </mi> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <mi>
              ϕ 
            </mi> 
            <mo>
              ⋅ 
            </mo> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <mi>
              Φ 
            </mi> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mi>
           α 
         </mi> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               θ 
             </mi> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 Ω 
               </mi> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <mi>
              Φ 
            </mi> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <mi>
              Φ 
            </mi> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math> (3.38)</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         J 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <munder> 
        <mrow> 
         <mi>
           inf 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mo>
           ∈ 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            V 
          </mi> 
          <mi>
            H 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </munder> 
       <munder> 
        <mrow> 
         <mi>
           sup 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mi>
           Φ 
         </mi> 
         <mo>
           ∈ 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            V 
          </mi> 
          <mi>
            H 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </munder> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           Φ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>From this, we can now evaluate the derivative of the Lagrangian, dependent on 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        ϵ 
      </mi> 
     </math>, with respect to 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        ϕ 
      </mi> 
     </math>.</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           Φ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            ϕ 
          </mi> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mi>
            β 
          </mi> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <mi>
            ϕ 
          </mi> 
          <mo>
            ⋅ 
          </mo> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mo>
             ′ 
           </mo> 
          </msup> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mi>
            α 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mtext>
         d 
       </mtext> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mi>
            μ 
          </mi> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mo>
             ′ 
           </mo> 
          </msup> 
          <mo>
            ⋅ 
          </mo> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <mi>
            Φ 
          </mi> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>Subsequently, we obtain the variational formulation of the adjoint state equation given by</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            ϕ 
          </mi> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, where 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> for 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>. Find 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <msubsup> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msubsup> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> such that</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mi>
            β 
          </mi> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               Ω 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            ⋅ 
          </mo> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mo>
             ′ 
           </mo> 
          </msup> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mi>
            α 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mtext>
         d 
       </mtext> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mi>
            μ 
          </mi> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mo>
             ′ 
           </mo> 
          </msup> 
          <mo>
            ⋅ 
          </mo> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             p 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msub> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0. 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> (3.39)</p>
    <p>Next, we derive the Lagrangian with respect to 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtext>
        Φ 
      </mtext> 
     </math>.</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
        <mi>
          Φ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           Φ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            Φ 
          </mi> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mi>
            μ 
          </mi> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <mi>
            ϕ 
          </mi> 
          <mo>
            ⋅ 
          </mo> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             Φ 
           </mi> 
           <mo>
             ′ 
           </mo> 
          </msup> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
          <msup> 
           <mi>
             Φ 
           </mi> 
           <mo>
             ′ 
           </mo> 
          </msup> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             θ 
           </mi> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               Ω 
             </mi> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <msup> 
           <mi>
             Φ 
           </mi> 
           <mo>
             ′ 
           </mo> 
          </msup> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>The initial state 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> is a solution of 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
        <mi>
          Φ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            Φ 
          </mi> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mo>
        ∀ 
      </mo> 
     </math> 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          Φ 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <msubsup> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msubsup> 
      </mrow> 
     </math> and in this case, we have:</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mi>
            μ 
          </mi> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               Ω 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            ⋅ 
          </mo> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             Φ 
           </mi> 
           <mo>
             ′ 
           </mo> 
          </msup> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mi>
            f 
          </mi> 
          <msup> 
           <mi>
             Φ 
           </mi> 
           <mo>
             ′ 
           </mo> 
          </msup> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mn>
         3 
       </mn> 
       <mi>
         k 
       </mi> 
       <mi>
         α 
       </mi> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             θ 
           </mi> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
          </msub> 
          <msup> 
           <mi>
             Φ 
           </mi> 
           <mo>
             ′ 
           </mo> 
          </msup> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0. 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>Then, we have:</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              μ 
            </mi> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 Ω 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <mo>
              ⋅ 
            </mo> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               Φ 
             </mi> 
             <mo>
               ′ 
             </mo> 
            </msup> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <msup> 
             <mi>
               Φ 
             </mi> 
             <mo>
               ′ 
             </mo> 
            </msup> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              3 
            </mn> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mi>
              α 
            </mi> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <msup> 
             <mi>
               Φ 
             </mi> 
             <mo>
               ′ 
             </mo> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0. 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>The state 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> for all 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mo>
         ≥ 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> satisfies</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              μ 
            </mi> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 Ω 
               </mi> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <mo>
              ⋅ 
            </mo> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               Φ 
             </mi> 
             <mo>
               ′ 
             </mo> 
            </msup> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <msup> 
             <mi>
               Φ 
             </mi> 
             <mo>
               ′ 
             </mo> 
            </msup> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              3 
            </mn> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mi>
              α 
            </mi> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <msup> 
             <mi>
               Φ 
             </mi> 
             <mo>
               ′ 
             </mo> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mo>
         ∀ 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          Φ 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>In the following, we aim to find the derivative of the Lagrangian, with respect to 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        ϵ 
      </mi> 
     </math>. To achieve this, let us first compute the quotient</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             Φ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             Φ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mi>
          s 
        </mi> 
       </mfrac> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             Φ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             Φ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mi>
           β 
         </mi> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 | 
               </mo> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ∇ 
                </mo> 
                <mi>
                  ϕ 
                </mi> 
               </mrow> 
               <mo>
                 | 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           α 
         </mi> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 | 
               </mo> 
               <mrow> 
                <mi>
                  ϕ 
                </mi> 
                <mo>
                  − 
                </mo> 
                <msub> 
                 <mi>
                   u 
                 </mi> 
                 <mn>
                   0 
                 </mn> 
                </msub> 
               </mrow> 
               <mo>
                 | 
               </mo> 
              </mrow> 
             </mrow> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </msup> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           μ 
         </mi> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <mi>
              ϕ 
            </mi> 
            <mo>
              ⋅ 
            </mo> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <mi>
              Φ 
            </mi> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mi>
           α 
         </mi> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               θ 
             </mi> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 Ω 
               </mi> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <mi>
              Φ 
            </mi> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <mi>
              Φ 
            </mi> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            [ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             β 
           </mi> 
           <mstyle displaystyle="true"> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mo>
                ∫ 
              </mo> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
             </msub> 
             <mrow> 
              <msup> 
               <mrow> 
                <mrow> 
                 <mo>
                   | 
                 </mo> 
                 <mrow> 
                  <mo>
                    ∇ 
                  </mo> 
                  <mi>
                    ϕ 
                  </mi> 
                 </mrow> 
                 <mo>
                   | 
                 </mo> 
                </mrow> 
               </mrow> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msup> 
              <mtext>
                d 
              </mtext> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mrow> 
           </mstyle> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             α 
           </mi> 
           <mstyle displaystyle="true"> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mo>
                ∫ 
              </mo> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
             </msub> 
             <mrow> 
              <msup> 
               <mrow> 
                <mrow> 
                 <mo>
                   | 
                 </mo> 
                 <mrow> 
                  <mi>
                    ϕ 
                  </mi> 
                  <mo>
                    − 
                  </mo> 
                  <msub> 
                   <mi>
                     u 
                   </mi> 
                   <mn>
                     0 
                   </mn> 
                  </msub> 
                 </mrow> 
                 <mo>
                   | 
                 </mo> 
                </mrow> 
               </mrow> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msup> 
              <mtext>
                d 
              </mtext> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mrow> 
           </mstyle> 
          </mrow> 
          <mo>
            ] 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            [ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             μ 
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             <msub> 
              <mo>
                ∫ 
              </mo> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
             </msub> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∇ 
              </mo> 
              <mi>
                ϕ 
              </mi> 
              <mo>
                ⋅ 
              </mo> 
              <mo>
                ∇ 
              </mo> 
              <mi>
                Φ 
              </mi> 
              <mtext>
                d 
              </mtext> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mrow> 
           </mstyle> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             3 
           </mn> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mi>
             α 
           </mi> 
           <mstyle displaystyle="true"> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mo>
                ∫ 
              </mo> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
             </msub> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∇ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 θ 
               </mi> 
               <mi>
                 Ω 
               </mi> 
              </msub> 
              <mi>
                Φ 
              </mi> 
              <mtext>
                d 
              </mtext> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mrow> 
           </mstyle> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mstyle displaystyle="true"> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mo>
                ∫ 
              </mo> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
             </msub> 
             <mrow> 
              <mi>
                f 
              </mi> 
              <mi>
                Φ 
              </mi> 
              <mtext>
                d 
              </mtext> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mrow> 
           </mstyle> 
          </mrow> 
          <mo>
            ] 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math></p>
    <p>
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         <mi>
           L 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             Φ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             Φ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            [ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mstyle displaystyle="true"> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mo>
                ∫ 
              </mo> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mover accent="true"> 
                 <mi>
                   ω 
                 </mi> 
                 <mo>
                   ¯ 
                 </mo> 
                </mover> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
             <mi>
               β 
             </mi> 
            </mrow> 
           </mstyle> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ∇ 
               </mo> 
               <mi>
                 ϕ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             α 
           </mi> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 ϕ 
               </mi> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <msub> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msub> 
              </mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             μ 
           </mi> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mo>
             ⋅ 
           </mo> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mi>
             Φ 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             f 
           </mi> 
           <mi>
             Φ 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             3 
           </mn> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mi>
             α 
           </mi> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mi>
             Φ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ] 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           . 
         </mo> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math></p>
    <p>For 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         d 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mover accent="true"> 
        <mi>
          ω 
        </mi> 
        <mo>
          ¯ 
        </mo> 
       </mover> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          { 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msub> 
        </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> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          { 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           ∈ 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            ℝ 
          </mi> 
          <mi>
            N 
          </mi> 
         </msup> 
         <mo>
           : 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            | 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           ≤ 
         </mo> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          } 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mover accent="true"> 
        <mi>
          B 
        </mi> 
        <mo>
          ¯ 
        </mo> 
       </mover> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <msub> 
          <mi>
            d 
          </mi> 
          <mi>
            s 
          </mi> 
         </msub> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             Φ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <munder> 
          <mrow> 
           <mi>
             lim 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             s 
           </mi> 
           <mo>
             → 
           </mo> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mrow> 
         </munder> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               B 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  x 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msub> 
               <mo>
                 , 
               </mo> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            [ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mstyle displaystyle="true"> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mo>
                ∫ 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 B 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mrow> 
                 <msub> 
                  <mi>
                    x 
                  </mi> 
                  <mn>
                    0 
                  </mn> 
                 </msub> 
                 <mo>
                   , 
                 </mo> 
                 <mi>
                   ϵ 
                 </mi> 
                </mrow> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
              </mrow> 
             </msub> 
             <mi>
               β 
             </mi> 
            </mrow> 
           </mstyle> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ∇ 
               </mo> 
               <mi>
                 ϕ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             α 
           </mi> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 ϕ 
               </mi> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <msub> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msub> 
              </mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             μ 
           </mi> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mo>
             ⋅ 
           </mo> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mi>
             Φ 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             f 
           </mi> 
           <mi>
             Φ 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             3 
           </mn> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mi>
             α 
           </mi> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mi>
             Φ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ] 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           β 
         </mi> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             | 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <mi>
              ϕ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             | 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           α 
         </mi> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             | 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              ϕ 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msub> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             | 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           μ 
         </mi> 
         <mo>
           ∇ 
         </mo> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           ⋅ 
         </mo> 
         <mo>
           ∇ 
         </mo> 
         <mi>
           Φ 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           f 
         </mi> 
         <mi>
           Φ 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mi>
           α 
         </mi> 
         <mo>
           ∇ 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            θ 
          </mi> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </msub> 
         <mi>
           Φ 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           . 
         </mo> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math></p>
    <p>By evaluating the last equation at the point 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>, we obtain:</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <msub> 
          <mi>
            d 
          </mi> 
          <mi>
            s 
          </mi> 
         </msub> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           β 
         </mi> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             | 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 Ω 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             | 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           α 
         </mi> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mo>
             | 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 Ω 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msub> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 x 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             | 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           μ 
         </mi> 
         <mo>
           ∇ 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           ⋅ 
         </mo> 
         <mo>
           ∇ 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           f 
         </mi> 
         <msub> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           3 
         </mn> 
         <mi>
           k 
         </mi> 
         <mi>
           α 
         </mi> 
         <mo>
           ∇ 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            θ 
          </mi> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </msub> 
         <msub> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           . 
         </mo> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math></p>
    <p>Hence, if 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <mi>
         d 
       </mi> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <mi>
         N 
       </mi> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>, we have:</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mi>
               ϕ 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mi>
               Φ 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             L 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mi>
               ϕ 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mi>
               Φ 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mi>
            s 
          </mi> 
         </mfrac> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mover accent="true"> 
               <mi>
                 ω 
               </mi> 
               <mo>
                 ¯ 
               </mo> 
              </mover> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            [ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mstyle displaystyle="true"> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mo>
                ∫ 
              </mo> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mover accent="true"> 
                 <mi>
                   ω 
                 </mi> 
                 <mo>
                   ¯ 
                 </mo> 
                </mover> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
             <mi>
               β 
             </mi> 
            </mrow> 
           </mstyle> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ∇ 
               </mo> 
               <mi>
                 ϕ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             α 
           </mi> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 ϕ 
               </mi> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <msub> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msub> 
              </mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             μ 
           </mi> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mo>
             ⋅ 
           </mo> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mi>
             Φ 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             f 
           </mi> 
           <mi>
             Φ 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             3 
           </mn> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mi>
             α 
           </mi> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mi>
             Φ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ] 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math></p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              α 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               N 
             </mi> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               d 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <msup> 
            <mi>
              r 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mi>
               N 
             </mi> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               d 
             </mi> 
            </mrow> 
           </msup> 
          </mrow> 
         </mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            [ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mstyle displaystyle="true"> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mo>
                ∫ 
              </mo> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mover accent="true"> 
                 <mi>
                   ω 
                 </mi> 
                 <mo>
                   ¯ 
                 </mo> 
                </mover> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
             <mi>
               β 
             </mi> 
            </mrow> 
           </mstyle> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ∇ 
               </mo> 
               <mi>
                 ϕ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             α 
           </mi> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 ϕ 
               </mi> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <msub> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msub> 
              </mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             μ 
           </mi> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mo>
             ⋅ 
           </mo> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mi>
             Φ 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             f 
           </mi> 
           <mi>
             Φ 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             3 
           </mn> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mi>
             α 
           </mi> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mi>
             Φ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ] 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           → 
         </mo> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            [ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mstyle displaystyle="true"> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mo>
                ∫ 
              </mo> 
              <mover accent="true"> 
               <mi>
                 ω 
               </mi> 
               <mo>
                 ¯ 
               </mo> 
              </mover> 
             </msub> 
             <mi>
               β 
             </mi> 
            </mrow> 
           </mstyle> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ∇ 
               </mo> 
               <mi>
                 ϕ 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             α 
           </mi> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 ϕ 
               </mi> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <msub> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msub> 
              </mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             μ 
           </mi> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mo>
             ⋅ 
           </mo> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mi>
             Φ 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             f 
           </mi> 
           <mi>
             Φ 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             3 
           </mn> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mi>
             α 
           </mi> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <mi>
             Φ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ] 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <msup> 
          <mi>
            H 
          </mi> 
          <mi>
            d 
          </mi> 
         </msup> 
         <mo>
           . 
         </mo> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math></p>
    <p>Therefore, taking the ast result at the point 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mtext>
            Ω 
          </mtext> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> becomes:</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <msub> 
          <mi>
            d 
          </mi> 
          <mi>
            s 
          </mi> 
         </msub> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            [ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mstyle displaystyle="true"> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mo>
                ∫ 
              </mo> 
              <mover accent="true"> 
               <mi>
                 ω 
               </mi> 
               <mo>
                 ¯ 
               </mo> 
              </mover> 
             </msub> 
             <mi>
               β 
             </mi> 
            </mrow> 
           </mstyle> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ∇ 
               </mo> 
               <msub> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
                <mrow> 
                 <msub> 
                  <mi>
                    Ω 
                  </mi> 
                  <mn>
                    0 
                  </mn> 
                 </msub> 
                </mrow> 
               </msub> 
              </mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             α 
           </mi> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
                <mrow> 
                 <msub> 
                  <mi>
                    Ω 
                  </mi> 
                  <mn>
                    0 
                  </mn> 
                 </msub> 
                </mrow> 
               </msub> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <msub> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msub> 
              </mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             μ 
           </mi> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mo>
             . 
           </mo> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mi>
             f 
           </mi> 
           <msub> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             3 
           </mn> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
           <mi>
             α 
           </mi> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
           </msub> 
           <msub> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ] 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <msup> 
          <mi>
            H 
          </mi> 
          <mi>
            d 
          </mi> 
         </msup> 
         <mo>
           . 
         </mo> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math></p>
    <p>We will now define 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> by</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msubsup> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msubsup> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             d 
           </mi> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </msub> 
          <mi>
            L 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mi>
           Ψ 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msub> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mi>
              s 
            </mi> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mtext>
         d 
       </mtext> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>By substituting 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         Ψ 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </mfrac> 
      </mrow> 
     </math> into the adjoint equation</p>
    <p>for 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>, we obtain:</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mi>
           R 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <mi>
              β 
            </mi> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           ⋅ 
         </mo> 
         <mo>
           ∇ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mi>
              s 
            </mi> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <mi>
              α 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
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          <mo>
            [ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
                <mrow> 
                 <msub> 
                  <mi>
                    Ω 
                  </mi> 
                  <mi>
                    ϵ 
                  </mi> 
                 </msub> 
                </mrow> 
               </msub> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <msub> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
                <mrow> 
                 <msub> 
                  <mi>
                    Ω 
                  </mi> 
                  <mn>
                    0 
                  </mn> 
                 </msub> 
                </mrow> 
               </msub> 
              </mrow> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </mfrac> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ] 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mi>
              s 
            </mi> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mi>
              μ 
            </mi> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mi>
              s 
            </mi> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           ⋅ 
         </mo> 
         <mo>
           ∇ 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msub> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mi>
            s 
          </mi> 
         </mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            [ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mstyle displaystyle="true"> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mo>
                ∫ 
              </mo> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
             <mrow> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
              <mi>
                β 
              </mi> 
              <mtext>
                  
              </mtext> 
              <mo>
                ∇ 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
                <mrow> 
                 <msub> 
                  <mi>
                    Ω 
                  </mi> 
                  <mi>
                    ϵ 
                  </mi> 
                 </msub> 
                </mrow> 
               </msub> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <msub> 
                <mi>
                  u 
                </mi> 
                <mrow> 
                 <msub> 
                  <mi>
                    Ω 
                  </mi> 
                  <mn>
                    0 
                  </mn> 
                 </msub> 
                </mrow> 
               </msub> 
              </mrow> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </mfrac> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             ⋅ 
           </mo> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mi>
             α 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              [ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mfrac> 
                <mrow> 
                 <msub> 
                  <mi>
                    u 
                  </mi> 
                  <mrow> 
                   <msub> 
                    <mi>
                      Ω 
                    </mi> 
                    <mi>
                      ϵ 
                    </mi> 
                   </msub> 
                  </mrow> 
                 </msub> 
                 <mo>
                   + 
                 </mo> 
                 <msub> 
                  <mi>
                    u 
                  </mi> 
                  <mrow> 
                   <msub> 
                    <mi>
                      Ω 
                    </mi> 
                    <mn>
                      0 
                    </mn> 
                   </msub> 
                  </mrow> 
                 </msub> 
                </mrow> 
                <mn>
                  2 
                </mn> 
               </mfrac> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              ] 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            ] 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mi>
            s 
          </mi> 
         </mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            [ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mstyle displaystyle="true"> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mo>
                ∫ 
              </mo> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
             <mrow> 
              <mi>
                μ 
              </mi> 
              <mo>
                ∇ 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             ⋅ 
           </mo> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ] 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mi>
            s 
          </mi> 
         </mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            [ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mstyle displaystyle="true"> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mo>
                ∫ 
              </mo> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
             <mrow> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
              <mi>
                β 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mrow> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mfrac> 
                <mrow> 
                 <msub> 
                  <mi>
                    u 
                  </mi> 
                  <mrow> 
                   <msub> 
                    <mi>
                      Ω 
                    </mi> 
                    <mi>
                      ϵ 
                    </mi> 
                   </msub> 
                  </mrow> 
                 </msub> 
                 <mo>
                   + 
                 </mo> 
                 <msub> 
                  <mi>
                    u 
                  </mi> 
                  <mrow> 
                   <msub> 
                    <mi>
                      Ω 
                    </mi> 
                    <mn>
                      0 
                    </mn> 
                   </msub> 
                  </mrow> 
                 </msub> 
                </mrow> 
                <mn>
                  2 
                </mn> 
               </mfrac> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             ⋅ 
           </mo> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            ] 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mi>
             α 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mi>
            s 
          </mi> 
         </mfrac> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
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              ∫ 
            </mo> 
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             <msub> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               [ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mrow> 
                <mfrac> 
                 <mrow> 
                  <msub> 
                   <mi>
                     u 
                   </mi> 
                   <mrow> 
                    <msub> 
                     <mi>
                       Ω 
                     </mi> 
                     <mi>
                       ϵ 
                     </mi> 
                    </msub> 
                   </mrow> 
                  </msub> 
                  <mo>
                    + 
                  </mo> 
                  <msub> 
                   <mi>
                     u 
                   </mi> 
                   <mrow> 
                    <msub> 
                     <mi>
                       Ω 
                     </mi> 
                     <mn>
                       0 
                     </mn> 
                    </msub> 
                   </mrow> 
                  </msub> 
                 </mrow> 
                 <mn>
                   2 
                 </mn> 
                </mfrac> 
               </mrow> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mrow> 
                <msub> 
                 <mi>
                   Ω 
                 </mi> 
                 <mn>
                   0 
                 </mn> 
                </msub> 
               </mrow> 
              </msub> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mrow> 
                <msub> 
                 <mi>
                   Ω 
                 </mi> 
                 <mn>
                   0 
                 </mn> 
                </msub> 
               </mrow> 
              </msub> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mo>
               ] 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mrow> 
                <msub> 
                 <mi>
                   Ω 
                 </mi> 
                 <mi>
                   ϵ 
                 </mi> 
                </msub> 
               </mrow> 
              </msub> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mrow> 
                <msub> 
                 <mi>
                   Ω 
                 </mi> 
                 <mn>
                   0 
                 </mn> 
                </msub> 
               </mrow> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mi>
            s 
          </mi> 
         </mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            [ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mstyle displaystyle="true"> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mo>
                ∫ 
              </mo> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
             <mrow> 
              <mi>
                μ 
              </mi> 
              <mo>
                ∇ 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             ⋅ 
           </mo> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ] 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mi>
            s 
          </mi> 
         </mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            [ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mstyle displaystyle="true"> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mo>
                ∫ 
              </mo> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
             <mrow> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
              <mi>
                β 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mrow> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mfrac> 
                <mrow> 
                 <msub> 
                  <mi>
                    u 
                  </mi> 
                  <mrow> 
                   <msub> 
                    <mi>
                      Ω 
                    </mi> 
                    <mi>
                      ϵ 
                    </mi> 
                   </msub> 
                  </mrow> 
                 </msub> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
                 <msub> 
                  <mi>
                    u 
                  </mi> 
                  <mrow> 
                   <msub> 
                    <mi>
                      Ω 
                    </mi> 
                    <mn>
                      0 
                    </mn> 
                   </msub> 
                  </mrow> 
                 </msub> 
                </mrow> 
                <mn>
                  2 
                </mn> 
               </mfrac> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             . 
           </mo> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
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               <msub> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
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               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            ] 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mi>
            s 
          </mi> 
         </mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            [ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mstyle displaystyle="true"> 
            <mrow> 
             <msub> 
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                ∫ 
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               <msub> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
             <mrow> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
              <mi>
                α 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mrow> 
           </mstyle> 
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            <mo>
              [ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
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                 <msub> 
                  <mi>
                    u 
                  </mi> 
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                      Ω 
                    </mi> 
                    <mi>
                      ϵ 
                    </mi> 
                   </msub> 
                  </mrow> 
                 </msub> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
                 <msub> 
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                    u 
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                    <mi>
                      Ω 
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                    <mn>
                      0 
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                   </msub> 
                  </mrow> 
                 </msub> 
                </mrow> 
                <mn>
                  2 
                </mn> 
               </mfrac> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
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                0 
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            </mrow> 
            <mo>
              ] 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
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                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
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                u 
              </mi> 
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                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            ] 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mi>
            s 
          </mi> 
         </mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            [ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mstyle displaystyle="true"> 
            <mrow> 
             <msub> 
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                ∫ 
              </mo> 
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               <msub> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
             <mrow> 
              <mi>
                μ 
              </mi> 
              <mo>
                ∇ 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
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                  Ω 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
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                  Ω 
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                  0 
                </mn> 
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             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             ⋅ 
           </mo> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ] 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math></p>
    <p>
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       <mtr> 
        <mtd> 
         <mi>
           R 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                β 
              </mi> 
              <msup> 
               <mrow> 
                <mrow> 
                 <mo>
                   | 
                 </mo> 
                 <mrow> 
                  <mo>
                    ∇ 
                  </mo> 
                  <mrow> 
                   <mo>
                     ( 
                   </mo> 
                   <mrow> 
                    <mfrac> 
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                       <mi>
                         u 
                       </mi> 
                       <mrow> 
                        <msub> 
                         <mi>
                           Ω 
                         </mi> 
                         <mi>
                           ϵ 
                         </mi> 
                        </msub> 
                       </mrow> 
                      </msub> 
                      <mo>
                        − 
                      </mo> 
                      <msub> 
                       <mi>
                         u 
                       </mi> 
                       <mrow> 
                        <msub> 
                         <mi>
                           Ω 
                         </mi> 
                         <mn>
                           0 
                         </mn> 
                        </msub> 
                       </mrow> 
                      </msub> 
                     </mrow> 
                     <mrow> 
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                       <mi>
                         s 
                       </mi> 
                      </msqrt> 
                     </mrow> 
                    </mfrac> 
                   </mrow> 
                   <mo>
                     ) 
                   </mo> 
                  </mrow> 
                 </mrow> 
                 <mo>
                   | 
                 </mo> 
                </mrow> 
               </mrow> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msup> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mi>
                α 
              </mi> 
              <msup> 
               <mrow> 
                <mrow> 
                 <mo>
                   | 
                 </mo> 
                 <mrow> 
                  <mfrac> 
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                     <mi>
                       u 
                     </mi> 
                     <mrow> 
                      <msub> 
                       <mi>
                         Ω 
                       </mi> 
                       <mi>
                         ϵ 
                       </mi> 
                      </msub> 
                     </mrow> 
                    </msub> 
                    <mo>
                      − 
                    </mo> 
                    <msub> 
                     <mi>
                       u 
                     </mi> 
                     <mrow> 
                      <msub> 
                       <mi>
                         Ω 
                       </mi> 
                       <mn>
                         0 
                       </mn> 
                      </msub> 
                     </mrow> 
                    </msub> 
                   </mrow> 
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                       s 
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                  </mfrac> 
                 </mrow> 
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                   | 
                 </mo> 
                </mrow> 
               </mrow> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
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             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
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          </mrow> 
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       <mtr> 
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         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mi>
            s 
          </mi> 
         </mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            [ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mstyle displaystyle="true"> 
            <mrow> 
             <msub> 
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                ∫ 
              </mo> 
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               <msub> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
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                2 
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                β 
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              </mtext> 
              <mo>
                ∇ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
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                 <mi>
                   Ω 
                 </mi> 
                 <mn>
                   0 
                 </mn> 
                </msub> 
               </mrow> 
              </msub> 
              <mo>
                ∇ 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mi>
             α 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            ] 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mi>
            s 
          </mi> 
         </mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            [ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mstyle displaystyle="true"> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mo>
                ∫ 
              </mo> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
             <mrow> 
              <mi>
                μ 
              </mi> 
              <mo>
                ∇ 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
           </mstyle> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                u 
              </mi> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             ⋅ 
           </mo> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ] 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           . 
         </mo> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math></p>
    <p>Thus, for all 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           d 
         </mi> 
         <mi>
           i 
         </mi> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math>, equation (3.37) becomes:</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              μ 
            </mi> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 Ω 
               </mi> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <mo>
              ⋅ 
            </mo> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              3 
            </mn> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mi>
              α 
            </mi> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            [ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mstyle displaystyle="true"> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mo>
                ∫ 
              </mo> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mover accent="true"> 
                 <mi>
                   ω 
                 </mi> 
                 <mo>
                   ¯ 
                 </mo> 
                </mover> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
             <mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ( 
               </mo> 
               <mrow> 
                <mi>
                  μ 
                </mi> 
                <mo>
                  ∇ 
                </mo> 
                <msub> 
                 <mi>
                   u 
                 </mi> 
                 <mrow> 
                  <msub> 
                   <mi>
                     Ω 
                   </mi> 
                   <mi>
                     ϵ 
                   </mi> 
                  </msub> 
                 </mrow> 
                </msub> 
                <mo>
                  ⋅ 
                </mo> 
                <mo>
                  ∇ 
                </mo> 
                <mi>
                  v 
                </mi> 
                <mo>
                  − 
                </mo> 
                <mi>
                  f 
                </mi> 
                <mi>
                  v 
                </mi> 
                <mo>
                  − 
                </mo> 
                <mn>
                  3 
                </mn> 
                <mi>
                  k 
                </mi> 
                <mi>
                  α 
                </mi> 
                <mo>
                  ∇ 
                </mo> 
                <mi>
                  θ 
                </mi> 
                <mi>
                  v 
                </mi> 
               </mrow> 
               <mo>
                 ) 
               </mo> 
              </mrow> 
              <mtext>
                d 
              </mtext> 
              <mi>
                x 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mrow> 
           </mstyle> 
          </mrow> 
          <mo>
            ] 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∂ 
             </mo> 
             <msub> 
              <mover accent="true"> 
               <mi>
                 ω 
               </mi> 
               <mo>
                 ¯ 
               </mo> 
              </mover> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mrow> 
                <msub> 
                 <mi>
                   Ω 
                 </mi> 
                 <mn>
                   0 
                 </mn> 
                </msub> 
               </mrow> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∂ 
              </mo> 
              <mi>
                n 
              </mi> 
             </mrow> 
            </mfrac> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <msup> 
             <mi>
               H 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mi>
                N 
              </mi> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <mn>
                1 
              </mn> 
             </mrow> 
            </msup> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           ∀ 
         </mo> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mo>
           ∈ 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            H 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mi>
             d 
           </mi> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mo>
           . 
         </mo> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math></p>
    <p>Now, considering the assumption about 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mover accent="true"> 
       <mi>
         ω 
       </mi> 
       <mo>
         ¯ 
       </mo> 
      </mover> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           ω 
         </mi> 
         <mo>
           ¯ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi mathvariant="script">
          C 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math> and</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ∂ 
         </mo> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mo>
         ∇ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         ⋅ 
       </mo> 
       <mi>
         n 
       </mi> 
       <msub> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mo>
         ∇ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         ⋅ 
       </mo> 
       <mo>
         ∇ 
       </mo> 
       <mi>
         d 
       </mi> 
       <mover accent="true"> 
        <mi>
          ω 
        </mi> 
        <mo>
          ¯ 
        </mo> 
       </mover> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
         on 
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <msub> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           ω 
         </mi> 
         <mo>
           ¯ 
         </mo> 
        </mover> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msub> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>And in this case, we have:</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              μ 
            </mi> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 Ω 
               </mi> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <mo>
              ⋅ 
            </mo> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mi>
              f 
            </mi> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              3 
            </mn> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mi>
              α 
            </mi> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <mi>
              θ 
            </mi> 
            <mi>
              v 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ∂ 
           </mo> 
           <msub> 
            <mover accent="true"> 
             <mi>
               ω 
             </mi> 
             <mo>
               ¯ 
             </mo> 
            </mover> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               Ω 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            ⋅ 
          </mo> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <mi>
            d 
          </mi> 
          <mover accent="true"> 
           <mi>
             ω 
           </mi> 
           <mo>
             ¯ 
           </mo> 
          </mover> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <msup> 
           <mi>
             H 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              N 
            </mi> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msup> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math> (3.40)</p>
    <p>By taking the difference between equation (3.37) and equation (3.40), we obtain:</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mi>
            μ 
          </mi> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ∇ 
       </mo> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ∂ 
           </mo> 
           <msub> 
            <mover accent="true"> 
             <mi>
               ω 
             </mi> 
             <mo>
               ¯ 
             </mo> 
            </mover> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mtext>
               Ω 
             </mtext> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            ⋅ 
          </mo> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <mi>
            d 
          </mi> 
          <mover accent="true"> 
           <mi>
             ω 
           </mi> 
           <mo>
             ¯ 
           </mo> 
          </mover> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <msup> 
           <mi>
             H 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              N 
            </mi> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msup> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>The adjoint equation for 
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mo>
         ≥ 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> yields:</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mi>
            β 
          </mi> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             u 
           </mi> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               Ω 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mo>
            ⋅ 
          </mo> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mo>
             ′ 
           </mo> 
          </msup> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
          <mi>
            α 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mtext>
         d 
       </mtext> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mi>
            μ 
          </mi> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mo>
             ′ 
           </mo> 
          </msup> 
          <mo>
            ⋅ 
          </mo> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             p 
           </mi> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msub> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0. 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> (3.41)</p>
    <p>By taking 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mo>
          ′ 
        </mo> 
       </msup> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msub> 
        </mrow> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> in equation (3.41), we have:</p>
    <p>
     <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <mi>
              β 
            </mi> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 Ω 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <mo>
              ⋅ 
            </mo> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <mi>
              α 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
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          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
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          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mi>
              μ 
            </mi> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
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          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           . 
         </mo> 
         <mo>
           ∇ 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msub> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mn>
           0. 
         </mn> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
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            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msub> 
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              2 
            </mn> 
            <mi>
              β 
            </mi> 
            <mtext>
                
            </mtext> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               u 
             </mi> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 Ω 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
            </msub> 
            <mo>
              . 
            </mo> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mrow> 
                <msub> 
                 <mi>
                   Ω 
                 </mi> 
                 <mi>
                   ϵ 
                 </mi> 
                </msub> 
               </mrow> 
              </msub> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mrow> 
                <msub> 
                 <mi>
                   Ω 
                 </mi> 
                 <mn>
                   0 
                 </mn> 
                </msub> 
               </mrow> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
            <mi>
              α 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mrow> 
                <msub> 
                 <mi>
                   Ω 
                 </mi> 
                 <mn>
                   0 
                 </mn> 
                </msub> 
               </mrow> 
              </msub> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mrow> 
                <msub> 
                 <mi>
                   Ω 
                 </mi> 
                 <mi>
                   ϵ 
                 </mi> 
                </msub> 
               </mrow> 
              </msub> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mrow> 
                <msub> 
                 <mi>
                   Ω 
                 </mi> 
                 <mn>
                   0 
                 </mn> 
                </msub> 
               </mrow> 
              </msub> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mi>
              μ 
            </mi> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              u 
            </mi> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           ⋅ 
         </mo> 
         <mo>
           ∇ 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msub> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           . 
         </mo> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math></p>
    <p>The final equation for 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         R 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> becomes:</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mi>
           R 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <mstyle displaystyle="true"> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mo>
              ∫ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               [ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mi>
                β 
              </mi> 
              <msup> 
               <mrow> 
                <mrow> 
                 <mo>
                   | 
                 </mo> 
                 <mrow> 
                  <mo>
                    ∇ 
                  </mo> 
                  <mrow> 
                   <mo>
                     ( 
                   </mo> 
                   <mrow> 
                    <mfrac> 
                     <mrow> 
                      <msub> 
                       <mi>
                         u 
                       </mi> 
                       <mrow> 
                        <msub> 
                         <mi>
                           Ω 
                         </mi> 
                         <mi>
                           ϵ 
                         </mi> 
                        </msub> 
                       </mrow> 
                      </msub> 
                      <mo>
                        − 
                      </mo> 
                      <msub> 
                       <mi>
                         u 
                       </mi> 
                       <mrow> 
                        <msub> 
                         <mi>
                           Ω 
                         </mi> 
                         <mn>
                           0 
                         </mn> 
                        </msub> 
                       </mrow> 
                      </msub> 
                     </mrow> 
                     <mrow> 
                      <msqrt> 
                       <mi>
                         s 
                       </mi> 
                      </msqrt> 
                     </mrow> 
                    </mfrac> 
                   </mrow> 
                   <mo>
                     ) 
                   </mo> 
                  </mrow> 
                 </mrow> 
                 <mo>
                   | 
                 </mo> 
                </mrow> 
               </mrow> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msup> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <mi>
                α 
              </mi> 
              <msup> 
               <mrow> 
                <mrow> 
                 <mo>
                   | 
                 </mo> 
                 <mrow> 
                  <mfrac> 
                   <mrow> 
                    <msub> 
                     <mi>
                       u 
                     </mi> 
                     <mrow> 
                      <msub> 
                       <mi>
                         Ω 
                       </mi> 
                       <mi>
                         ϵ 
                       </mi> 
                      </msub> 
                     </mrow> 
                    </msub> 
                    <mo>
                      − 
                    </mo> 
                    <msub> 
                     <mi>
                       u 
                     </mi> 
                     <mrow> 
                      <msub> 
                       <mi>
                         Ω 
                       </mi> 
                       <mn>
                         0 
                       </mn> 
                      </msub> 
                     </mrow> 
                    </msub> 
                   </mrow> 
                   <mrow> 
                    <msqrt> 
                     <mi>
                       s 
                     </mi> 
                    </msqrt> 
                   </mrow> 
                  </mfrac> 
                 </mrow> 
                 <mo>
                   | 
                 </mo> 
                </mrow> 
               </mrow> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
              </msup> 
             </mrow> 
             <mo>
               ] 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              x 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mstyle> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mfrac> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
          <mi>
            s 
          </mi> 
         </mfrac> 
         <mrow> 
          <mo>
            [ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mstyle displaystyle="true"> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mo>
                ∫ 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ∂ 
               </mo> 
               <msubsup> 
                <mi>
                  Ω 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
                <mi>
                  m 
                </mi> 
               </msubsup> 
               <mo>
                 ∩ 
               </mo> 
               <mo>
                 ∂ 
               </mo> 
               <msub> 
                <mover accent="true"> 
                 <mi>
                   w 
                 </mi> 
                 <mo>
                   ¯ 
                 </mo> 
                </mover> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
             </msub> 
             <mrow> 
              <mo>
                ∇ 
              </mo> 
              <msub> 
               <mi>
                 u 
               </mi> 
               <mrow> 
                <msub> 
                 <mi>
                   Ω 
                 </mi> 
                 <mn>
                   0 
                 </mn> 
                </msub> 
               </mrow> 
              </msub> 
              <mo>
                ⋅ 
              </mo> 
              <mo>
                ∇ 
              </mo> 
              <mi>
                d 
              </mi> 
              <mover accent="true"> 
               <mi>
                 ω 
               </mi> 
               <mo>
                 ¯ 
               </mo> 
              </mover> 
              <msub> 
               <mi>
                 p 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msub> 
              <mtext>
                d 
              </mtext> 
              <msup> 
               <mi>
                 H 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mi>
                  N 
                </mi> 
                <mo>
                  − 
                </mo> 
                <mn>
                  1 
                </mn> 
               </mrow> 
              </msup> 
             </mrow> 
            </mrow> 
           </mstyle> 
          </mrow> 
          <mo>
            ] 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mo>
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              ∇ 
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   <title>
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   <p>In this article, we studied a linear thermoelasticity problem using optimization methods. After a thermoelasticity model using mass conservation was given, we established the derivative form. And to be sure, we have to recall a few notions about the minmax method. Finally, the topological derivative was established using the same method but with different basic tools. We then intend to study regularity problems as well as numerical methods of the problem proposed.</p>
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