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    jamp
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   <journal-title-group>
    <journal-title>
     Journal of Applied Mathematics and Physics
    </journal-title>
   </journal-title-group>
   <issn pub-type="epub">
    2327-4352
   </issn>
   <issn publication-format="print">
    2327-4379
   </issn>
   <publisher>
    <publisher-name>
     Scientific Research Publishing
    </publisher-name>
   </publisher>
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   <article-id pub-id-type="doi">
    10.4236/jamp.2025.137136
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    jamp-144399
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     <subject>
      Articles
     </subject>
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    <subj-group subj-group-type="Discipline-v2">
     <subject>
      Physics 
     </subject>
     <subject>
       Mathematics
     </subject>
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   <title-group>
    Constrained Shape Derivative for the Spectral Laplace-Dirichlet Problem Using the Minimax Method
   </title-group>
   <contrib-group>
    <contrib contrib-type="author" xlink:type="simple">
     <name name-style="western">
      <surname>
       Mame Gor
      </surname>
      <given-names>
       Ngom
      </given-names>
     </name> 
     <xref ref-type="aff" rid="aff1"> 
      <sup>1</sup>
     </xref>
    </contrib>
    <contrib contrib-type="author" xlink:type="simple">
     <name name-style="western">
      <surname>
       Bakary
      </surname>
      <given-names>
       Kourouma
      </given-names>
     </name> 
     <xref ref-type="aff" rid="aff1"> 
      <sup>1</sup>
     </xref>
    </contrib>
    <contrib contrib-type="author" xlink:type="simple">
     <name name-style="western">
      <surname>
       Ibrahima
      </surname>
      <given-names>
       Faye
      </given-names>
     </name> 
     <xref ref-type="aff" rid="aff2"> 
      <sup>2</sup>
     </xref>
    </contrib>
   </contrib-group> 
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    <addr-line>
     aDépartement de Mathematiques, Université Gamal Abdel Nasser de Conakry, Conakry, Guinea
    </addr-line> 
   </aff> 
   <aff id="aff2">
    <addr-line>
     aLaboratoire d’Informatique, de Mathématiques et Applications (LIMA), U.F.R-SATIC, Université Alioune Diop, Bambey, Senegal
    </addr-line> 
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     04
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     07
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     2025
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    13
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   <issue>
    07
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    2377
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    2394
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      11,
     </day>
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      June
     </month>
     <year>
      2025
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    <date date-type="published">
     <day>
      26,
     </day>
     <month>
      June
     </month>
     <year>
      2025
     </year> 
    </date> 
    <date date-type="accepted">
     <day>
      26,
     </day>
     <month>
      July
     </month>
     <year>
      2025
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    <copyright-statement>
     © Copyright 2014 by authors and Scientific Research Publishing Inc. 
    </copyright-statement>
    <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/
     </license-p>
    </license>
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   <abstract>
    In shape optimization, we often seek to optimize the shape of a domain in order to achieve a goal. For example, the sound of a drum depends on the shape of its membrane, via the eigenvalues of the Laplacian. We use the shape derivative to adjust this shape. The shape derivative for an eigenvalue problem is frequently used in shape optimisation, in particular when we want to minimise or maximise an eigenvalue, often the first of an elliptic operator, typically the Laplacian, under geometric constraints. This paper gives a simple method for calculating the shape derivative of a Dirichlet eigenvalue, but also the shape derivative of an objective function constrained to an eigenvalue problem.
   </abstract>
   <kwd-group> 
    <kwd>
     Shape Optimization
    </kwd> 
    <kwd>
      Shape Derivative
    </kwd> 
    <kwd>
      Eigenvalue Problem
    </kwd>
   </kwd-group>
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 <body>
  <sec id="s1">
   <title>1. Introduction</title>
   <p>In modern applied mathematics, more and more problems involve not just finding a function that satisfies an equation, but determining the very shape of the domain in which that function lives. These shapes are no longer fixed: they become variables in their own right, malleable and deformable, which we seek to adjust to achieve a given objective. Imagine a musical instrument, a drum for example. Its timbre depends closely on the shape of its membrane. Altering its contour, even slightly, changes its sound. Behind this acoustic intuition lies a profound mathematical truth: the eigenvalues of the Laplacian, which govern the frequencies of vibration, depend on the geometry of the domain. And if we want to optimise this geometry to obtain a deeper, higher or purer sound, we need to know how these eigenvalues change when we modify the shape of the domain. This is where the shape derivative comes in. There are several works in the literature on the shape derivative of the first eigenvalue. These include <xref ref-type="bibr" rid="scirp.144399-1">
     [1]
    </xref>-<xref ref-type="bibr" rid="scirp.144399-6">
     [6]
    </xref>. Here, we use other techniques to calculate the shape derivative of the first eigenvalue for the Laplace-Dirichlet problem. Next, we calculate the shape derivative of an objective function, taking the spectral problem as a constraint. Readers interested in the approach developed can consult the work of M. C. Delfour <xref ref-type="bibr" rid="scirp.144399-7">
     [7]
    </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.144399-8">
     [8]
    </xref> or our own <xref ref-type="bibr" rid="scirp.144399-9">
     [9]
    </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.144399-10">
     <a href="#ref10">[10]</a>
    </xref>. The shape derivative is a mathematical tool used to study the infinitesimal variation of a functional 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        J 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> when the domain is slightly deformed. This deformation is generally given by a vector field which defines a family of domains 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          I 
        </mi> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, for 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ϵ 
     </mi> 
    </math> small or more generally 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         T 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> where the family of diffeomorphisms 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is induced by the vector field 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       V 
     </mi> 
    </math>. The shape derivative of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        J 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is then defined by</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        D 
      </mi> 
      <mi>
        J 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        : 
      </mo> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mfrac> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mrow> 
            <mtext>
              d 
            </mtext> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </mrow> 
          </mfrac> 
          <mi>
            J 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               Ω 
             </mi> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <munder> 
       <mrow> 
        <mi>
          lim 
        </mi> 
       </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> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </mfrac> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>This is the analogue of the directional derivative, but in the space of shapes (domains). The aim of this work is to calculate, using the min-max method <xref ref-type="bibr" rid="scirp.144399-7">
     [7]
    </xref>, the shape derivative of the objective function 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        J 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> defined by</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        J 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mo>
           ∫ 
         </mo> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <mi>
               η 
             </mi> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               A 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </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> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               η 
             </mi> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mi>
                d 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
     </mrow> 
    </math>(1.1)</p>
   <p>where 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       η 
     </mi> 
    </math> is the solution of the following eigenvalue problem</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         { 
       </mo> 
       <mtable columnalign="left"> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mtext>
            Δ 
          </mtext> 
          <mi>
            η 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mi>
            λ 
          </mi> 
          <mi>
            η 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
            in 
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </mtd> 
        </mtr> 
        <mtr> 
         <mtd> 
          <mi>
            η 
          </mi> 
          <mo>
            = 
          </mo> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mtext>
            on 
          </mtext> 
          <mtext>
              
          </mtext> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
         </mtd> 
        </mtr> 
       </mtable> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>(1.2)</p>
   <p>where 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       Ω 
     </mi> 
    </math> is a regular open domain 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>
       A 
     </mi> 
    </math> a given vector 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> 
      <msub> 
       <mi>
         η 
       </mi> 
       <mi>
         d 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> a given function. The existence and uniqueness of this problem are detailed in <xref ref-type="bibr" rid="scirp.144399-11">
     [11]
    </xref>. Note that the problem under study has no source term. In other words, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        λ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        λ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is considered an eigenvalue and therefore depends on the domain 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       Ω 
     </mi> 
    </math>. The first step is to determine the derivative of this eigenvalue with respect to the domain. The rest of the manuscript is organized as follows: Section 2 presents a reminder of the methodology used to calculate the derivative. Section 3 is devoted to the study of the shape derivative of the volume function. Numerical simulations are proposed in Section 4, while the final section is devoted to results relating to the shape derivative in the context of the eigenvalue problem.</p>
  </sec><sec id="s2">
   <title>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.144399-"></xref>2. Methodology for Calculating Shape Derivatives</title>
   <p>In this subsection, we describe how to calculate the topological derivative using the min-max approach, see e.g. <xref ref-type="bibr" rid="scirp.144399-7">
     [7]
    </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.144399-9">
     [9]
    </xref>. To begin with, we will look at the following definitions and notations.</p>
   <p>Definition 2.1 A Lagrangian function 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> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>where X is a vector espace, Y a non empty subset of vector space 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.</p>
   <p>Associate with the parameter 
    <math 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"> <mrow> 
      <mi>
        ϵ 
      </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> 
      <mrow> 
       <mo>
         [ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          τ 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ] 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        → 
      </mo> 
      <mi>
        ℝ 
      </mi> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
        and 
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <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> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>When the limits exist, we will use the following notations</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> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <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> 
        <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> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ϕ 
      </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>
          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>
            y 
          </mi> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mi>
            θ 
          </mi> 
          <mi>
            ϕ 
          </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> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>The state equation 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> 
      <mtext>
        Find 
      </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> 
      <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>(2.1)</p>
   <p>The set of 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>(2.2)</p>
   <p>The adjoint equation at 
    <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>
          
      </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> 
     </mrow> 
    </math>(2.3)</p>
   <p>The set of solutions 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         p 
       </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>
        Y 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         { 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
        </msup> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <mi>
          Y 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mo>
          ∀ 
        </mo> 
        <mi>
          φ 
        </mi> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <mi>
          X 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <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> 
       </mrow> 
       <mo>
         } 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math>(2.4)</p>
   <p>Finally the set of minimisers 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>(2.5)</p>
   <p>Lemma 2.1 (Constrained infimum and minimax)</p>
   <p>We have the following assertions </p>
   <p>1) 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <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>
          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> 
    </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>. And in this case we have 
    <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 </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> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>and 
    <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>. </p>
   <p>Proof. See <xref ref-type="bibr" rid="scirp.144399-7">
     [7]
    </xref>. ■</p>
   <sec id="s2_1">
    <title>
     <xref ref-type="bibr" rid="scirp.144399-"></xref>First Results of the Proposed Approach</title>
    <p>We need the following assumption for everything that follows:</p>
    <p>Hypothesis (H0)</p>
    <p>Let X be a vector space.</p>
    <p>1) 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> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <mi>
         X 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msup> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <mi>
         X 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <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>, the function 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         θ 
       </mi> 
       <mo>
         ↦ 
       </mo> 
       <mi>
         ℒ 
       </mi> 
       <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> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         : 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          [ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
        <mo>
          ] 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         → 
       </mo> 
       <mi>
         ℝ 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> is absolutely continuous. This implies that for almost all 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        θ 
      </mi> 
     </math> the derivative exists and is equal to 
     <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>
           ℒ 
         </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> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
         <mo>
           ; 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msup> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> and it is the integral of its derivative. In particular</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <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> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         ℒ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
        <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> 
           <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> 
            <mi>
              y 
            </mi> 
            <mo>
              ; 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
            </msup> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            θ 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>2) 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> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <mi>
         X 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msup> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <mi>
         X 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <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>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ϕ 
       </mi> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <mi>
         X 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> and for almost all 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         θ 
       </mi> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          [ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
        <mo>
          ] 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <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> 
         <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> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
         <mo>
           ; 
         </mo> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> exist et the functions 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         θ 
       </mi> 
       <mo>
         ↦ 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </msub> 
       <mi>
         ℒ 
       </mi> 
       <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> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
         <mo>
           ; 
         </mo> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> belong to 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          L 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msup> 
       <mrow> 
        <mo>
          [ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </mrow> 
        <mo>
          ] 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>Definition 2.2 Given 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <mi>
         X 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msup> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <mi>
         X 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>, the averaged adjoint equation is:</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mtext>
         Find 
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <msup> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
       </msup> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <mi>
         Y 
       </mi> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mo>
         ∀ 
       </mo> 
       <mi>
         ϕ 
       </mi> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <mi>
         X 
       </mi> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <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> 
           <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> 
            <mi>
              y 
            </mi> 
            <mo>
              ; 
            </mo> 
            <mi>
              ϕ 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mtext>
            d 
          </mtext> 
          <mi>
            θ 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>and the set of solutions is noted 
     <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> 
      </mrow> 
     </math>.</p>
    <p>
     <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> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> clearly reduces to the set of standard adjoint states 
     <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> 
      </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>Theorem 2.2 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> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>where X and Y 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. Assume that (H0) and the following hypotheses are satisfied</p>
    <p>(H1) 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>(H2) 
     <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>(H3) 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> 
         <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. Recall 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 each 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <mi>
         Y 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>, then for a 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>, we obtain</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <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> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <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> 
           <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> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <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> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math></p>
    <p>Going to the limit when 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        ϵ 
      </mi> 
     </math> goes to zero, we obtain</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
       <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> 
         <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> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <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> 
         <mo>
           . 
         </mo> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math></p>
    <p>■</p>
    <p>Corollary 2.3 Consider the Lagrangian functional </p>
    <p>
     <math display="inline" 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> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>where X and Y 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. Assume that (H0) and the following assumptions are satisfied:</p>
    <p>(H1a) 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>
         X 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ≠ 
       </mo> 
       <mo>
         ∅ 
       </mo> 
      </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, and for each 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <mi>
         X 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         Y 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ≠ 
       </mo> 
       <mo>
         ∅ 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math>,</p>
    <p>(H2a) for all 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <mi>
         X 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <mi>
         Y 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </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> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> exists,</p>
    <p>(H3a) there exist 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <mi>
         X 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <mi>
         Y 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> such that 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 there exist 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <mi>
         X 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msup> 
        <mi>
          p 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </msup> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <mi>
         Y 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            x 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math> such that 
     <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>Proposition 2.4 Let X and Y be two vector spaces and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ℒ 
       </mi> 
       <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> 
      </mrow> 
     </math> be a Lagrangian. If 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, then for all 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mi>
         ψ 
       </mi> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <mi>
         Y 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math>, we have </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> 
       <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></p>
    <p>Proof. The Lagrangian 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        ℒ 
      </mi> 
     </math> is affine in 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        y 
      </mi> 
     </math> means</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> 
       <msub> 
        <mi>
          ℒ 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          ℒ 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math>, où 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          ℒ 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> is linear in 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        y 
      </mi> 
     </math>.</p>
    <p>
     <xref ref-type="bibr" rid="scirp.144399-"></xref>Since 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          ℒ 
        </mi> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> does not depend on 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        y 
      </mi> 
     </math>, we have</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> 
       <msub> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </msub> 
       <msub> 
        <mi>
          ℒ 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <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> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>By definition, the following applies</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <msub> 
          <mi>
            d 
          </mi> 
          <mi>
            y 
          </mi> 
         </msub> 
         <msub> 
          <mi>
            ℒ 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
         <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> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mrow> 
         </munder> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              ℒ 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
           <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> 
           <msub> 
            <mi>
              ℒ 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
           <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> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <munder> 
          <mrow> 
           <mtext>
             lim 
           </mtext> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             θ 
           </mi> 
           <mo>
             → 
           </mo> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mrow> 
         </munder> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <msub> 
            <mi>
              ℒ 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mi>
               y 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             θ 
           </mi> 
           <msub> 
            <mi>
              ℒ 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mi>
               ψ 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              ℒ 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
           <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> 
         <mtext>
           because 
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <msub> 
          <mi>
            ℒ 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
           is 
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
           linear 
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mtext>
           in 
         </mtext> 
         <mtext>
             
         </mtext> 
         <mi>
           y 
         </mi> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <munder> 
          <mrow> 
           <mtext>
             lim 
           </mtext> 
          </mrow> 
          <mrow> 
           <mi>
             θ 
           </mi> 
           <mo>
             → 
           </mo> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mrow> 
         </munder> 
         <mfrac> 
          <mrow> 
           <mi>
             θ 
           </mi> 
           <msub> 
            <mi>
              ℒ 
            </mi> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msub> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mi>
               x 
             </mi> 
             <mo>
               , 
             </mo> 
             <mi>
               ψ 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mi>
            θ 
          </mi> 
         </mfrac> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            ℒ 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             ψ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           . 
         </mo> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math></p>
    <p>So for all 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <mi>
         Y 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math></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> 
       <msub> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </msub> 
       <msub> 
        <mi>
          ℒ 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <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> 
       <msub> 
        <mi>
          ℒ 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           ψ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math>(2.6)</p>
    <p>and it follows that</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> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           ; 
         </mo> 
         <mi>
           ψ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msub> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
        <mi>
          y 
        </mi> 
       </msub> 
       <msub> 
        <mi>
          ℒ 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <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> 
       <msub> 
        <mi>
          ℒ 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           ψ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math>(2.7)</p>
    <p>Now let us calculate 
     <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>
           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> 
      </mrow> 
     </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>
             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>
            ℒ 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            ℒ 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             ψ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            ℒ 
          </mi> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            ℒ 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mtd> 
       </mtr> 
       <mtr> 
        <mtd> 
         <mo>
           = 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            ℒ 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             ψ 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            ℒ 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msub> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
           <mo>
             , 
           </mo> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           . 
         </mo> 
        </mtd> 
       </mtr> 
      </mtable> 
     </math></p>
    <p>But 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          ℒ 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> because 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <msub> 
        <mi>
          ℒ 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
      </mrow> 
     </math> is linear in 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        y 
      </mi> 
     </math> and it follows</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>
           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>
          ℒ 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msub> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           ψ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math>(2.8)</p>
    <p>So the relationships (2.6), (2.7) and (2.8) give the result. ■</p>
   </sec>
  </sec><sec id="s3">
   <title>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.144399-"></xref>3. Shape Derivative for the Volume Function via Min-Max Approach</title>
   <p>The following example is a special case where we consider a shape functional independent of a PDE constraint. It is given in <xref ref-type="bibr" rid="scirp.144399-5">
     [5]
    </xref> 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> 
      <mrow> 
       <mo>
         | 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         | 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mi>
        λ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>(3.1)</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         | 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         | 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is the volume of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       Ω 
     </mi> 
    </math> et 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        λ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        λ 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> is the first eigenvalue of the following eigenvalue problem</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mtext>
        Δ 
      </mtext> 
      <mi>
        η 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        λ 
      </mi> 
      <mi>
        η 
      </mi> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
        in 
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mi>
        Ω 
      </mi> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
        and 
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mi>
        η 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
        on 
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mo>
        ∂ 
      </mo> 
      <mi>
        Ω 
      </mi> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math>(3.2)</p>
   <p>This problem has a sequence of real positive eigenvalues:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
      <mo>
        &lt; 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        &lt; 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ≤ 
      </mo> 
      <mo>
        ⋯ 
      </mo> 
      <mo>
        → 
      </mo> 
      <mi>
        ∞ 
      </mi> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>with associated eigenfunctions 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         η 
       </mi> 
       <mi>
         i 
       </mi> 
      </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>, orthonormal in 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         L 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, i.e.</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mo>
           ∫ 
         </mo> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mi>
            η 
          </mi> 
          <mi>
            i 
          </mi> 
         </msub> 
         <msub> 
          <mi>
            η 
          </mi> 
          <mi>
            j 
          </mi> 
         </msub> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         δ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          j 
        </mi> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>In this case, we need the volume expression of the derivative of the eigenvalue. For this we have the following proposition.</p>
   <p>Proposition 3.1 Let 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       Ω 
     </mi> 
    </math> be a bounded open domain. Assume that the first eigenvalue 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        λ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        λ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is simple. Then 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        λ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is shape differentiable and the Eulerian derivative is </p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable columnalign="left"> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mi>
          λ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mtext>
            Ω 
          </mtext> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            V 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mo>
           ′ 
         </mo> 
        </msup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <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> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <msup> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msup> 
             <mo>
               ⋅ 
             </mo> 
             <mi>
               D 
             </mi> 
             <mi>
               V 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <msup> 
              <mrow> 
               <mrow> 
                <mo>
                  | 
                </mo> 
                <mrow> 
                 <mo>
                   ∇ 
                 </mo> 
                 <msup> 
                  <mi>
                    η 
                  </mi> 
                  <mn>
                    0 
                  </mn> 
                 </msup> 
                </mrow> 
                <mo>
                  | 
                </mo> 
               </mrow> 
              </mrow> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msup> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mi>
               d 
             </mi> 
             <mi>
               i 
             </mi> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mi>
               V 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <msup> 
                <mrow> 
                 <mrow> 
                  <mo>
                    | 
                  </mo> 
                  <mrow> 
                   <mo>
                     ∇ 
                   </mo> 
                   <msup> 
                    <mi>
                      η 
                    </mi> 
                    <mn>
                      0 
                    </mn> 
                   </msup> 
                  </mrow> 
                  <mo>
                    | 
                  </mo> 
                 </mrow> 
                </mrow> 
                <mn>
                  2 
                </mn> 
               </msup> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <msup> 
                <mi>
                  λ 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msup> 
               <msup> 
                <mrow> 
                 <mrow> 
                  <mo>
                    | 
                  </mo> 
                  <mrow> 
                   <msup> 
                    <mi>
                      η 
                    </mi> 
                    <mn>
                      0 
                    </mn> 
                   </msup> 
                  </mrow> 
                  <mo>
                    | 
                  </mo> 
                 </mrow> 
                </mrow> 
                <mn>
                  2 
                </mn> 
               </msup> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math>(3.3)</p>
   <p>If, in addition, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       Ω 
     </mi> 
    </math> is convex or of class 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         C 
       </mi> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>, then </p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        D 
      </mi> 
      <mi>
        λ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
       <mo>
         ′ 
       </mo> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mo>
           ∫ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∂ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ∂ 
               </mo> 
               <mi>
                 η 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ∂ 
               </mo> 
               <mi>
                 n 
               </mi> 
              </mrow> 
             </mfrac> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <mi>
           V 
         </mi> 
         <mo>
           ⋅ 
         </mo> 
         <mi>
           n 
         </mi> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math>(3.4)</p>
   <p>Proof. A proof of this proposition can also be found in the work of A. Henrot and M. Pierre <xref ref-type="bibr" rid="scirp.144399-4">
     [4]
    </xref> or that of S. Zhu <xref ref-type="bibr" rid="scirp.144399-5">
     [5]
    </xref>. We only prove the derivative formula in volume form (3.3). The reader can also consult <xref ref-type="bibr" rid="scirp.144399-6">
     [6]
    </xref>. In this proof, we will therefore use a rigorous demonstration based on the min-max method introduced by M. C. Delfour in <xref ref-type="bibr" rid="scirp.144399-7">
     [7]
    </xref>. To do this, we consider the diffeomorphism family 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             T 
           </mi> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          ≥ 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> and define the perturbed domain by 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         T 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. The perturbed state 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         η 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> is the solution of the variational problem</p>
   <p>
    <math display="inline" 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>
            η 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msub> 
         <mo>
           ∇ 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            v 
          </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> 
         <msub> 
          <mi>
            λ 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msub> 
         <msub> 
          <mi>
            η 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msub> 
         <msup> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mo>
        ∀ 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mo>
         ′ 
       </mo> 
      </msup> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         H 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msubsup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>A change of variables allows the problem to be transported to the reference domain 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       Ω 
     </mi> 
    </math>. Thus, noting by 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         η 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         η 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        ∘ 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         T 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        ∘ 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         T 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         η 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> is the solution of the following variational equation</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>
           B 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           ∇ 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            η 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msup> 
         <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> 
         <msup> 
          <mi>
            λ 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msup> 
         <msup> 
          <mi>
            η 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msup> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mi>
           J 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math>(3.5)</p>
   <p>For 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        φ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         η 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math></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>
           B 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           ∇ 
         </mo> 
         <mi>
           φ 
         </mi> 
         <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> 
         <msup> 
          <mi>
            λ 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msup> 
         <mi>
           φ 
         </mi> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mi>
           J 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math>(3.6)</p>
   <p>Deriving with respect to 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ϵ 
     </mi> 
    </math> and taking 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        φ 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>, 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> 
         <msup> 
          <mi>
            B 
          </mi> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </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> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mo>
           ∫ 
         </mo> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msup> 
              <mi>
                λ 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msup> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
            <mi>
              φ 
            </mi> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <mi>
           J 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
          <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> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msup> 
              <mi>
                λ 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msup> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
            <mi>
              φ 
            </mi> 
            <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> 
         <mi>
           J 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math>(3.7)</p>
   <p>So at 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ϵ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> with 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        φ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         η 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mo>
           ∫ 
         </mo> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            B 
          </mi> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <msup> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msup> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </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> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msup> 
              <mi>
                λ 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msup> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msup> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msup> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </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> 
         <msup> 
          <mi>
            λ 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msup> 
         </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> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math>(3.8)</p>
   <p>Using the normalization condition, we have</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             λ 
           </mi> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ′ 
       </mo> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mo>
           ∫ 
         </mo> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            B 
          </mi> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <msup> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msup> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </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> 
         <msup> 
          <mi>
            λ 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msup> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msup> 
            </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> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
     </mrow> 
    </math>(3.9)</p>
   <p>with 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <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> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mtext>
         * 
       </mtext> 
      </msup> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        D 
      </mi> 
      <mi>
        V 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. Using the fact that</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mtext>
           * 
         </mtext> 
        </msup> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        2 
      </mn> 
      <mo>
        ∇ 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         η 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        ⋅ 
      </mo> 
      <mi>
        D 
      </mi> 
      <mi>
        V 
      </mi> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             λ 
           </mi> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         ′ 
       </mo> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mo>
           ∫ 
         </mo> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              η 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msup> 
           <mo>
             ⋅ 
           </mo> 
           <mi>
             D 
           </mi> 
           <mi>
             V 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ∇ 
               </mo> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msup> 
              </mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             d 
           </mi> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mi>
             V 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msup> 
              <mrow> 
               <mrow> 
                <mo>
                  | 
                </mo> 
                <mrow> 
                 <mo>
                   ∇ 
                 </mo> 
                 <msup> 
                  <mi>
                    η 
                  </mi> 
                  <mn>
                    0 
                  </mn> 
                 </msup> 
                </mrow> 
                <mo>
                  | 
                </mo> 
               </mrow> 
              </mrow> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msup> 
              <mi>
                λ 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msup> 
             <msup> 
              <mrow> 
               <mrow> 
                <mo>
                  | 
                </mo> 
                <mrow> 
                 <msup> 
                  <mi>
                    η 
                  </mi> 
                  <mn>
                    0 
                  </mn> 
                 </msup> 
                </mrow> 
                <mo>
                  | 
                </mo> 
               </mrow> 
              </mrow> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msup> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math>(3.10)</p>
   <p>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.144399-"></xref>■</p>
   <p>Proposition 3.2 Let 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       J 
     </mi> 
    </math> be the objective function defined by 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        J 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         | 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         | 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mi>
        λ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. Then the derivative of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       J 
     </mi> 
    </math> in 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       Ω 
     </mi> 
    </math> in the direction 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       V 
     </mi> 
    </math> 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> 
        </mrow> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mo>
             ∫ 
           </mo> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              [ 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
              <mi>
                Ω 
              </mi> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mn>
                 2 
               </mn> 
               <mo>
                 ∇ 
               </mo> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msup> 
               <mo>
                 ⋅ 
               </mo> 
               <mi>
                 D 
               </mi> 
               <mi>
                 V 
               </mi> 
               <msup> 
                <mrow> 
                 <mrow> 
                  <mo>
                    | 
                  </mo> 
                  <mrow> 
                   <mo>
                     ∇ 
                   </mo> 
                   <msup> 
                    <mi>
                      η 
                    </mi> 
                    <mn>
                      0 
                    </mn> 
                   </msup> 
                  </mrow> 
                  <mo>
                    | 
                  </mo> 
                 </mrow> 
                </mrow> 
                <mn>
                  2 
                </mn> 
               </msup> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <mi>
                 d 
               </mi> 
               <mi>
                 i 
               </mi> 
               <mi>
                 v 
               </mi> 
               <mi>
                 V 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mrow> 
                 <msup> 
                  <mrow> 
                   <mrow> 
                    <mo>
                      | 
                    </mo> 
                    <mrow> 
                     <mo>
                       ∇ 
                     </mo> 
                     <msup> 
                      <mi>
                        η 
                      </mi> 
                      <mn>
                        0 
                      </mn> 
                     </msup> 
                    </mrow> 
                    <mo>
                      | 
                    </mo> 
                   </mrow> 
                  </mrow> 
                  <mn>
                    2 
                  </mn> 
                 </msup> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
                 <msup> 
                  <mi>
                    λ 
                  </mi> 
                  <mn>
                    0 
                  </mn> 
                 </msup> 
                 <msup> 
                  <mrow> 
                   <mrow> 
                    <mo>
                      | 
                    </mo> 
                    <mrow> 
                     <msup> 
                      <mi>
                        η 
                      </mi> 
                      <mn>
                        0 
                      </mn> 
                     </msup> 
                    </mrow> 
                    <mo>
                      | 
                    </mo> 
                   </mrow> 
                  </mrow> 
                  <mn>
                    2 
                  </mn> 
                 </msup> 
                </mrow> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <msup> 
              <mi>
                λ 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msup> 
             <mi>
               d 
             </mi> 
             <mi>
               i 
             </mi> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mi>
               V 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              ] 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math> (3.11)</p>
   <p>Proof. If we consider the objective function</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> 
      <mrow> 
       <mo>
         | 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         | 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mi>
        λ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math>(3.12)</p>
   <p>first, we know that the derivative of the volume functional is given by</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         | 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         | 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ' 
      </mo> 
      <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> 
         <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>
   <p>Indeed, by definition of the shape derivative</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         | 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         | 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ' 
      </mo> 
      <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> 
      <munder> 
       <mrow> 
        <mtext>
          lim 
        </mtext> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          → 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mrow> 
      </munder> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </mfrac> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <munder> 
       <mrow> 
        <mtext>
          lim 
        </mtext> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          → 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mrow> 
      </munder> 
      <mfrac> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
       <mi>
         ϵ 
       </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>
             1 
           </mn> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mo>
             ∫ 
           </mo> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>We use a change of variables to transform the domain 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> into 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       Ω 
     </mi> 
    </math></p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mrow> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mo>
           | 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          ' 
        </mo> 
        <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> 
        <munder> 
         <mrow> 
          <mtext>
            lim 
          </mtext> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
          <mo>
            → 
          </mo> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </mrow> 
        </munder> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mo>
             ∫ 
           </mo> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
          </msub> 
          <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> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <munder> 
         <mrow> 
          <mtext>
            lim 
          </mtext> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
          <mo>
            → 
          </mo> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </mrow> 
        </munder> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mo>
             ∫ 
           </mo> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <mi>
               J 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               J 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </mfrac> 
           <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> 
           <msup> 
            <mi>
              J 
            </mi> 
            <mo>
              ′ 
            </mo> 
           </msup> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
            <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>
             d 
           </mi> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mi>
             V 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             ∘ 
           </mo> 
           <mi>
             T 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mi>
             J 
           </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>Since 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        T 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        I 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        J 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>, we have well 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         | 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         | 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ' 
      </mo> 
      <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> 
         <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> 
     </mrow> 
    </math>. And finally, the derivative of the objective function 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       J 
     </mi> 
    </math> is given by</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        D 
      </mi> 
      <mi>
        J 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mo>
           ∫ 
         </mo> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            [ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <msup> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msup> 
             <mo>
               ⋅ 
             </mo> 
             <mi>
               D 
             </mi> 
             <mi>
               V 
             </mi> 
             <msup> 
              <mrow> 
               <mrow> 
                <mo>
                  | 
                </mo> 
                <mrow> 
                 <mo>
                   ∇ 
                 </mo> 
                 <msup> 
                  <mi>
                    η 
                  </mi> 
                  <mn>
                    0 
                  </mn> 
                 </msup> 
                </mrow> 
                <mo>
                  | 
                </mo> 
               </mrow> 
              </mrow> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </msup> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mi>
               d 
             </mi> 
             <mi>
               i 
             </mi> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mi>
               V 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <msup> 
                <mrow> 
                 <mrow> 
                  <mo>
                    | 
                  </mo> 
                  <mrow> 
                   <mo>
                     ∇ 
                   </mo> 
                   <msup> 
                    <mi>
                      η 
                    </mi> 
                    <mn>
                      0 
                    </mn> 
                   </msup> 
                  </mrow> 
                  <mo>
                    | 
                  </mo> 
                 </mrow> 
                </mrow> 
                <mn>
                  2 
                </mn> 
               </msup> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <msup> 
                <mi>
                  λ 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msup> 
               <msup> 
                <mrow> 
                 <mrow> 
                  <mo>
                    | 
                  </mo> 
                  <mrow> 
                   <msup> 
                    <mi>
                      η 
                    </mi> 
                    <mn>
                      0 
                    </mn> 
                   </msup> 
                  </mrow> 
                  <mo>
                    | 
                  </mo> 
                 </mrow> 
                </mrow> 
                <mn>
                  2 
                </mn> 
               </msup> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              λ 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msup> 
           <mi>
             d 
           </mi> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mi>
             V 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ] 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>■</p>
  </sec><sec id="s4">
   <title>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.144399-"></xref>4. Numerical Tests</title>
   <p>In shape optimization, the aim is to find the most efficient shape for a certain criterion in an admissible set of domains. In this section, we present numerical tests for minimizing the objective function defined in (3.1) taking into account that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       λ 
     </mi> 
    </math> is the first eigenvalue of the operator 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mtext>
        Δ 
      </mtext> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <sec id="s4_1">
    <title>
     <xref ref-type="bibr" rid="scirp.144399-"></xref>Shape Optimization Implementation Details</title>
    <p>The interest of the shape derivative is to give a direction of descent to evolve the domain in order to minimize the eigenvalue. The idea is to find a vector field V that gives a decrease in the objective function, i.e. we want to find a vector field V such that 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mi>
         J 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           V 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         ≤ 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math>. This can be achieved by solving an auxiliary limit problem of the type</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mtext>
         Find 
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <mi>
         ℋ 
       </mi> 
       <mo>
         ; 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           V 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mi>
         J 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           ϕ 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
         for 
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
         all 
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mi>
         ϕ 
       </mi> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <mi>
         ℋ 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>for a suitable Herbert space 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        ℋ 
      </mi> 
     </math>. 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ⋅ 
         </mo> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mo>
           ⋅ 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         : 
       </mo> 
       <mi>
         ℋ 
       </mi> 
       <mo>
         × 
       </mo> 
       <mi>
         ℋ 
       </mi> 
       <mo>
         → 
       </mo> 
       <mi>
         ℝ 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> is a positive bilinear form that we are free to choose. Then 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> is a descent direction because</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mi>
         J 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <mi>
           V 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mi>
         J 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           V 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mo>
         − 
       </mo> 
       <mi>
         b 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           V 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           V 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         &lt; 
       </mo> 
       <mn>
         0. 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>We present a shape gradient descent algorithm, based on a volume expression rather than a boundary expression. In this case, it will be essential to update the finite element mesh after each iteration. To this end, we follow the approaches developed by V. H. Schulz, M. Siebenborn, K. Welker, <xref ref-type="bibr" rid="scirp.144399-12">
      [12]
     </xref> using the linear elasticity equation given as follows</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         d 
       </mi> 
       <mi>
         i 
       </mi> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          σ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          f 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mi>
           e 
         </mi> 
         <mi>
           l 
         </mi> 
         <mi>
           a 
         </mi> 
         <mi>
           s 
         </mi> 
        </mrow> 
       </msup> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
         in 
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         u 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
         on 
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mo>
         ∂ 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         σ 
       </mi> 
       <mo>
         : 
       </mo> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
       <mi>
         T 
       </mi> 
       <mi>
         r 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mi>
         I 
       </mi> 
       <mo>
         + 
       </mo> 
       <mn>
         2 
       </mn> 
       <mi>
         μ 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mo>
         : 
       </mo> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </mfrac> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ∇ 
         </mo> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mo>
           ∇ 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            u 
          </mi> 
          <mtext>
            T 
          </mtext> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>where 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        σ 
      </mi> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        ϵ 
      </mi> 
     </math> are the deformation and continuity tensors, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        I 
      </mi> 
     </math> is the identity tensor, 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         T 
       </mi> 
       <mi>
         r 
       </mi> 
      </mrow> 
     </math> is the trace operator on a tensor and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        u 
      </mi> 
     </math> is the displacement vector field <xref ref-type="bibr" rid="scirp.144399-12">
      [12]
     </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.144399-13">
      [13]
     </xref>. 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        β 
      </mi> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        μ 
      </mi> 
     </math> designate the Lamé parameters, which can be expressed in terms of Young's modulus 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        E 
      </mi> 
     </math> and Poisson’s ratio 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        ν 
      </mi> 
     </math> as follows</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         β 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mrow> 
         <mi>
           ν 
         </mi> 
         <mi>
           E 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             ν 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mi>
             ν 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mi>
         μ 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mfrac> 
        <mi>
          E 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <mi>
             ν 
           </mi> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
        </mrow> 
       </mfrac> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>The Young’s modulus 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        E 
      </mi> 
     </math> and Poisson’s ratio 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        ν 
      </mi> 
     </math> have effects on mesh deformation. 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        E 
      </mi> 
     </math> indicates the stiffness of the material, allowing us to control the step size for shape updating, while 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        ν 
      </mi> 
     </math> gives the ratio between mesh expansion in other coordinate directions and compression in a particular direction. These coefficients can be found, for instance, in <xref ref-type="bibr" rid="scirp.144399-12">
      [12]
     </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.144399-13">
      [13]
     </xref>. The bilinear form of the linear elasticity equation is given by</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         a 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           u 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </msub> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          u 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         : 
       </mo> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mtext>
         d 
       </mtext> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>Thanks to the Riesz representation theorem, we obtain the direction of descent or the shape gradient or the solution of the linear elasticity equation 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         U 
       </mi> 
       <mo>
         : 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         → 
       </mo> 
       <msup> 
        <mi>
          ℝ 
        </mi> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </msup> 
      </mrow> 
     </math>, which can be solved as follows</p>
    <p>
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mstyle displaystyle="true"> 
        <mrow> 
         <msub> 
          <mo>
            ∫ 
          </mo> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
         </msub> 
         <mi>
           σ 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mstyle> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          U 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         : 
       </mo> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mtext>
         d 
       </mtext> 
       <mi>
         x 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mi>
         J 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <mi>
           V 
         </mi> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         , 
       </mo> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mtext>
           
       </mtext> 
       <mo>
         ∀ 
       </mo> 
       <mi>
         V 
       </mi> 
       <mo>
         ∈ 
       </mo> 
       <msubsup> 
        <mi>
          H 
        </mi> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </msubsup> 
       <mrow> 
        <mo>
          ( 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mo>
           , 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            ℝ 
          </mi> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
        </mrow> 
        <mo>
          ) 
        </mo> 
       </mrow> 
       <mo>
         . 
       </mo> 
      </mrow> 
     </math></p>
    <p>The shape functional is not subject to any PDE constraints. It is therefore sufficient to solve the state equation and the deformation equation at each iteration step using the following algorithm:</p>
    <table class="MsoTableGrid custom-table" border="0" cellspacing="0" cellpadding="0"> 
     <tr> 
      <td class="custom-bottom-td aleft" width="99.92%"><p style="text-align:left">Algorithm 1 </p></td> 
     </tr> 
     <tr> 
      <td class="custom-top-td aleft" width="99.92%"><p style="text-align:left">Initialization</p><p style="text-align:left">while 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              D 
            </mi> 
            <mi>
              J 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <msub> 
               <mi>
                 Ω 
               </mi> 
               <mi>
                 k 
               </mi> 
              </msub> 
              <mo>
                , 
              </mo> 
              <mi>
                V 
              </mi> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             ‖ 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            &gt; 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              T 
            </mi> 
            <mi>
              O 
            </mi> 
            <mi>
              L 
            </mi> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </math> do</p><p style="text-align:left">1. Calculate the solution 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </math> of the spectral problem. </p><p style="text-align:left">2. Calculate the gradient 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             W 
           </mi> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </math> [via 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <mi>
            D 
          </mi> 
          <mi>
            J 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mi>
              Ω 
            </mi> 
            <mo>
              , 
            </mo> 
            <mi>
              V 
            </mi> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </math> and Linear elasticity]. </p><p style="text-align:left">3. Deforming the domain 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </math> in 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mi>
              k 
            </mi> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <mn>
              1 
            </mn> 
           </mrow> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </math> [via ALE.move and 
        <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             W 
           </mi> 
           <mi>
             k 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </math>].</p><p style="text-align:left">end while</p></td> 
     </tr> 
    </table>
    <p>First, it is worth noting that all numerical simulations are conducted in two dimensions within the FEniCS framework, see for instance <xref ref-type="bibr" rid="scirp.144399-13">
      [13]
     </xref> to find out more. The algorithm used here is a slight modification of the one proposed in <xref ref-type="bibr" rid="scirp.144399-6">
      [6]
     </xref>, in which 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        λ 
      </mi> 
     </math> is assigned a value. In our case, since 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        λ 
      </mi> 
     </math> is an eigenvalue, it is calculated directly. In the absence of a partial differential equation constraint, each iteration consists of solving the equation of state and the system associated with the direction of descent, or simply the linear elasticity equation. As we shall see, obtaining the new domain shape relies solely on moving the points on the boundary. We implement the general problem of minimizing the functional (3.1) depending on 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
        λ 
      </mi> 
     </math>, eigenvalue for (3.2). For each iteration, we need to solve the state equation (3.2). The shape derivative we use is given by the formula (3.11). To define the Lame parameters, we fixed the values 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         E 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0.1 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> and 
     <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
       <mi>
         ν 
       </mi> 
       <mo>
         = 
       </mo> 
       <mn>
         0.4 
       </mn> 
      </mrow> 
     </math> throughout the numerical tests. We set the time step to 0.001. We follow the Algorithm 1 to obtain a decrease in the functional introduced in (3.1). Tests were first carried out for 100 iterations, then extended to 500 and finally 1000 iterations. The convergence of the algorithm depends on the tolerance chosen which is set here at 0.088. The initial mesh is the unit square, as shown in <xref ref-type="fig" rid="fig1">
      Figure 1
     </xref>.</p>
    <p>After some numerical testing, the vector fields look like this: <xref ref-type="fig" rid="fig2">
      Figure 2
     </xref> shows the vector fields for 100, 500 and 1000 iterations.</p>
    <p>
     <xref ref-type="fig" rid="fig3">
      Figure 3
     </xref>, <xref ref-type="fig" rid="fig4">
      Figure 4
     </xref> and <xref ref-type="fig" rid="fig5">
      Figure 5
     </xref> show the optimized domains, the solution of the state equation and the evolution of the objective function for 100, 500 and 1000 iterations respectively.</p>
    <fig id="fig1" position="float">
     <label>Figure 1</label>
     <caption>
      <title>Figure 1. Initial mesh.</title>
     </caption>
     <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1724232-rId462.jpeg?20250729025927" />
    </fig>
    <fig id="fig2" position="float">
     <label>Figure 2</label>
     <caption>
      <title>Figure 2. Vectors fields after 100, 500, and 1000 iterations.</title>
     </caption>
     <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1724232-rId463.jpeg?20250729025926" />
    </fig>
    <fig id="fig3" position="float">
     <label>Figure 3</label>
     <caption>
      <title>Figure 3. (1): Optimized domain, (2): State, (3): Objective function for 100 iterations.</title>
     </caption>
     <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1724232-rId464.jpeg?20250729025926" />
    </fig>
    <fig id="fig4" position="float">
     <label>Figure 4</label>
     <caption>
      <title>Figure 4. (1): Optimized domain, (2): State, (3): Objective function for 500 iterations.</title>
     </caption>
     <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1724232-rId465.jpeg?20250729025926" />
    </fig>
    <fig id="fig5" position="float">
     <label>Figure 5</label>
     <caption>
      <title>Figure 5. (1): Optimized domain, (2): State, (3): Objective function for 1000 iterations.</title>
     </caption>
     <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1724232-rId466.jpeg?20250729025926" />
    </fig>
    <p>We also carried out tests with the unit disk. Given the slow rate of convergence, the number of iterations was limited to 500. The simulation results are presented in <xref ref-type="fig" rid="fig6">
      Figure 6
     </xref> below.</p>
    <fig id="fig6" position="float">
     <label>Figure 6</label>
     <caption>
      <title>Figure 6. (1): Optimized domain, (2): State, (3): Objective function for 500 iterations.</title>
     </caption>
     <graphic mimetype="image" position="float" xlink:type="simple" xlink:href="https://html.scirp.org/file/1724232-rId467.jpeg?20250729025926" />
    </fig>
   </sec>
  </sec><sec id="s5">
   <title>
    <xref ref-type="bibr" rid="scirp.144399-"></xref>5. Shape Derivative of an Eigenvalue Problem Using a Min-Max Approach</title>
   <p>In this section, we focus on calculating the shape derivative in the presence of a spectral problem as a constraint. We use the same computational techniques developed in Section 2. The difference is that here, the domain-dependent 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        λ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        λ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is considered as the first eigenvalue of the Dirichlet Laplacian.</p>
   <p>Let 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       Ω 
     </mi> 
    </math> be a bounded lipschitzian open domain in 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         ℝ 
       </mi> 
       <mi>
         N 
       </mi> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> with a regular boundary 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mo>
        ∂ 
      </mo> 
      <mi>
        Ω 
      </mi> 
     </mrow> 
    </math>. Let 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        η 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        η 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> be the solution to the following spectral problem</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mtext>
        Δ 
      </mtext> 
      <mi>
        η 
      </mi> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mi>
        λ 
      </mi> 
      <mi>
        η 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
        in 
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mi>
        Ω 
      </mi> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mi>
        η 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
        on 
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mo>
        ∂ 
      </mo> 
      <mi>
        Ω 
      </mi> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math>(5.1)</p>
   <p>is considered here as the first eigenvalue of the Laplacian. We consider the functional 
    <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> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mo>
           ∫ 
         </mo> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <mi>
               η 
             </mi> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               A 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </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> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               η 
             </mi> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mi>
                d 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
     </mrow> 
    </math>(5.2)</p>
   <p>where 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       η 
     </mi> 
    </math> is the solution of (5.1), A a given vector 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> 
      <msub> 
       <mi>
         η 
       </mi> 
       <mi>
         d 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> a given function. As in the case of the HeLmholtz equation <xref ref-type="bibr" rid="scirp.144399-9">
     [9]
    </xref>, we want to calculate the shape derivative of the function 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       J 
     </mi> 
    </math>. Recall that the shape derivative of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       J 
     </mi> 
    </math> in 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       Ω 
     </mi> 
    </math> in the direction 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       V 
     </mi> 
    </math> is defined by</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        D 
      </mi> 
      <mi>
        J 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
       </mrow> 
       <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> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>when the limit exists where 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         T 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. We will also follow M. C. Delfour <xref ref-type="bibr" rid="scirp.144399-7">
     [7]
    </xref> <xref ref-type="bibr" rid="scirp.144399-8">
     [8]
    </xref> to calculate the shape derivative of the 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       J 
     </mi> 
    </math> functional. The functional in the domain 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> is then defined 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> 
      <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>
                η 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msub> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               A 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </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> 
         <msup> 
          <mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msub> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mi>
                d 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              | 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </msup> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
     </mrow> 
    </math>(5.3)</p>
   <p>where 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         η 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> is the solution to the problem</p>
   <p>
    <math display="inline" xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mtext>
        Δ 
      </mtext> 
      <msub> 
       <mi>
         η 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </msub> 
      <msub> 
       <mi>
         η 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
        in 
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <msub> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <msub> 
       <mi>
         η 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
        on 
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mo>
        ∂ 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math>(5.4)</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mo>
        ∂ 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> is the boundary of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>. The variational formulation of (5.4) is to find 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         η 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         H 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msubsup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <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> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mo>
           ∇ 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            η 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msub> 
         <mo>
           ∇ 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msub> 
          <mi>
            λ 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msub> 
         <msub> 
          <mi>
            η 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msub> 
         <msup> 
          <mi>
            v 
          </mi> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
        for 
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
        all 
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <msup> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mo>
         ′ 
       </mo> 
      </msup> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         H 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msubsup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math>(5.5)</p>
   <p>Note that this problem is not trivial, as the operator acts on domains that change 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>. The eigenfunctions 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         η 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> live in different spaces 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         H 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msubsup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. The normalization 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           L 
         </mi> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        1 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> also depends on 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ϵ 
     </mi> 
    </math>. To solve this problem, we transport the domain onto a fixed 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       Ω 
     </mi> 
    </math> domain, via the change of variables 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         T 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msubsup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         y 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>. This will enable us to manipulate objects in a fixed frame. To this end, we introduce the following parameterization</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         H 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msubsup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <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> 
        <msubsup> 
         <mi>
           H 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         } 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math>(5.6)</p>
   <p>and to work in 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         H 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msubsup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, we also introduce the compositions 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         η 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         η 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        ∘ 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         T 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        ∘ 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         T 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         v 
       </mi> 
       <mo>
         ′ 
       </mo> 
      </msup> 
      <mo>
        ∘ 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         T 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>. So the variational formulation of (5.4) amounts to looking for 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         η 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </msup> 
      <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> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
        </msub> 
        <mo>
          ∇ 
        </mo> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           η 
         </mi> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
        </msup> 
        <mo>
          ∘ 
        </mo> 
        <msubsup> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ∇ 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <mo>
          ∘ 
        </mo> 
        <msubsup> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mn>
            1 
          </mn> 
         </mrow> 
        </msubsup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
        </msup> 
        <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> 
        <msup> 
         <mi>
           η 
         </mi> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
        </msup> 
        <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> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <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> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mo>
        ∀ 
      </mo> 
      <mi>
        v 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         H 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msubsup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math>(5.7)</p>
   <p>Applying the change of variables formula, 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> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msup> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msup> 
             <mo>
               ∘ 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                T 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <mo>
               ∘ 
             </mo> 
             <msubsup> 
              <mi>
                T 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
              <mrow> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mn>
                 1 
               </mn> 
              </mrow> 
             </msubsup> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msup> 
              <mi>
                λ 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msup> 
             <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> 
             <msup> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msup> 
             <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> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <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> 
         <mi>
           J 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0. 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>In addition, we 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> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <msup> 
                <mi>
                  λ 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msup> 
               <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> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msup> 
               <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> 
               <mi>
                 v 
               </mi> 
               <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> 
           <mi>
             J 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <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> 
             <msup> 
              <mi>
                λ 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msup> 
             <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> 
             <msup> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msup> 
             <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> 
             <mi>
               v 
             </mi> 
             <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> 
           <mi>
             J 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <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> 
           <msup> 
            <mi>
              λ 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msup> 
           <msup> 
            <mi>
              η 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msup> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mi>
             J 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math></p>
   <p>Let 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        D 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         T 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         X 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> be the Jacobian matrix of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         T 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> evaluated in 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       X 
     </mi> 
    </math>, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mtext> 
       </mtext> 
       <mtext>
         * 
       </mtext> 
      </msup> 
      <mi>
        D 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         T 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         X 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> the transpose matrix of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        D 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         T 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </msub> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         X 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, then we have the following proposition</p>
   <p>Proposition 5.1 We have </p>
   <p>1) 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∇ 
        </mo> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ∘ 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         T 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </msub> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo> 
      </mo> 
      <mmultiscripts> 
       <mi>
         D 
       </mi> 
       <mprescripts /> 
       <none /> 
       <mo>
         ∗ 
       </mo> 
      </mmultiscripts> 
      <msubsup> 
       <mi>
         T 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          1 
        </mn> 
       </mrow> 
      </msubsup> 
      <mo>
        ⋅ 
      </mo> 
      <mo>
        ∇ 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mo>
          ∘ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           T 
         </mi> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mo>
        ∀ 
      </mo> 
      <mi>
        ϕ 
      </mi> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         C 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           ℝ 
         </mi> 
         <mi>
           N 
         </mi> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>2) 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        D 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          T 
        </mi> 
        <mo>
          ∘ 
        </mo> 
        <mi>
          S 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         { 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            D 
          </mi> 
          <mi>
            T 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          ∘ 
        </mo> 
        <mi>
          S 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         } 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⋅ 
      </mo> 
      <mi>
        D 
      </mi> 
      <mi>
        S 
      </mi> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mo>
        ∀ 
      </mo> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mi>
          T 
        </mi> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <mi>
          S 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         C 
       </mi> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msup> 
      <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>Proof. See <xref ref-type="bibr" rid="scirp.144399-1">
     [1]
    </xref>. ■</p>
   <p>So using the proposition, we can write</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> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msup> 
               <mo>
                 ∘ 
               </mo> 
               <msubsup> 
                <mi>
                  T 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
                <mrow> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
                 <mn>
                   1 
                 </mn> 
                </mrow> 
               </msubsup> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 v 
               </mi> 
               <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> 
           <mi>
             J 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <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> 
           <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> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              η 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msup> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mi>
             J 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <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> 
           <mi>
             B 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              η 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msup> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math></p>
   <p>Finally, the previous equation becomes</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>
           B 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           ∇ 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            η 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msup> 
         <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> 
         <msup> 
          <mi>
            λ 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msup> 
         <msup> 
          <mi>
            η 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msup> 
         <mi>
           v 
         </mi> 
         <mi>
           J 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>(5.8)</p>
   <p>with 
    <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>
        J 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <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> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        J 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mi>
        det 
      </mi> 
      <mi>
        D 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         T 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>, 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        D 
      </mi> 
      <msub> 
       <mi>
         T 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math> the Jacobian matrix of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mi>
         T 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>To write the functional in the fixed domain 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       Ω 
     </mi> 
    </math>, we first assume that A is written 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        A 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mo>
        ∇ 
      </mo> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mover accent="true"> 
       <mi>
         η 
       </mi> 
       <mo>
         ˜ 
       </mo> 
      </mover> 
     </mrow> 
    </math> and note by 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mover accent="true"> 
        <mi>
          η 
        </mi> 
        <mo>
          ˜ 
        </mo> 
       </mover> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mover accent="true"> 
       <mi>
         η 
       </mi> 
       <mo>
         ˜ 
       </mo> 
      </mover> 
      <mo>
        ∘ 
      </mo> 
      <msub> 
       <mi>
         T 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </msub> 
     </mrow> 
    </math>.</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <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> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               Ω 
             </mi> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ∇ 
               </mo> 
               <msub> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msub> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mi>
                 A 
               </mi> 
              </mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </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> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msub> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <msub> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mi>
                  d 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <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>
                  η 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msub> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mo>
                 ∇ 
               </mo> 
               <mover accent="true"> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mo>
                  ˜ 
                </mo> 
               </mover> 
              </mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </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> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msub> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <msub> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mi>
                  d 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <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> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msub> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mo>
                ˜ 
              </mo> 
             </mover> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             ⋅ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msub> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mo>
                ˜ 
              </mo> 
             </mover> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <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> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msub> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <msub> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mi>
                  d 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <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> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ∇ 
               </mo> 
               <msub> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msub> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mo>
                 ∇ 
               </mo> 
               <mover accent="true"> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mo>
                  ˜ 
                </mo> 
               </mover> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               ⋅ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ∇ 
               </mo> 
               <msub> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msub> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mo>
                 ∇ 
               </mo> 
               <mover accent="true"> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mo>
                  ˜ 
                </mo> 
               </mover> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mo>
              } 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             ∘ 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              T 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
           <mi>
             J 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
            <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> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
              <mrow> 
               <msub> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msub> 
               <mo>
                 ∘ 
               </mo> 
               <msub> 
                <mi>
                  T 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msub> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <msub> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mi>
                  d 
                </mi> 
               </msub> 
               <mo>
                 ∘ 
               </mo> 
               <msub> 
                <mi>
                  T 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <mi>
             J 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math></p>
   <p>Applying Proposition 5.1 once more, we obtain</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> 
        <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> 
           <mrow> 
            <mo>
              { 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               B 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ∇ 
               </mo> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msup> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mo>
                 ∇ 
               </mo> 
               <msup> 
                <mover accent="true"> 
                 <mi>
                   η 
                 </mi> 
                 <mo>
                   ˜ 
                 </mo> 
                </mover> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msup> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mo>
              } 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             ⋅ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <msup> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <msup> 
              <mover accent="true"> 
               <mi>
                 η 
               </mi> 
               <mo>
                 ˜ 
               </mo> 
              </mover> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msup> 
            </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> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mo>
             ∫ 
           </mo> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
              <mrow> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msup> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <msub> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mi>
                  d 
                </mi> 
               </msub> 
               <mo>
                 ∘ 
               </mo> 
               <msub> 
                <mi>
                  T 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <mi>
             J 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math>(5.9)</p>
   <p>Since the set of perturbed states admits a solution, 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>. So the 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ϵ 
     </mi> 
    </math>-dependent Lagrangian can be defined as follows:</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>
               B 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ∇ 
               </mo> 
               <mi>
                 φ 
               </mi> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mo>
                 ∇ 
               </mo> 
               <msup> 
                <mover accent="true"> 
                 <mi>
                   η 
                 </mi> 
                 <mo>
                   ˜ 
                 </mo> 
                </mover> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msup> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mo>
              } 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             ⋅ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <mi>
               φ 
             </mi> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <msup> 
              <mover accent="true"> 
               <mi>
                 η 
               </mi> 
               <mo>
                 ˜ 
               </mo> 
              </mover> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msup> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             + 
           </mo> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 φ 
               </mi> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <msub> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mi>
                  d 
                </mi> 
               </msub> 
               <mo>
                 ∘ 
               </mo> 
               <msub> 
                <mi>
                  T 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msub> 
              </mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <mi>
             J 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
            <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> 
           <mi>
             B 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mi>
             φ 
           </mi> 
           <mo>
             ⋅ 
           </mo> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              λ 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msup> 
           <mi>
             φ 
           </mi> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mi>
             J 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
            <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> 
      <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> 
        <msubsup> 
         <mi>
           H 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </munder> 
      <munder> 
       <mrow> 
        <mi>
          sup 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <msubsup> 
         <mi>
           H 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mn>
           1 
         </mn> 
        </msubsup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </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> 
        <mtext>
          lim 
        </mtext> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mo>
          ↘ 
        </mo> 
        <mn>
          0 
        </mn> 
       </mrow> 
      </munder> 
      <mrow> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <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> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         / 
       </mo> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </mrow> 
      <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 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        R 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> be the following function</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <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> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </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> 
              <msup> 
               <mi>
                 η 
               </mi> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
              </msup> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <msup> 
               <mi>
                 η 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msup> 
             </mrow> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              η 
            </mi> 
            <mo>
              ˜ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          ∇ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msup> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             η 
           </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> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mo>
             ∫ 
           </mo> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ∇ 
               </mo> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mrow> 
                 <mfrac> 
                  <mrow> 
                   <msup> 
                    <mi>
                      η 
                    </mi> 
                    <mi>
                      ϵ 
                    </mi> 
                   </msup> 
                   <mo>
                     − 
                   </mo> 
                   <msup> 
                    <mi>
                      η 
                    </mi> 
                    <mn>
                      0 
                    </mn> 
                   </msup> 
                  </mrow> 
                  <mi>
                    ϵ 
                  </mi> 
                 </mfrac> 
                </mrow> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
              </mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </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> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <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> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msup> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msup> 
              </mrow> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </mfrac> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mi>
                d 
              </mi> 
             </msub> 
             <mo>
               ∘ 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                T 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msup> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msup> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msup> 
            </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> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <msup> 
              <mover accent="true"> 
               <mi>
                 η 
               </mi> 
               <mo>
                 ˜ 
               </mo> 
              </mover> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mo>
                ˜ 
              </mo> 
             </mover> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msup> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msup> 
              </mrow> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </mfrac> 
            </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> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mi>
                d 
              </mi> 
             </msub> 
             <mo>
               ∘ 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                T 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msub> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mi>
                d 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msup> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msup> 
              </mrow> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </mfrac> 
            </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> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mo>
             ∫ 
           </mo> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mfrac> 
                <mrow> 
                 <msup> 
                  <mi>
                    η 
                  </mi> 
                  <mi>
                    ϵ 
                  </mi> 
                 </msup> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
                 <msup> 
                  <mi>
                    η 
                  </mi> 
                  <mn>
                    0 
                  </mn> 
                 </msup> 
                </mrow> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </mfrac> 
              </mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </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> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <mi>
               B 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               I 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </mfrac> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msup> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msup> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msup> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msup> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msup> 
        <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> 
        <msup> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msup> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mo>
             ∫ 
           </mo> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <mi>
             J 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mi>
               λ 
             </mi> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
            </msup> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               λ 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msup> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math></p>
   <p>We assume that the function 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        R 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> admits a finite limit noted 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        R 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           η 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msup> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, then we have the following proposition.</p>
   <p>Proposition 5.2 Let 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       Ω 
     </mi> 
    </math> be the solution to the problem 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msub> 
       <mrow> 
        <mi>
          min 
        </mi> 
       </mrow> 
       <mrow> 
        <mi>
          Ω 
        </mi> 
        <mo>
          ∈ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi mathvariant="script">
           O 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mi>
            a 
          </mi> 
          <mi>
            d 
          </mi> 
         </mrow> 
        </msub> 
       </mrow> 
      </msub> 
      <mi>
        J 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>, then the shape derivative of the functional 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        J 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> defined in (5.2) is given by </p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mi>
          J 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mtext>
            Ω 
          </mtext> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            V 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          ℛ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msup> 
          <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> 
             <msup> 
              <mi>
                B 
              </mi> 
              <mo>
                ′ 
              </mo> 
             </msup> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ∇ 
               </mo> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msup> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mo>
                 ∇ 
               </mo> 
               <mover accent="true"> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mo>
                  ˜ 
                </mo> 
               </mover> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mo>
              } 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             ⋅ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <msup> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mo>
                ˜ 
              </mo> 
             </mover> 
            </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> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <msup> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mo>
                ˜ 
              </mo> 
             </mover> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             ⋅ 
           </mo> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                [ 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ∇ 
               </mo> 
               <mover accent="true"> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mo>
                  ˜ 
                </mo> 
               </mover> 
               <mo>
                 ⋅ 
               </mo> 
               <mi>
                 V 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
              </mrow> 
              <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> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
              <mrow> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msup> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <msub> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mi>
                  d 
                </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> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msup> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mi>
                d 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              η 
            </mi> 
            <mi>
              d 
            </mi> 
           </msub> 
           <mo>
             ⋅ 
           </mo> 
           <mi>
             V 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
            <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> 
           <msup> 
            <mi>
              B 
            </mi> 
            <mo>
              ′ 
            </mo> 
           </msup> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              η 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msup> 
           <mo>
             ⋅ 
           </mo> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msup> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msup> 
        <msup> 
         <mi>
           η 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msup> 
        <msup> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </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> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mi>
              λ 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           ′ 
         </mo> 
        </msup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           η 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msup> 
        <msup> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msup> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math></p>
   <p>where 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         η 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> solution of (5.1) and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>, the adjoint state solution of </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> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              η 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msup> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              η 
            </mi> 
            <mo>
              ˜ 
            </mo> 
           </mover> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           ⋅ 
         </mo> 
         <mo>
           ∇ 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            φ 
          </mi> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mi>
              η 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msup> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              η 
            </mi> 
            <mi>
              d 
            </mi> 
           </msub> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <msup> 
          <mi>
            φ 
          </mi> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
         <mo>
           + 
         </mo> 
         <mo>
           ∇ 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
         <mo>
           ⋅ 
         </mo> 
         <mo>
           ∇ 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            φ 
          </mi> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            λ 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
         <msup> 
          <mi>
            p 
          </mi> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
         </msup> 
         <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>Proof. The derivative of the 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ϵ 
     </mi> 
    </math>-dependent Lagrangian with respect to 
    <math 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> 
        <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> 
             <msup> 
              <mi>
                B 
              </mi> 
              <mo>
                ′ 
              </mo> 
             </msup> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ∇ 
               </mo> 
               <mi>
                 φ 
               </mi> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mo>
                 ∇ 
               </mo> 
               <msup> 
                <mover accent="true"> 
                 <mi>
                   η 
                 </mi> 
                 <mo>
                   ˜ 
                 </mo> 
                </mover> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msup> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mo>
              } 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             ⋅ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <mi>
               φ 
             </mi> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <msup> 
              <mover accent="true"> 
               <mi>
                 η 
               </mi> 
               <mo>
                 ˜ 
               </mo> 
              </mover> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msup> 
            </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> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mi>
             B 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <mi>
               φ 
             </mi> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <msup> 
              <mover accent="true"> 
               <mi>
                 η 
               </mi> 
               <mo>
                 ˜ 
               </mo> 
              </mover> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msup> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             ⋅ 
           </mo> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                [ 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ∇ 
               </mo> 
               <mover accent="true"> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mo>
                  ˜ 
                </mo> 
               </mover> 
               <mo>
                 ⋅ 
               </mo> 
               <mi>
                 V 
               </mi> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
              </mrow> 
              <mo>
                ] 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               ∘ 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                T 
              </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> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mi>
                 φ 
               </mi> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <msub> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mi>
                  d 
                </mi> 
               </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> 
           <msub> 
            <mi>
              V 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
           <mi>
             J 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mi>
               φ 
             </mi> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mi>
                d 
              </mi> 
             </msub> 
             <mo>
               ∘ 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                T 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              η 
            </mi> 
            <mi>
              d 
            </mi> 
           </msub> 
           <mo>
             ⋅ 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              V 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
           <mi>
             J 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
            <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>
             B 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mi>
             φ 
           </mi> 
           <mo>
             ⋅ 
           </mo> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              λ 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msup> 
           <mi>
             φ 
           </mi> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mi>
             d 
           </mi> 
           <mi>
             i 
           </mi> 
           <mi>
             v 
           </mi> 
           <msub> 
            <mi>
              V 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
           <mi>
             J 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <msup> 
                <mi>
                  λ 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msup> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mo>
              ′ 
            </mo> 
           </msup> 
           <mi>
             φ 
           </mi> 
           <mi>
             ϕ 
           </mi> 
           <mi>
             J 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math></p>
   <p>Taking 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        φ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         η 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msup> 
     </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 obtain</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> 
          <msup> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msup> 
          <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> 
             <msup> 
              <mi>
                B 
              </mi> 
              <mo>
                ′ 
              </mo> 
             </msup> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ∇ 
               </mo> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msup> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mo>
                 ∇ 
               </mo> 
               <msup> 
                <mover accent="true"> 
                 <mi>
                   η 
                 </mi> 
                 <mo>
                   ˜ 
                 </mo> 
                </mover> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msup> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mo>
              } 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             ⋅ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <msup> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <msup> 
              <mover accent="true"> 
               <mi>
                 η 
               </mi> 
               <mo>
                 ˜ 
               </mo> 
              </mover> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msup> 
            </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> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mi>
             B 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msup> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              η 
            </mi> 
            <mo>
              ˜ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          ⋅ 
        </mo> 
        <mo>
          ∇ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <mover accent="true"> 
             <mi>
               η 
             </mi> 
             <mo>
               ˜ 
             </mo> 
            </mover> 
            <mo>
              ⋅ 
            </mo> 
            <mi>
              V 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            ∘ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             T 
           </mi> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msub> 
         </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> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
              <mrow> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msup> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <msub> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mi>
                  d 
                </mi> 
               </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> 
           <msub> 
            <mi>
              V 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
           <mi>
             J 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msup> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mi>
                d 
              </mi> 
             </msub> 
             <mo>
               ∘ 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                T 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              η 
            </mi> 
            <mi>
              d 
            </mi> 
           </msub> 
           <mo>
             ⋅ 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              V 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msub> 
           <mi>
             J 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
            <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> 
          <msup> 
           <mi>
             B 
           </mi> 
           <mo>
             ′ 
           </mo> 
          </msup> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          ∇ 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           η 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msup> 
        <mo>
          ⋅ 
        </mo> 
        <mo>
          ∇ 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msup> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msup> 
        <msup> 
         <mi>
           η 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msup> 
        <msup> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msup> 
        <mi>
          d 
        </mi> 
        <mi>
          i 
        </mi> 
        <mi>
          v 
        </mi> 
        <msub> 
         <mi>
           V 
         </mi> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
        </msub> 
        <mi>
          J 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mi>
              λ 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           ′ 
         </mo> 
        </msup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           η 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msup> 
        <msup> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msup> 
        <msub> 
         <mi>
           J 
         </mi> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
        </msub> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math></p>
   <p>Taking 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ϵ 
     </mi> 
    </math> equal to zero, we get</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> 
          <mn>
            0 
          </mn> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msup> 
          <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> 
             <msup> 
              <mi>
                B 
              </mi> 
              <mo>
                ′ 
              </mo> 
             </msup> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ∇ 
               </mo> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msup> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mo>
                 ∇ 
               </mo> 
               <mover accent="true"> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mo>
                  ˜ 
                </mo> 
               </mover> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mo>
              } 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             ⋅ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <msup> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mo>
                ˜ 
              </mo> 
             </mover> 
            </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> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msup> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <mover accent="true"> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mo>
             ˜ 
           </mo> 
          </mover> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          ⋅ 
        </mo> 
        <mo>
          ∇ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <mover accent="true"> 
             <mi>
               η 
             </mi> 
             <mo>
               ˜ 
             </mo> 
            </mover> 
            <mo>
              ⋅ 
            </mo> 
            <mi>
              V 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mo>
             ] 
           </mo> 
          </mrow> 
         </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> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
              <mrow> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msup> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <msub> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mi>
                  d 
                </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> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msup> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mi>
                d 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <msub> 
            <mi>
              η 
            </mi> 
            <mi>
              d 
            </mi> 
           </msub> 
           <mo>
             ⋅ 
           </mo> 
           <mi>
             V 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
            <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> 
          <msup> 
           <mi>
             B 
           </mi> 
           <mo>
             ′ 
           </mo> 
          </msup> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          ∇ 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           η 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msup> 
        <mo>
          ⋅ 
        </mo> 
        <mo>
          ∇ 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msup> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msup> 
        <msup> 
         <mi>
           η 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msup> 
        <msup> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </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> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mi>
              λ 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           ′ 
         </mo> 
        </msup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           η 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msup> 
        <msup> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msup> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math></p>
   <p>The derivative of the 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ϵ 
     </mi> 
    </math>-dependent Lagrangian with respect to 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       φ 
     </mi> 
    </math> in the direction 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <msup> 
      <mi>
        φ 
      </mi> 
      <mo>
        ′ 
      </mo> 
     </msup> 
    </math>:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mtable> 
      <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> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mo>
             ∫ 
           </mo> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mi>
             B 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <mi>
            φ 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              η 
            </mi> 
            <mo>
              ˜ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          ⋅ 
        </mo> 
        <mo>
          ∇ 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           φ 
         </mi> 
         <mo>
           ′ 
         </mo> 
        </msup> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            φ 
          </mi> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mi>
             d 
           </mi> 
          </msub> 
          <mo>
            ∘ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             T 
           </mi> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           φ 
         </mi> 
         <mo>
           ′ 
         </mo> 
        </msup> 
        <mi>
          J 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <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> 
          <mi>
            B 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          ∇ 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           φ 
         </mi> 
         <mo>
           ′ 
         </mo> 
        </msup> 
        <mo>
          ⋅ 
        </mo> 
        <mo>
          ∇ 
        </mo> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
        </msup> 
        <msup> 
         <mi>
           φ 
         </mi> 
         <mo>
           ′ 
         </mo> 
        </msup> 
        <mi>
          ϕ 
        </mi> 
        <mi>
          J 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math></p>
   <p>The derivative of the 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ϵ 
     </mi> 
    </math>-dependent Lagrangian with respect to 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ϕ 
     </mi> 
    </math> in the direction 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <msup> 
      <mi>
        ϕ 
      </mi> 
      <mo>
        ′ 
      </mo> 
     </msup> 
    </math>:</p>
   <p>
    <math display="inline" 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> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
        </msub> 
        <mi>
          B 
        </mi> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ∇ 
      </mo> 
      <mi>
        φ 
      </mi> 
      <mo>
        ⋅ 
      </mo> 
      <mo>
        ∇ 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         ϕ 
       </mi> 
       <mo>
         ′ 
       </mo> 
      </msup> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </msup> 
      <mi>
        φ 
      </mi> 
      <msup> 
       <mi>
         ϕ 
       </mi> 
       <mo>
         ′ 
       </mo> 
      </msup> 
      <mi>
        J 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        . 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math>(5.10)</p>
   <p>The state equation at 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ϵ 
      </mi> 
      <mo>
        ≥ 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> and the adjoint state equation at 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ϵ 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math> are respectively given by</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         η 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </msup> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         H 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msubsup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mo>
        ∀ 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         ϕ 
       </mi> 
       <mo>
         ′ 
       </mo> 
      </msup> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         H 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msubsup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mo>
           ∫ 
         </mo> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
        </msub> 
        <mrow> 
         <mi>
           B 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           ∇ 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            η 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msup> 
         <mo>
           ⋅ 
         </mo> 
         <mo>
           ∇ 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            ϕ 
          </mi> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
         <mo>
           − 
         </mo> 
         <msup> 
          <mi>
            λ 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msup> 
         <msup> 
          <mi>
            η 
          </mi> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
         </msup> 
         <msup> 
          <mi>
            ϕ 
          </mi> 
          <mo>
            ′ 
          </mo> 
         </msup> 
         <mi>
           J 
         </mi> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mi>
            ϵ 
          </mi> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mtext>
           d 
         </mtext> 
         <mi>
           x 
         </mi> 
        </mrow> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>(5.11)</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         H 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msubsup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mtext>
          
      </mtext> 
      <mo>
        ∀ 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         φ 
       </mi> 
       <mo>
         ′ 
       </mo> 
      </msup> 
      <mo>
        ∈ 
      </mo> 
      <msubsup> 
       <mi>
         H 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msubsup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        , 
      </mo> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mo>
           ∫ 
         </mo> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
        </msub> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∇ 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           η 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msup> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mo>
          ∇ 
        </mo> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           η 
         </mi> 
         <mo>
           ˜ 
         </mo> 
        </mover> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⋅ 
      </mo> 
      <mo>
        ∇ 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         φ 
       </mi> 
       <mo>
         ′ 
       </mo> 
      </msup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mn>
        2 
      </mn> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           η 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msup> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           η 
         </mi> 
         <mi>
           d 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         φ 
       </mi> 
       <mo>
         ′ 
       </mo> 
      </msup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mo>
        ∇ 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        ⋅ 
      </mo> 
      <mo>
        ∇ 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         φ 
       </mi> 
       <mo>
         ′ 
       </mo> 
      </msup> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msup> 
      <msup> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msup> 
      <msup> 
       <mi>
         φ 
       </mi> 
       <mo>
         ′ 
       </mo> 
      </msup> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0. 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math>(5.12)</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> 
          <msubsup> 
           <mo>
             ∫ 
           </mo> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
           <mn>
             1 
           </mn> 
          </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> 
          <msup> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msup> 
          <mo>
            + 
          </mo> 
          <mi>
            θ 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mi>
               η 
             </mi> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
            </msup> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               η 
             </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>
               η 
             </mi> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
            </msup> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               η 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          θ 
        </mi> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mo>
             ∫ 
           </mo> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mi>
             B 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           { 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <msup> 
               <mi>
                 η 
               </mi> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
              </msup> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <msup> 
               <mi>
                 η 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msup> 
             </mrow> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              η 
            </mi> 
            <mo>
              ˜ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           } 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          ⋅ 
        </mo> 
        <mo>
          ∇ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mi>
               η 
             </mi> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
            </msup> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               η 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </mfrac> 
         </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> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mi>
               η 
             </mi> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
            </msup> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               η 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mfrac> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mi>
             d 
           </mi> 
          </msub> 
          <mo>
            ∘ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             T 
           </mi> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mi>
               η 
             </mi> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
            </msup> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               η 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mi>
          J 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <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> 
          <mi>
            B 
          </mi> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          ∇ 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msup> 
        <mo>
          ⋅ 
        </mo> 
        <mo>
          ∇ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mi>
               η 
             </mi> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
            </msup> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               η 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
        </msup> 
        <msup> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mi>
               η 
             </mi> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
            </msup> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               η 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mi>
          J 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math></p>
   <p>Taking 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         φ 
       </mi> 
       <mo>
         ′ 
       </mo> 
      </msup> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mfrac> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           η 
         </mi> 
         <mi>
           ϵ 
         </mi> 
        </msup> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           η 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </mfrac> 
     </mrow> 
    </math> in adjoint Equation (5.12), we 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> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msup> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mover accent="true"> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mo>
             ˜ 
           </mo> 
          </mover> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          ∇ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mi>
               η 
             </mi> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
            </msup> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               η 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msup> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mi>
             d 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mi>
               η 
             </mi> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
            </msup> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               η 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <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> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msup> 
           <mo>
             ⋅ 
           </mo> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msup> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msup> 
              </mrow> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </mfrac> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              λ 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msup> 
           <msup> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msup> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msup> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msup> 
              </mrow> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </mfrac> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0. 
        </mn> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math></p>
   <p>Consequently, we get</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> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mrow> 
            <mo>
              { 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mfrac> 
                <mrow> 
                 <msup> 
                  <mi>
                    η 
                  </mi> 
                  <mi>
                    ϵ 
                  </mi> 
                 </msup> 
                 <mo>
                   + 
                 </mo> 
                 <msup> 
                  <mi>
                    η 
                  </mi> 
                  <mn>
                    0 
                  </mn> 
                 </msup> 
                </mrow> 
                <mn>
                  2 
                </mn> 
               </mfrac> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mfrac> 
                <mrow> 
                 <msup> 
                  <mi>
                    η 
                  </mi> 
                  <mi>
                    ϵ 
                  </mi> 
                 </msup> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
                 <msup> 
                  <mi>
                    η 
                  </mi> 
                  <mn>
                    0 
                  </mn> 
                 </msup> 
                </mrow> 
                <mn>
                  2 
                </mn> 
               </mfrac> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <msup> 
              <mover accent="true"> 
               <mi>
                 η 
               </mi> 
               <mo>
                 ˜ 
               </mo> 
              </mover> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msup> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <msup> 
              <mover accent="true"> 
               <mi>
                 η 
               </mi> 
               <mo>
                 ˜ 
               </mo> 
              </mover> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mo>
                ˜ 
              </mo> 
             </mover> 
            </mrow> 
            <mo>
              } 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             ⋅ 
           </mo> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msup> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msup> 
              </mrow> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </mfrac> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mo>
             ∫ 
           </mo> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msup> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msup> 
              </mrow> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </mfrac> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msup> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msup> 
              </mrow> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </mfrac> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mi>
                d 
              </mi> 
             </msub> 
             <mo>
               ∘ 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                T 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msub> 
             <mo>
               + 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mi>
                d 
              </mi> 
             </msub> 
             <mo>
               ∘ 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                T 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msub> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mi>
                d 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msup> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msup> 
              </mrow> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </mfrac> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mo>
             ∫ 
           </mo> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msup> 
           <mo>
             ⋅ 
           </mo> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msup> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msup> 
              </mrow> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </mfrac> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              λ 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msup> 
           <msup> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msup> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msup> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msup> 
              </mrow> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </mfrac> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0. 
        </mn> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math></p>
   <p>In other words,</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> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mrow> 
            <mo>
              { 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mfrac> 
                <mrow> 
                 <msup> 
                  <mi>
                    η 
                  </mi> 
                  <mi>
                    ϵ 
                  </mi> 
                 </msup> 
                 <mo>
                   + 
                 </mo> 
                 <msup> 
                  <mi>
                    η 
                  </mi> 
                  <mn>
                    0 
                  </mn> 
                 </msup> 
                </mrow> 
                <mn>
                  2 
                </mn> 
               </mfrac> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <msup> 
              <mover accent="true"> 
               <mi>
                 η 
               </mi> 
               <mo>
                 ˜ 
               </mo> 
              </mover> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msup> 
            </mrow> 
            <mo>
              } 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             ⋅ 
           </mo> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msup> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msup> 
              </mrow> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </mfrac> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mo>
             ∫ 
           </mo> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ∇ 
               </mo> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mrow> 
                 <mfrac> 
                  <mrow> 
                   <msup> 
                    <mi>
                      η 
                    </mi> 
                    <mi>
                      ϵ 
                    </mi> 
                   </msup> 
                   <mo>
                     − 
                   </mo> 
                   <msup> 
                    <mi>
                      η 
                    </mi> 
                    <mn>
                      0 
                    </mn> 
                   </msup> 
                  </mrow> 
                  <mi>
                    ϵ 
                  </mi> 
                 </mfrac> 
                </mrow> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
              </mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mo>
             ∫ 
           </mo> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mi>
                d 
              </mi> 
             </msub> 
             <mo>
               ∘ 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                T 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msub> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mi>
                d 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msup> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msup> 
              </mrow> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </mfrac> 
            </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> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <msup> 
              <mover accent="true"> 
               <mi>
                 η 
               </mi> 
               <mo>
                 ˜ 
               </mo> 
              </mover> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mo>
                ˜ 
              </mo> 
             </mover> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             ⋅ 
           </mo> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msup> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msup> 
              </mrow> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </mfrac> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mo>
             ∫ 
           </mo> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msup> 
               <mo>
                 + 
               </mo> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msup> 
              </mrow> 
              <mn>
                2 
              </mn> 
             </mfrac> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mi>
                d 
              </mi> 
             </msub> 
             <mo>
               ∘ 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                T 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msup> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msup> 
              </mrow> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </mfrac> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mo>
             ∫ 
           </mo> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mfrac> 
                <mrow> 
                 <msup> 
                  <mi>
                    η 
                  </mi> 
                  <mi>
                    ϵ 
                  </mi> 
                 </msup> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
                 <msup> 
                  <mi>
                    η 
                  </mi> 
                  <mn>
                    0 
                  </mn> 
                 </msup> 
                </mrow> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </mfrac> 
              </mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mo>
             ∫ 
           </mo> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msup> 
           <mo>
             ⋅ 
           </mo> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msup> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msup> 
              </mrow> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </mfrac> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             − 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              λ 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msup> 
           <msup> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msup> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msup> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msup> 
              </mrow> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </mfrac> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mn>
          0. 
        </mn> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math></p>
   <p>Accordingly, the function 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        R 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> can be rewritten as follows:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <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> 
           <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> 
                 <msup> 
                  <mi>
                    η 
                  </mi> 
                  <mi>
                    ϵ 
                  </mi> 
                 </msup> 
                 <mo>
                   + 
                 </mo> 
                 <msup> 
                  <mi>
                    η 
                  </mi> 
                  <mn>
                    0 
                  </mn> 
                 </msup> 
                </mrow> 
                <mn>
                  2 
                </mn> 
               </mfrac> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <msup> 
              <mover accent="true"> 
               <mi>
                 η 
               </mi> 
               <mo>
                 ˜ 
               </mo> 
              </mover> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msup> 
            </mrow> 
            <mo>
              } 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msup> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msup> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </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> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mo>
             ∫ 
           </mo> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ∇ 
               </mo> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mrow> 
                 <mfrac> 
                  <mrow> 
                   <msup> 
                    <mi>
                      η 
                    </mi> 
                    <mi>
                      ϵ 
                    </mi> 
                   </msup> 
                   <mo>
                     − 
                   </mo> 
                   <msup> 
                    <mi>
                      η 
                    </mi> 
                    <mn>
                      0 
                    </mn> 
                   </msup> 
                  </mrow> 
                  <mi>
                    ϵ 
                  </mi> 
                 </mfrac> 
                </mrow> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
              </mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mo>
             ∫ 
           </mo> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
          </msub> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </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> 
            <msup> 
             <mi>
               η 
             </mi> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
            </msup> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               η 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mfrac> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mi>
             d 
           </mi> 
          </msub> 
          <mo>
            ∘ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             T 
           </mi> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msup> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msup> 
         </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> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <msup> 
              <mover accent="true"> 
               <mi>
                 η 
               </mi> 
               <mo>
                 ˜ 
               </mo> 
              </mover> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mo>
                ˜ 
              </mo> 
             </mover> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msup> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msup> 
              </mrow> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </mfrac> 
            </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> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msub> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mi>
                d 
              </mi> 
             </msub> 
             <mo>
               ∘ 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                T 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msub> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msub> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mi>
                d 
              </mi> 
             </msub> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mfrac> 
              <mrow> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </msup> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msup> 
              </mrow> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </mfrac> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mo>
             ∫ 
           </mo> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mfrac> 
                <mrow> 
                 <msup> 
                  <mi>
                    η 
                  </mi> 
                  <mi>
                    ϵ 
                  </mi> 
                 </msup> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
                 <msup> 
                  <mi>
                    η 
                  </mi> 
                  <mn>
                    0 
                  </mn> 
                 </msup> 
                </mrow> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </mfrac> 
              </mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </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> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <mi>
               B 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               I 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </mfrac> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msup> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msup> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msup> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msup> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mi>
               λ 
             </mi> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
            </msup> 
            <mi>
              J 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               λ 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msup> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math></p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <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> 
           <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> 
                 <msup> 
                  <mi>
                    η 
                  </mi> 
                  <mi>
                    ϵ 
                  </mi> 
                 </msup> 
                 <mo>
                   + 
                 </mo> 
                 <msup> 
                  <mi>
                    η 
                  </mi> 
                  <mn>
                    0 
                  </mn> 
                 </msup> 
                </mrow> 
                <mn>
                  2 
                </mn> 
               </mfrac> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <msup> 
              <mover accent="true"> 
               <mi>
                 η 
               </mi> 
               <mo>
                 ˜ 
               </mo> 
              </mover> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msup> 
            </mrow> 
            <mo>
              } 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msup> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msup> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </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> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mo>
             ∫ 
           </mo> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ∇ 
               </mo> 
               <mrow> 
                <mo>
                  ( 
                </mo> 
                <mrow> 
                 <mfrac> 
                  <mrow> 
                   <msup> 
                    <mi>
                      η 
                    </mi> 
                    <mi>
                      ϵ 
                    </mi> 
                   </msup> 
                   <mo>
                     − 
                   </mo> 
                   <msup> 
                    <mi>
                      η 
                    </mi> 
                    <mn>
                      0 
                    </mn> 
                   </msup> 
                  </mrow> 
                  <mi>
                    ϵ 
                  </mi> 
                 </mfrac> 
                </mrow> 
                <mo>
                  ) 
                </mo> 
               </mrow> 
              </mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </mn> 
           </msup> 
           <mtext>
             d 
           </mtext> 
           <mi>
             x 
           </mi> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mo>
             ∫ 
           </mo> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
          </msub> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </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> 
            <msup> 
             <mi>
               η 
             </mi> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
            </msup> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               η 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mfrac> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mi>
             d 
           </mi> 
          </msub> 
          <mo>
            ∘ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             T 
           </mi> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msup> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msup> 
         </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> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              η 
            </mi> 
            <mo>
              ˜ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msup> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <mover accent="true"> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mo>
             ˜ 
           </mo> 
          </mover> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          ∇ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mi>
               η 
             </mi> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
            </msup> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               η 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mo>
             ∫ 
           </mo> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
          </msub> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mi>
             d 
           </mi> 
          </msub> 
          <mo>
            ∘ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             T 
           </mi> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msub> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mi>
             d 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mi>
               η 
             </mi> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
            </msup> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               η 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mo>
             ∫ 
           </mo> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mfrac> 
                <mrow> 
                 <msup> 
                  <mi>
                    η 
                  </mi> 
                  <mi>
                    ϵ 
                  </mi> 
                 </msup> 
                 <mo>
                   − 
                 </mo> 
                 <msup> 
                  <mi>
                    η 
                  </mi> 
                  <mn>
                    0 
                  </mn> 
                 </msup> 
                </mrow> 
                <mi>
                  ϵ 
                </mi> 
               </mfrac> 
              </mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mn>
              2 
            </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> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <mi>
               B 
             </mi> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mi>
               I 
             </mi> 
            </mrow> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </mfrac> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msup> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <msup> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msup> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msup> 
            </mrow> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msup> 
        <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> 
        <msup> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msup> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mo>
             ∫ 
           </mo> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <mi>
             J 
           </mi> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mi>
               λ 
             </mi> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
            </msup> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               λ 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msup> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math></p>
   <p>As in the case of the Helmholtz equation studied in <xref ref-type="bibr" rid="scirp.144399-9">
     [9]
    </xref>, we have the following inequality</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> 
        <mo> 
        </mo> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <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> 
              <msup> 
               <mi>
                 η 
               </mi> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
              </msup> 
              <mo>
                + 
              </mo> 
              <msup> 
               <mi>
                 η 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msup> 
             </mrow> 
             <mn>
               2 
             </mn> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              η 
            </mi> 
            <mo>
              ˜ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mi>
               η 
             </mi> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
            </msup> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               η 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msup> 
           <mrow> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mrow> 
              <mfrac> 
               <mrow> 
                <msup> 
                 <mi>
                   η 
                 </mi> 
                 <mi>
                   ϵ 
                 </mi> 
                </msup> 
                <mo>
                  − 
                </mo> 
                <msup> 
                 <mi>
                   η 
                 </mi> 
                 <mn>
                   0 
                 </mn> 
                </msup> 
               </mrow> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
              </mfrac> 
             </mrow> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <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> 
            <msup> 
             <mi>
               η 
             </mi> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
            </msup> 
            <mo>
              + 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               η 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mn>
             2 
           </mn> 
          </mfrac> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mi>
             d 
           </mi> 
          </msub> 
          <mo>
            ∘ 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             T 
           </mi> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msup> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msup> 
           <mover accent="true"> 
            <mi>
              η 
            </mi> 
            <mo>
              ˜ 
            </mo> 
           </mover> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msup> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <mover accent="true"> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mo>
             ˜ 
           </mo> 
          </mover> 
         </mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mfrac> 
             <mrow> 
              <msup> 
               <mi>
                 η 
               </mi> 
               <mi>
                 ϵ 
               </mi> 
              </msup> 
              <mo>
                − 
              </mo> 
              <msup> 
               <mi>
                 η 
               </mi> 
               <mn>
                 0 
               </mn> 
              </msup> 
             </mrow> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
            </mfrac> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <msub> 
             <mi>
               η 
             </mi> 
             <mi>
               d 
             </mi> 
            </msub> 
            <mo>
              ∘ 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               T 
             </mi> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
            </msub> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msub> 
             <mi>
               η 
             </mi> 
             <mi>
               d 
             </mi> 
            </msub> 
           </mrow> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msup> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mi>
          ϵ 
        </mi> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mfrac> 
            <mrow> 
             <msup> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mi>
                ϵ 
              </mi> 
             </msup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <msup> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msup> 
            </mrow> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </mfrac> 
          </mrow> 
          <mo>
            ‖ 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mn>
           2 
         </mn> 
        </msup> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <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> 
          <msup> 
           <mi>
             p 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mi>
               η 
             </mi> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
            </msup> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               η 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mtd> 
      </mtr> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mtext>
            
        </mtext> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msup> 
        <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> 
          <msup> 
           <mi>
             p 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msup> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          + 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            J 
          </mi> 
          <mrow> 
           <mo>
             ( 
           </mo> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
           <mo>
             ) 
           </mo> 
          </mrow> 
         </mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mfrac> 
           <mrow> 
            <msup> 
             <mi>
               λ 
             </mi> 
             <mi>
               ϵ 
             </mi> 
            </msup> 
            <mo>
              − 
            </mo> 
            <msup> 
             <mi>
               λ 
             </mi> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
            </msup> 
           </mrow> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </mfrac> 
         </mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             p 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msup> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ‖ 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math></p>
   <p>Now we need to show 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. First, we know the terms 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <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> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <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> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> are uniformly bounded. It will therefore suffice to show that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         η 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </msup> 
      <mo>
        → 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         η 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> in 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         H 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msubsup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>-strong and that the 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msubsup> 
       <mi>
         H 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
       <mn>
         1 
       </mn> 
      </msubsup> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math>-norm of 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msup> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         / 
       </mo> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is bounded. But the difficulty lies in the fact that the eigenvalue 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> depends on the variable 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mi>
       ϵ 
     </mi> 
    </math> and we have no information on whether 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mrow> 
       <mrow> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             λ 
           </mi> 
           <mi>
             ϵ 
           </mi> 
          </msup> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             λ 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msup> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
       </mrow> 
       <mo>
         / 
       </mo> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is bounded. So we just assume that 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        ℛ 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         ϵ 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> admits a finite limit denoted 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        R 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           η 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msup> 
        <mo>
          , 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msup> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> and in this case the shape derivative of the functional 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mi>
        J 
      </mi> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mi>
         Ω 
       </mi> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
     </mrow> 
    </math> is given by:</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="inline"> <mtable> 
      <mtr> 
       <mtd> 
        <mi>
          D 
        </mi> 
        <mi>
          J 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mi>
            Ω 
          </mi> 
          <mo>
            , 
          </mo> 
          <mi>
            V 
          </mi> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          = 
        </mo> 
        <mi>
          R 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msup> 
          <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> 
             <msup> 
              <mi>
                B 
              </mi> 
              <mo>
                ′ 
              </mo> 
             </msup> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                ( 
              </mo> 
              <mrow> 
               <mo>
                 ∇ 
               </mo> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msup> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <mo>
                 ∇ 
               </mo> 
               <mover accent="true"> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mo>
                  ˜ 
                </mo> 
               </mover> 
              </mrow> 
              <mo>
                ) 
              </mo> 
             </mrow> 
            </mrow> 
            <mo>
              } 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             ⋅ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mrow> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <msup> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mn>
                0 
              </mn> 
             </msup> 
             <mo>
               − 
             </mo> 
             <mo>
               ∇ 
             </mo> 
             <mover accent="true"> 
              <mi>
                η 
              </mi> 
              <mo>
                ˜ 
              </mo> 
             </mover> 
            </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> 
          <mn>
            2 
          </mn> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <msup> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msup> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <mo>
            ∇ 
          </mo> 
          <mover accent="true"> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mo>
             ˜ 
           </mo> 
          </mover> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          ⋅ 
        </mo> 
        <mo>
          ∇ 
        </mo> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <mrow> 
           <mo>
             [ 
           </mo> 
           <mrow> 
            <mo>
              ∇ 
            </mo> 
            <mover accent="true"> 
             <mi>
               η 
             </mi> 
             <mo>
               ˜ 
             </mo> 
            </mover> 
            <mo>
              ⋅ 
            </mo> 
            <mi>
              V 
            </mi> 
            <mrow> 
             <mo>
               ( 
             </mo> 
             <mn>
               0 
             </mn> 
             <mo>
               ) 
             </mo> 
            </mrow> 
           </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> 
        <mstyle displaystyle="true"> 
         <mrow> 
          <msub> 
           <mo>
             ∫ 
           </mo> 
           <mi>
             Ω 
           </mi> 
          </msub> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mrow> 
             <mrow> 
              <mo>
                | 
              </mo> 
              <mrow> 
               <msup> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mn>
                  0 
                </mn> 
               </msup> 
               <mo>
                 − 
               </mo> 
               <msub> 
                <mi>
                  η 
                </mi> 
                <mi>
                  d 
                </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> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mrow> 
          <msup> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mn>
             0 
           </mn> 
          </msup> 
          <mo>
            − 
          </mo> 
          <msub> 
           <mi>
             η 
           </mi> 
           <mi>
             d 
           </mi> 
          </msub> 
         </mrow> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <mo>
          ∇ 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           η 
         </mi> 
         <mi>
           d 
         </mi> 
        </msub> 
        <mo>
          ⋅ 
        </mo> 
        <mi>
          V 
        </mi> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <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> 
           <msup> 
            <mi>
              B 
            </mi> 
            <mo>
              ′ 
            </mo> 
           </msup> 
           <mrow> 
            <mo>
              ( 
            </mo> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
            <mo>
              ) 
            </mo> 
           </mrow> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              η 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msup> 
           <mo>
             ⋅ 
           </mo> 
           <mo>
             ∇ 
           </mo> 
           <msup> 
            <mi>
              p 
            </mi> 
            <mn>
              0 
            </mn> 
           </msup> 
          </mrow> 
         </mrow> 
        </mstyle> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           λ 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msup> 
        <msup> 
         <mi>
           η 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msup> 
        <msup> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </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> 
        <msup> 
         <mrow> 
          <mo>
            ( 
          </mo> 
          <mrow> 
           <msup> 
            <mi>
              λ 
            </mi> 
            <mi>
              ϵ 
            </mi> 
           </msup> 
          </mrow> 
          <mo>
            ) 
          </mo> 
         </mrow> 
         <mo>
           ′ 
         </mo> 
        </msup> 
        <mrow> 
         <mo>
           ( 
         </mo> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
         <mo>
           ) 
         </mo> 
        </mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           η 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msup> 
        <msup> 
         <mi>
           p 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msup> 
        <mtext>
          d 
        </mtext> 
        <mi>
          x 
        </mi> 
        <mo>
          . 
        </mo> 
       </mtd> 
      </mtr> 
     </mtable> 
    </math></p>
   <p>where 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         η 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math> solution of (5.1) and 
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msup> 
     </mrow> 
    </math>, the adjoint state solution of</p>
   <p>
    <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mrow> 
      <mstyle displaystyle="true"> 
       <mrow> 
        <msub> 
         <mo>
           ∫ 
         </mo> 
         <mi>
           Ω 
         </mi> 
        </msub> 
        <mn>
          2 
        </mn> 
       </mrow> 
      </mstyle> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <mo>
          ∇ 
        </mo> 
        <msup> 
         <mi>
           η 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msup> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <mo>
          ∇ 
        </mo> 
        <mover accent="true"> 
         <mi>
           η 
         </mi> 
         <mo>
           ˜ 
         </mo> 
        </mover> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <mo>
        ⋅ 
      </mo> 
      <mo>
        ∇ 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         φ 
       </mi> 
       <mo>
         ′ 
       </mo> 
      </msup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mn>
        2 
      </mn> 
      <mrow> 
       <mo>
         ( 
       </mo> 
       <mrow> 
        <msup> 
         <mi>
           η 
         </mi> 
         <mn>
           0 
         </mn> 
        </msup> 
        <mo>
          − 
        </mo> 
        <msub> 
         <mi>
           η 
         </mi> 
         <mi>
           d 
         </mi> 
        </msub> 
       </mrow> 
       <mo>
         ) 
       </mo> 
      </mrow> 
      <msup> 
       <mi>
         φ 
       </mi> 
       <mo>
         ′ 
       </mo> 
      </msup> 
      <mo>
        + 
      </mo> 
      <mo>
        ∇ 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msup> 
      <mo>
        ⋅ 
      </mo> 
      <mo>
        ∇ 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         φ 
       </mi> 
       <mo>
         ′ 
       </mo> 
      </msup> 
      <mo>
        − 
      </mo> 
      <msup> 
       <mi>
         λ 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msup> 
      <msup> 
       <mi>
         p 
       </mi> 
       <mn>
         0 
       </mn> 
      </msup> 
      <msup> 
       <mi>
         φ 
       </mi> 
       <mo>
         ′ 
       </mo> 
      </msup> 
      <mtext>
        d 
      </mtext> 
      <mi>
        x 
      </mi> 
      <mo>
        = 
      </mo> 
      <mn>
        0. 
      </mn> 
     </mrow> 
    </math></p>
   <p>■</p>
  </sec><sec id="s6">
   <title>6. Conclusion</title>
   <p>This work provides a simple method for calculating the shape derivative in the context of Dirichlet eigenvalue problems. We have used alternative techniques to calculate the shape derivative of the first eigenvalue of the Laplace-Dirichlet problem, as well as that of an objective function constrained by a spectral problem. A fundamental tool in shape optimization, the shape derivative enables us to analyze how a quantity of interest varies under the effect of small deformations of the domain. This approach, inspired in particular by the work of Delfour, opens the way to a better understanding and control of geometry-dependent spectral problems. Some numerical tests were also carried out in two dimensions. The next step is to calculate the topological derivative using the same approach for an eigenvalue problem.</p>
  </sec>
 </body><back>
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