<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.4 20241031//EN" "JATS-journalpublishing1-4.dtd">
<article xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" article-type="research-article" dtd-version="1.4" xml:lang="en">
  <front>
    <journal-meta>
      <journal-id journal-id-type="publisher-id">ojs</journal-id>
      <journal-title-group>
        <journal-title>Open Journal of Statistics</journal-title>
      </journal-title-group>
      <issn pub-type="epub">2161-7198</issn>
      <issn pub-type="ppub">2161-718X</issn>
      <publisher>
        <publisher-name>Scientific Research Publishing</publisher-name>
      </publisher>
    </journal-meta>
    <article-meta>
      <article-id pub-id-type="doi">10.4236/ojs.2026.165017</article-id>
      <article-id pub-id-type="publisher-id">ojs-154278</article-id>
      <article-categories>
        <subj-group>
          <subject>Article</subject>
        </subj-group>
        <subj-group>
          <subject>Physics</subject>
          <subject>Mathematics</subject>
        </subj-group>
      </article-categories>
      <title-group>
        <article-title>Elementary Derivation of First-Passage Distribution</article-title>
      </title-group>
      <contrib-group>
        <contrib contrib-type="author">
          <name name-style="western">
            <surname>Vrbik</surname>
            <given-names>Jan</given-names>
          </name>
          <xref ref-type="aff" rid="aff1">1</xref>
        </contrib>
      </contrib-group>
      <aff id="aff1"><label>1</label> Department of Mathematics and Statistics, Brock University, St. Catharines, Ontario, Canada </aff>
      <author-notes>
        <fn fn-type="conflict" id="fn-conflict">
          <p>The authors declare no conflicts of interest regarding the publication of this paper.</p>
        </fn>
      </author-notes>
      <pub-date pub-type="epub">
        <day>08</day>
        <month>10</month>
        <year>2026</year>
      </pub-date>
      <pub-date pub-type="collection">
        <month>10</month>
        <year>2026</year>
      </pub-date>
      <volume>16</volume>
      <issue>05</issue>
      <fpage>358</fpage>
      <lpage>369</lpage>
      <history>
        <date date-type="received">
          <day>27</day>
          <month>07</month>
          <year>2026</year>
        </date>
        <date date-type="accepted">
          <day>26</day>
          <month>09</month>
          <year>2026</year>
        </date>
        <date date-type="published">
          <day>29</day>
          <month>09</month>
          <year>2026</year>
        </date>
      </history>
      <permissions>
        <copyright-statement>© 2026 by the authors and Scientific Research Publishing Inc.</copyright-statement>
        <copyright-year>2026</copyright-year>
        <license license-type="open-access">
          <license-p> This article is an open access article distributed under the terms and conditions of the Creative Commons Attribution (CC BY) license ( <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/</ext-link> ). </license-p>
        </license>
      </permissions>
      <self-uri content-type="doi" xlink:href="https://doi.org/10.4236/ojs.2026.165017">https://doi.org/10.4236/ojs.2026.165017</self-uri>
      <abstract>
        <p>One of the most intricate formulas relating to a Stochastic process known as Brownian motion specifies the probability density function of the time the process takes to reach, for the first time, a given state. There are several existing derivations thereof (a special case of inverse Gaussian distribution), most of them requiring sophisticated mathematical tools and rather complex reasoning. In this article, we present a simple derivation of the same result, based on elementary arguments and rudimentary mathematics only.</p>
      </abstract>
      <kwd-group kwd-group-type="author-generated" xml:lang="en">
        <kwd>Brownian Motion</kwd>
        <kwd>Random Walk</kwd>
        <kwd>Gambler’s Ruin Problem</kwd>
        <kwd>Stirling’s Formula</kwd>
        <kwd>Probability Generating Function</kwd>
      </kwd-group>
    </article-meta>
  </front>
  <body>
    <sec id="sec1">
      <title>1. Introduction</title>
      <p>We recall that Brownian motion, denoted <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> X </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , is a time-homogeneous Markovian process of independent increments which has two parameters, <inline-formula><mml:math><mml:mi> d </mml:mi></mml:math></inline-formula> (<italic>drift</italic>) and <inline-formula><mml:math><mml:mi> c </mml:mi></mml:math></inline-formula> (<italic>diffusion coefficient</italic>); the main result states that the distribution of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> X </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , given that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> X </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , is Normal with the mean of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> d </mml:mi><mml:mo> ⋅ </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and variance of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> c </mml:mi><mml:mo> ⋅ </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>]. Graphically, <inline-formula><mml:math><mml:mi> t </mml:mi></mml:math></inline-formula> is typically displayed using the horizontal axis while the values of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> X </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are shown on the vertical scale (of the so-called state space).</p>
      <p>It is intuitively obvious (and formally proven below) that, when <inline-formula><mml:math><mml:mi> a </mml:mi></mml:math></inline-formula> is positive and <inline-formula><mml:math><mml:mi> d </mml:mi></mml:math></inline-formula> is negative, the process must reach, sooner or later, State 0; it is a major and complex task (see [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>][<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>]) to prove that the exact time (denoted <inline-formula><mml:math><mml:mi> T </mml:mi></mml:math></inline-formula> ) of this event happening for the first time (<italic>i.e.</italic> of the first passage) is a random variable having inverse Gaussian distribution [<xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>]. Simplifying the usual arguments and finding the corresponding probability density function (PDF) of <inline-formula><mml:math><mml:mi> T </mml:mi></mml:math></inline-formula> by <italic>elementary</italic> means is the goal of this article.</p>
      <p>This is achieved by first <italic>discretizing</italic> both time (making each of its units into <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> c </mml:mi><mml:msup><mml:mi> k </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> discrete time steps) and state space (making each spatial unit into <inline-formula><mml:math><mml:mi> k </mml:mi></mml:math></inline-formula> discrete vertical steps), resulting in a much simpler process called random walk [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>]. We can then easily solve the same problem using the <italic>discrete</italic> version to find the probability mass function (PMF) of a similarly defined first-passage time <inline-formula><mml:math><mml:mover accent="true"><mml:mi> T </mml:mi><mml:mo> ˜ </mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> (now, an integer-valued random variable), and then convert this discrete PMF to the continuous PDF of <inline-formula><mml:math><mml:mi> T </mml:mi></mml:math></inline-formula> by taking the <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> → </mml:mo><mml:mi> ∞ </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> limit.</p>
      <p>To underline the importance of first-passage distributions, we mention that they arise naturally whenever one is interested in the time required for a fluctuating quantity to reach a prescribed threshold, including problems in physics, finance, reliability, and biology.</p>
      <p>Note that paragraphs and sections starting with the <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo> ■ </mml:mo></mml:math></inline-formula> prefix are optional and can be omitted without affecting our derivation of the main result (only in those sections, we occasionally use concepts and formulas which may be deemed less elementary).</p>
    </sec>
    <sec id="sec2">
      <title>2. Gambler’s Ruin Problem</title>
      <p>The discrete version of the process has the following interesting interpretation: consider a gambler who starts with <inline-formula><mml:math><mml:mi> i </mml:mi></mml:math></inline-formula> monetary units (we call them <italic>dollars</italic>) and keeps on betting $1 on a flip of a <italic>biased</italic> coin (the probability of winning an individual round is <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> p </mml:mi><mml:mo> &lt; </mml:mo><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , of losing is <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> q </mml:mi><mml:mo> : </mml:mo><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> p </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ) until losing <italic>all</italic> his money (<italic>i.e.</italic> reaching State 0), assuming that his opponent has <italic>infinite</italic> resources. Each round of this game takes one discrete time step, while one dollar is the state-space unit.</p>
      <p>To derive a formula for the probability that the game (which ends by the gambler getting broke) will take <italic>exactly</italic><inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> rounds, we consider all possible paths which take the gambler from State <inline-formula><mml:math><mml:mi> i </mml:mi></mml:math></inline-formula> to State 0 <italic>without</italic> visiting 0 on any previous occasion, and compute their total probability. The individual probabilities are easy: each such path must consist of exactly <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi></mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> wins and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi></mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> losses (note that <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> must be even/odd when <inline-formula><mml:math><mml:mi> i </mml:mi></mml:math></inline-formula> is even/odd respectively, while <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> ≥ </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ); therefore, it has the probability of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> p </mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> / </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup><mml:msup><mml:mi> q </mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow><mml:mo> / </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
      <p>To count how many such paths are there is more difficult: to avoid visiting State 0 before completing <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> rounds (or time steps), the <italic>last</italic> step must be a <italic>loss</italic>; we are then left with an easier (yet equivalent) task of establishing the number of paths that connect State <inline-formula><mml:math><mml:mi> i </mml:mi></mml:math></inline-formula> to State 1 in <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> steps, while avoiding State 0. This is done in two steps: ignoring the last condition (<italic>i.e.</italic><italic>allowing</italic> visits to 0), the number of such paths is <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi></mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , since <italic>any</italic> combination of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi></mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> wins and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> losses will do. We then need to subtract the number of those paths (from <inline-formula><mml:math><mml:mi> i </mml:mi></mml:math></inline-formula> to 1, in <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> steps) which <italic>have</italic> visited State 0, at least once, prior to reaching State 1.</p>
      <p>To count these, we use the following classical reflection principle (or André’s reflection method, see [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>][<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>]), which provides a convenient way of counting paths constrained by a boundary: visualize flipping the <italic>first</italic> part (up to and including the first visit to State 0) of any such path with respect to the time axis, while keeping its <italic>second</italic> part (from that point on) intact (see <xref ref-type="fig" rid="fig1">Figure 1</xref>). </p>
      <fig id="fig1">
        <label>Figure 1</label>
        <graphic xlink:href="https://html.scirp.org/file/1242040-rId88.jpeg?20260929013116" />
      </fig>
      <p><bold>Figure 1</bold><bold>.</bold>Original (blue) and flipped (red) path.</p>
      <p>This results in a path which starts at <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and ends up, after <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> steps, in State 1 (<italic>necessarily</italic> visiting State 0); the important thing is that there is a <italic>one-to-one</italic> correspondence between paths of the newly created (red) set and those of the original (blue) set. Counting the number of paths of the former is easy: this time we need exactly <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> wins and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi></mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> losses; the answer is thus <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mtable><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr><mml:mtr><mml:mtd><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi></mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:mtd></mml:mtr></mml:mtable></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . The number of paths contributing to the probability of the game taking exactly <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> rounds is thus</p>
      <disp-formula id="FD1">
        <label>(1)</label>
        <mml:math>
          <mml:mtable>
            <mml:mtr>
              <mml:mtd>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtable>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mfrac>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>n</mml:mi>
                                <mml:mo>−</mml:mo>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:mfrac>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                    </mml:mtable>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtable>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mfrac>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>n</mml:mi>
                                <mml:mo>+</mml:mo>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:mfrac>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                    </mml:mtable>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>!</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mfrac>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:mfrac>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>!</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mfrac>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:mfrac>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>!</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mfrac>
                <mml:mo>−</mml:mo>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>!</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mfrac>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:mfrac>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>!</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mfrac>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:mfrac>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>!</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mfrac>
              </mml:mtd>
            </mml:mtr>
            <mml:mtr>
              <mml:mtd>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>!</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mfrac>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:mfrac>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>!</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mfrac>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:mfrac>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>!</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mfrac>
                <mml:mo>⋅</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:mfrac>
                    <mml:mo>−</mml:mo>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:mfrac>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mi>i</mml:mi>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                </mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtable>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mi>n</mml:mi>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mfrac>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>n</mml:mi>
                                <mml:mo>+</mml:mo>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:mfrac>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                    </mml:mtable>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
              </mml:mtd>
            </mml:mtr>
          </mml:mtable>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>The resulting PMF of <inline-formula><mml:math><mml:mover accent="true"><mml:mi> T </mml:mi><mml:mo> ˜ </mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> is then</p>
      <disp-formula id="FD2">
        <label>(2)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mi>f</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mi>n</mml:mi>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mi>i</mml:mi>
              <mml:mi>n</mml:mi>
            </mml:mfrac>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mtable>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mi>n</mml:mi>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                  <mml:mtr>
                    <mml:mtd>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mfrac>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:mfrac>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mtd>
                  </mml:mtr>
                </mml:mtable>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:msup>
              <mml:mi>p</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>/</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:msup>
            <mml:msup>
              <mml:mi>q</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>n</mml:mi>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>/</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:mrow>
            </mml:msup>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>when <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> n </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 4 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 6 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 8 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ⋯ </mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (zero otherwise). This classical first-passage probability for a one-dimensional random walk can be found, in various forms, in standard treatments of random walks and probability theory, such as [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>][<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>][<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>].</p>
      <p><inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mo> ■ </mml:mo></mml:math></inline-formula> Note that an alternate way of expressing the same result is</p>
      <disp-formula id="FD3">
        <label>(3)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mi>f</mml:mi>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>i</mml:mi>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mn>2</mml:mn>
                <mml:mi>j</mml:mi>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mfrac>
                          <mml:mi>i</mml:mi>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:mfrac>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:msub>
                <mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mfrac>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:mfrac>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:msub>
              </mml:mrow>
              <mml:mrow>
                <mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mi>j</mml:mi>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mrow>
                </mml:msub>
                <mml:mo>⋅</mml:mo>
                <mml:mi>j</mml:mi>
                <mml:mo>!</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mo>⋅</mml:mo>
            <mml:msup>
              <mml:mn>4</mml:mn>
              <mml:mi>j</mml:mi>
            </mml:msup>
            <mml:msup>
              <mml:mi>p</mml:mi>
              <mml:mi>j</mml:mi>
            </mml:msup>
            <mml:msup>
              <mml:mi>q</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mi>i</mml:mi>
                <mml:mo>+</mml:mo>
                <mml:mi>j</mml:mi>
              </mml:mrow>
            </mml:msup>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> j </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ⋯ </mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> w </mml:mi><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> j </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:msub><mml:mo> : </mml:mo><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> w </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> w </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> w </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> ⋯ </mml:mo><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> w </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> j </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . This can be shown by replacing <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> by <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mi> j </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in (2) and expanding:</p>
      <disp-formula id="FD4">
        <label>(4)</label>
        <mml:math>
          <mml:mtable columnalign="left">
            <mml:mtr>
              <mml:mtd>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mi>i</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>i</mml:mi>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                    <mml:mi>j</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>(</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mtable>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                            <mml:mi>j</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                      <mml:mtr>
                        <mml:mtd>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>j</mml:mi>
                            <mml:mo>,</mml:mo>
                            <mml:mi>j</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mtd>
                      </mml:mtr>
                    </mml:mtable>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>)</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>p</mml:mi>
                  <mml:mi>j</mml:mi>
                </mml:msup>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>q</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>i</mml:mi>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:mi>j</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:msup>
              </mml:mtd>
            </mml:mtr>
            <mml:mtr>
              <mml:mtd>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>i</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                        <mml:mi>j</mml:mi>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                        <mml:mi>j</mml:mi>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>⋯</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>i</mml:mi>
                    <mml:mo>!</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:mi>j</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:mi>j</mml:mi>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>⋯</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>i</mml:mi>
                    <mml:mo>!</mml:mo>
                    <mml:mo>⋅</mml:mo>
                    <mml:mi>j</mml:mi>
                    <mml:mo>!</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mfrac>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>p</mml:mi>
                  <mml:mi>j</mml:mi>
                </mml:msup>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>q</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>i</mml:mi>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:mi>j</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:msup>
              </mml:mtd>
            </mml:mtr>
            <mml:mtr>
              <mml:mtd>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mfrac>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                            <mml:mi>j</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:mfrac>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mfrac>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                            <mml:mi>j</mml:mi>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:mfrac>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>⋯</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mfrac>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:mfrac>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mfrac>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                    </mml:mfrac>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:mi>j</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:mi>j</mml:mi>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>⋯</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                        <mml:mo>+</mml:mo>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>j</mml:mi>
                    <mml:mo>!</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mfrac>
                <mml:msup>
                  <mml:mn>4</mml:mn>
                  <mml:mi>j</mml:mi>
                </mml:msup>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>p</mml:mi>
                  <mml:mi>j</mml:mi>
                </mml:msup>
                <mml:msup>
                  <mml:mi>q</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>i</mml:mi>
                    <mml:mo>+</mml:mo>
                    <mml:mi>j</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:msup>
              </mml:mtd>
            </mml:mtr>
          </mml:mtable>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <sec id="sec2dot1">
        <title>
          <inline-formula>
            <mml:math display="inline">
              <mml:mo>■</mml:mo>
            </mml:math>
          </inline-formula>
          Probability Generating Function (PGF) of
          <inline-formula>
            <mml:math>
              <mml:mover accent="true">
                <mml:mi>T</mml:mi>
                <mml:mo>˜</mml:mo>
              </mml:mover>
            </mml:math>
          </inline-formula>
        </title>
        <p>The goal of this section is to prove that, when <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> p </mml:mi><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , reaching State 0 becomes inevitable. This requires evaluating the following PGF of <inline-formula><mml:math><mml:mover accent="true"><mml:mi> T </mml:mi><mml:mo> ˜ </mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> (obtained by performing the corresponding summation)</p>
        <disp-formula id="FD5">
          <label>(5)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>P</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>z</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>:</mml:mo>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>z</mml:mi>
                    <mml:mover accent="true">
                      <mml:mi>T</mml:mi>
                      <mml:mo>˜</mml:mo>
                    </mml:mover>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:munderover>
                <mml:mstyle displaystyle="true" mathsize="140%">
                  <mml:mo>∑</mml:mo>
                </mml:mstyle>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>j</mml:mi>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mn>0</mml:mn>
                </mml:mrow>
                <mml:mi>∞</mml:mi>
              </mml:munderover>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mi>f</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>i</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>j</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mi>z</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>i</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>j</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mi>q</mml:mi>
                <mml:mi>i</mml:mi>
              </mml:msup>
              <mml:msup>
                <mml:mi>z</mml:mi>
                <mml:mi>i</mml:mi>
              </mml:msup>
              <mml:msub>
                <mml:mtext>
                   
                </mml:mtext>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:msub>
                <mml:mi>ℱ</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mi>i</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>i</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>;</mml:mo>
                  <mml:mi>i</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                  <mml:mo>;</mml:mo>
                  <mml:mn>4</mml:mn>
                  <mml:mi>p</mml:mi>
                  <mml:mi>q</mml:mi>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>z</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>at <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> z </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (which yields the probability of <italic>ever</italic> reaching State 0) and confirming that the answer is 1. Unfortunately, this form of PGF (containing <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow></mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub><mml:msub><mml:mi> ℱ </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , called hypergeometric function [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>]) is not very suitable for our purpose (in addition to breaking our promise of using elementary functions only); luckily, there is an alternate way (more in the spirit of the current article) of deriving an <italic>equivalent</italic> version of the same PGF, which is then much easier to evaluate.</p>
        <p>To find the alternate formula, we first introduce an <italic>infinite</italic> set of such PGFs (one for each possible value of <inline-formula><mml:math><mml:mi> i </mml:mi></mml:math></inline-formula> ), denoting them <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> z </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mn> 3 </mml:mn><mml:mo> , </mml:mo><mml:mo> ⋯ </mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ) and relating them to each other in the following manner: based on what happens in the <italic>next</italic> round of the game (there are just two possibilities) and assuming that we are now in State <inline-formula><mml:math><mml:mi> i </mml:mi></mml:math></inline-formula> , the formula of total probability tells us that</p>
        <disp-formula id="FD6">
          <label>(6)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>z</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msub>
                        <mml:mover accent="true">
                          <mml:mi>T</mml:mi>
                          <mml:mo>˜</mml:mo>
                        </mml:mover>
                        <mml:mi>i</mml:mi>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>p</mml:mi>
              <mml:mo>⋅</mml:mo>
              <mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>z</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mover accent="true">
                          <mml:mi>T</mml:mi>
                          <mml:mo>˜</mml:mo>
                        </mml:mover>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>i</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi>q</mml:mi>
              <mml:mo>⋅</mml:mo>
              <mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>z</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:msub>
                        <mml:mover accent="true">
                          <mml:mi>T</mml:mi>
                          <mml:mo>˜</mml:mo>
                        </mml:mover>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>i</mml:mi>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msub>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where the first term corresponds to <italic>winning</italic> the round (the original <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi> T </mml:mi><mml:mo> ˜ </mml:mo></mml:mover><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> then becomes <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> + </mml:mo><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi> T </mml:mi><mml:mo> ˜ </mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , since one time step has been taken and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mover accent="true"><mml:mi> T </mml:mi><mml:mo> ˜ </mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> more steps are still needed to reach State 0); a similar argument applies to the second term (when the round is lost). By the definition of PGF, (6) is equivalent to saying that </p>
        <disp-formula id="FD7">
          <label>(7)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>P</mml:mi>
                <mml:mi>i</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>z</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>p</mml:mi>
              <mml:mi>z</mml:mi>
              <mml:msub>
                <mml:mi>P</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>i</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>z</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi>q</mml:mi>
              <mml:mi>z</mml:mi>
              <mml:msub>
                <mml:mi>P</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>i</mml:mi>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>z</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>which constitutes an infinite set of difference equations to be solved for all such <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> z </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> functions.</p>
        <p>We solve this second-order linear difference equation by seeking a solution of the form <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> z </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:msup><mml:mi> λ </mml:mi><mml:mi> i </mml:mi></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> [<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>], where <inline-formula><mml:math><mml:mi> λ </mml:mi></mml:math></inline-formula> must meet</p>
        <disp-formula id="FD8">
          <label>(8)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msup>
                <mml:mi>λ</mml:mi>
                <mml:mi>i</mml:mi>
              </mml:msup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>p</mml:mi>
              <mml:mi>z</mml:mi>
              <mml:msup>
                <mml:mi>λ</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>i</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi>q</mml:mi>
              <mml:mi>z</mml:mi>
              <mml:msup>
                <mml:mi>λ</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>i</mml:mi>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>for all <inline-formula><mml:math><mml:mi> i </mml:mi></mml:math></inline-formula> , implying that <inline-formula><mml:math><mml:mi> λ </mml:mi></mml:math></inline-formula> must be a root of the following characteristic (quadratic, in this case) polynomial</p>
        <disp-formula id="FD9">
          <label>(9)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>λ</mml:mi>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>p</mml:mi>
              <mml:mi>z</mml:mi>
              <mml:msup>
                <mml:mi>λ</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:msup>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi>q</mml:mi>
              <mml:mi>z</mml:mi>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>The superposition principle then implies that a <italic>general</italic> solution to (7) is a <italic>linear combination</italic> of the two individual solutions, namely</p>
        <disp-formula id="FD10">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>P</mml:mi>
                <mml:mi>i</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>z</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>A</mml:mi>
              <mml:mo>⋅</mml:mo>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>λ</mml:mi>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mi>i</mml:mi>
              </mml:msubsup>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi>B</mml:mi>
              <mml:mo>⋅</mml:mo>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>λ</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
                <mml:mi>i</mml:mi>
              </mml:msubsup>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> λ </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> λ </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> are the two roots of (9) and <inline-formula><mml:math><mml:mi> A </mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mi> B </mml:mi></mml:math></inline-formula> are yet to be established.</p>
        <p>To find the <inline-formula><mml:math><mml:mi> A </mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mi> B </mml:mi></mml:math></inline-formula> values, we need to assume that the opponent starts with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> N </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> i </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> dollars and may thus lose the game as well. This means that our solution must also meet the following boundary conditions, namely <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> z </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> P </mml:mi><mml:mi> N </mml:mi></mml:msub><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> z </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , indicating that, upon reaching either State 0 or State <inline-formula><mml:math><mml:mi> N </mml:mi></mml:math></inline-formula> , the game is over and no more rounds are to be played. It is easy to verify that </p>
        <disp-formula id="FD11">
          <label>(10)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>P</mml:mi>
                <mml:mi>i</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>z</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>λ</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mi>i</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mi>λ</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                        <mml:mi>N</mml:mi>
                      </mml:msubsup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>λ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                    <mml:mi>i</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mi>λ</mml:mi>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mi>N</mml:mi>
                      </mml:msubsup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>λ</mml:mi>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mi>N</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mi>λ</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                    <mml:mi>N</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where</p>
        <disp-formula id="FD12">
          <label>(11)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>λ</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                  <mml:mo>,</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:msub>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                  <mml:mo>±</mml:mo>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>4</mml:mn>
                      <mml:mi>p</mml:mi>
                      <mml:mi>q</mml:mi>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>z</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msqrt>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>p</mml:mi>
                  <mml:mi>z</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>(roots of the characteristic polynomial) is the solution which meets (7) <italic>and</italic> both boundary conditions [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>].</p>
        <p>To get the solution we need (the opponent has infinite resources), we simply take the <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> N </mml:mi><mml:mo> → </mml:mo><mml:mi> ∞ </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> limit of (10), getting</p>
        <disp-formula id="FD13">
          <label>(12)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>P</mml:mi>
                <mml:mi>i</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>z</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msubsup>
                <mml:mi>λ</mml:mi>
                <mml:mn>2</mml:mn>
                <mml:mi>i</mml:mi>
              </mml:msubsup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:msqrt>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                              <mml:mo>−</mml:mo>
                              <mml:mn>4</mml:mn>
                              <mml:mi>p</mml:mi>
                              <mml:mi>q</mml:mi>
                              <mml:msup>
                                <mml:mi>z</mml:mi>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                              </mml:msup>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msqrt>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:mi>p</mml:mi>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mi>i</mml:mi>
              </mml:msup>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>since <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msub><mml:mi> λ </mml:mi><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:msub><mml:mo> &gt; </mml:mo><mml:msub><mml:mi> λ </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math></inline-formula> when <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mi> z </mml:mi><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Note that (12) is the <italic>only</italic> linear combination of the two individual solutions which does <italic>not</italic> exceed 1 when <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mi> z </mml:mi><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (a <italic>necessary</italic> condition of a PGF); using this condition, we could have proceeded to derive (12) more directly (but somehow less comprehensibly). Also note that we have effectively shown that (12) and (5) are identical functions.</p>
        <p>To prove that visiting State 0 sooner or later is inevitable is now quite simple: showing that (12) is equal to 1 when <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> z </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> p </mml:mi><mml:mo> ≤ </mml:mo><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ) follows from</p>
        <disp-formula id="FD14">
          <label>(13)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msqrt>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>4</mml:mn>
                  <mml:mi>p</mml:mi>
                  <mml:mi>q</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msqrt>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msqrt>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>4</mml:mn>
                  <mml:mi>p</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mn>4</mml:mn>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>p</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:msqrt>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msqrt>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:mi>p</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
              </mml:msqrt>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:mi>p</mml:mi>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Note that, when <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> p </mml:mi><mml:mo> &gt; </mml:mo><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ,</p>
        <disp-formula id="FD15">
          <label>(14)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>P</mml:mi>
                <mml:mi>i</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:msqrt>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msup>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mo>(</mml:mo>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:mn>1</mml:mn>
                                      <mml:mo>−</mml:mo>
                                      <mml:mn>2</mml:mn>
                                      <mml:mi>p</mml:mi>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mo>)</mml:mo>
                                  </mml:mrow>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                              </mml:msup>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msqrt>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:mi>p</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mi>i</mml:mi>
              </mml:msup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                              <mml:mi>p</mml:mi>
                              <mml:mo>−</mml:mo>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:mi>p</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mi>i</mml:mi>
              </mml:msup>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mi>q</mml:mi>
                        <mml:mi>p</mml:mi>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mi>i</mml:mi>
              </mml:msup>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Since this value is less than 1, the process may <italic>never</italic> reach State 0 and the gambler then keeps on winning indefinitely (with a probability given by, and thus explaining, the deficit).</p>
      </sec>
    </sec>
    <sec id="sec3">
      <title>3. Brownian-Motion Limit</title>
      <p>To convert (2) into a PDF of the first-passage time <inline-formula><mml:math><mml:mi> T </mml:mi></mml:math></inline-formula> of a Brownian motion with drift <inline-formula><mml:math><mml:mi> d </mml:mi></mml:math></inline-formula> (assumed to be <italic>negative</italic>, <italic>i.e.</italic><inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> d </mml:mi><mml:mo> &lt; </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ), diffusion coefficient <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> c </mml:mi><mml:mo> &gt; </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , and starting in State <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> &gt; </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , we proceed (as indicated in the Introduction) as follows:</p>
      <p>change the amount of a single bet to <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mi> k </mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , where <inline-formula><mml:math><mml:mi> k </mml:mi></mml:math></inline-formula> is a (large) integer; the initial State <inline-formula><mml:math><mml:mi> i </mml:mi></mml:math></inline-formula> is then replaced by <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> ⋅ </mml:mo><mml:mi> k </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ,play <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> c </mml:mi><mml:mo> ⋅ </mml:mo><mml:msup><mml:mi> k </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> rounds of the new game each unit of<italic>real</italic> time <inline-formula><mml:math><mml:mi> t </mml:mi></mml:math></inline-formula> ,while setting the player’s probability of winning each round at</p>
      <disp-formula id="FD16">
        <label>(15)</label>
        <mml:math>
          <mml:mrow>
            <mml:mi>p</mml:mi>
            <mml:mo>:</mml:mo>
            <mml:mo>=</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:mfrac>
            <mml:mo>+</mml:mo>
            <mml:mfrac>
              <mml:mi>d</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mn>2</mml:mn>
                <mml:mi>c</mml:mi>
                <mml:mi>k</mml:mi>
              </mml:mrow>
            </mml:mfrac>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mtext>
               
            </mml:mtext>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>(</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>&lt;</mml:mo>
                <mml:mfrac>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                </mml:mfrac>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>)</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:mrow>
        </mml:math>
      </disp-formula>
      <p>This means that, in a single round, the distribution of <italic>change</italic> in the value of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> X </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <italic>i.e.</italic> of its <italic>increment</italic><inline-formula><mml:math><mml:mtext> Δ </mml:mtext></mml:math></inline-formula> , is </p>
      <table-wrap id="tbl1">
        <label>Table 1</label>
        <table>
          <tbody>
            <tr>
              <td>
                <inline-formula>
                  <mml:math display="inline">
                    <mml:mi>Δ</mml:mi>
                  </mml:math>
                </inline-formula>
              </td>
              <td>
                <inline-formula>
                  <mml:math display="inline">
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mi>k</mml:mi>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                  </mml:math>
                </inline-formula>
              </td>
              <td>
                <inline-formula>
                  <mml:math display="inline">
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mi>k</mml:mi>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                  </mml:math>
                </inline-formula>
              </td>
            </tr>
            <tr>
              <td>
                <inline-formula>
                  <mml:math display="inline">
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>Pr</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:math>
                </inline-formula>
              </td>
              <td>
                <inline-formula>
                  <mml:math display="inline">
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mi>d</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:mi>c</mml:mi>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                  </mml:math>
                </inline-formula>
              </td>
              <td>
                <inline-formula>
                  <mml:math display="inline">
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mi>d</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:mi>c</mml:mi>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                  </mml:math>
                </inline-formula>
              </td>
            </tr>
          </tbody>
        </table>
      </table-wrap>
      <p>having the expected value of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mi> d </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> c </mml:mi><mml:mo> ⋅ </mml:mo><mml:msup><mml:mi> k </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and variance equal to <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> k </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac><mml:mo> − </mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> d </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> c </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:msup><mml:mi> k </mml:mi><mml:mn> 4 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . This further implies that, at time <inline-formula><mml:math><mml:mi> t </mml:mi></mml:math></inline-formula> (after <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> c </mml:mi><mml:msup><mml:mi> k </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> independent rounds have been played) the expected value of the <italic>total</italic> increment is <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> d </mml:mi><mml:mo> ⋅ </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , with the corresponding variance of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> c </mml:mi><mml:mo> ⋅ </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> − </mml:mo><mml:mfrac><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> d </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mi> c </mml:mi><mml:mo> ⋅ </mml:mo><mml:msup><mml:mi> k </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ; Brownian motion is then the limit of this process as <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> → </mml:mo><mml:mi> ∞ </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . Central Limit Theorem tells us that the distribution of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> X </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is Normal, with the mean of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mo> + </mml:mo><mml:mi> d </mml:mi><mml:mo> ⋅ </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and variance equal to <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> c </mml:mi><mml:mo> ⋅ </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> .</p>
      <sec id="sec3dot1">
        <title>3.1. Stirling’s Formula</title>
        <p>To find the corresponding limit of the <inline-formula><mml:math><mml:mover accent="true"><mml:mi> T </mml:mi><mml:mo> ˜ </mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> distribution, namely of (2), with the goal of getting the PDF of <inline-formula><mml:math><mml:mi> T </mml:mi></mml:math></inline-formula> , we need the following result</p>
        <disp-formula id="FD17">
          <label>(16)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>ln</mml:mi>
              <mml:mi>k</mml:mi>
              <mml:mo>!</mml:mo>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>k</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mi>ln</mml:mi>
              <mml:mi>k</mml:mi>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mi>k</mml:mi>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:mi>ln</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>π</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mo>⋯</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where the ellipsis represents an expression which tends to 0 when <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> → </mml:mo><mml:mi> ∞ </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> [<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>].</p>
        <p>To prove it (following the same reference), we start with </p>
        <disp-formula id="FD18">
          <label>(17)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>k</mml:mi>
              <mml:mo>!</mml:mo>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:mrow>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mo>∫</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                    <mml:mi>∞</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mi>x</mml:mi>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:msup>
                    <mml:msup>
                      <mml:mtext>e</mml:mtext>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mi>x</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msup>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mi>x</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>(proved easily using by-part integration) which, after the <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> x </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> ⋅ </mml:mo><mml:mi> y </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> substitution, becomes</p>
        <disp-formula id="FD19">
          <label>(18)</label>
          <mml:math>
            <mml:mtable>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:msup>
                  <mml:mstyle displaystyle="true">
                    <mml:mrow>
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mo>∫</mml:mo>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                        <mml:mi>∞</mml:mi>
                      </mml:msubsup>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>k</mml:mi>
                        <mml:mo>⋅</mml:mo>
                        <mml:msup>
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                        </mml:msup>
                        <mml:mi>exp</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mi>y</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mtext>d</mml:mtext>
                        <mml:mi>y</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mstyle>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mstyle displaystyle="true">
                    <mml:mrow>
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mo>∫</mml:mo>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                        <mml:mi>∞</mml:mi>
                      </mml:msubsup>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>exp</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>(</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>y</mml:mi>
                                <mml:mo>−</mml:mo>
                                <mml:mi>ln</mml:mi>
                                <mml:mi>y</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mo>)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mtext>d</mml:mtext>
                        <mml:mi>y</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mstyle>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:msup>
                    <mml:mtext>e</mml:mtext>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msup>
                  <mml:mstyle displaystyle="true">
                    <mml:mrow>
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mo>∫</mml:mo>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                        <mml:mi>∞</mml:mi>
                      </mml:msubsup>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>exp</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mo>(</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mi>y</mml:mi>
                                <mml:mo>−</mml:mo>
                                <mml:mi>ln</mml:mi>
                                <mml:mi>y</mml:mi>
                                <mml:mo>−</mml:mo>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mo>)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mtext>d</mml:mtext>
                        <mml:mi>y</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mstyle>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Taylor-expanding the integrand’s <italic>exponent</italic> at <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> yields</p>
        <disp-formula id="FD20">
          <label>(19)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mi>k</mml:mi>
              <mml:mo>⋅</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi>k</mml:mi>
              <mml:mo>⋅</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mn>3</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mi>k</mml:mi>
              <mml:mo>⋅</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>y</mml:mi>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>4</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mn>4</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mo>⋯</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>while the integrand itself can then be expanded (and subsequently integrated), using the classical Laplace Method [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>], as follows</p>
        <disp-formula id="FD21">
          <label>(20)</label>
          <mml:math>
            <mml:mtable columnalign="left">
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mstyle displaystyle="true">
                    <mml:mrow>
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mo>∫</mml:mo>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                        <mml:mi>∞</mml:mi>
                      </mml:msubsup>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>exp</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mo>⋅</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                              <mml:mrow>
                                <mml:msup>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:mo>(</mml:mo>
                                      <mml:mrow>
                                        <mml:mi>y</mml:mi>
                                        <mml:mo>−</mml:mo>
                                        <mml:mn>1</mml:mn>
                                      </mml:mrow>
                                      <mml:mo>)</mml:mo>
                                    </mml:mrow>
                                  </mml:mrow>
                                  <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msup>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:mfrac>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>⋅</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mo>⋅</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                              <mml:mrow>
                                <mml:msup>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:mo>(</mml:mo>
                                      <mml:mrow>
                                        <mml:mi>y</mml:mi>
                                        <mml:mo>−</mml:mo>
                                        <mml:mn>1</mml:mn>
                                      </mml:mrow>
                                      <mml:mo>)</mml:mo>
                                    </mml:mrow>
                                  </mml:mrow>
                                  <mml:mn>3</mml:mn>
                                </mml:msup>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mn>3</mml:mn>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mo>⋅</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                              <mml:mrow>
                                <mml:msup>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:mo>(</mml:mo>
                                      <mml:mrow>
                                        <mml:mi>y</mml:mi>
                                        <mml:mo>−</mml:mo>
                                        <mml:mn>1</mml:mn>
                                      </mml:mrow>
                                      <mml:mo>)</mml:mo>
                                    </mml:mrow>
                                  </mml:mrow>
                                  <mml:mn>4</mml:mn>
                                </mml:msup>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mn>4</mml:mn>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:msup>
                              <mml:mi>k</mml:mi>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:msup>
                            <mml:mo>⋅</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                              <mml:mrow>
                                <mml:msup>
                                  <mml:mrow>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:mo>(</mml:mo>
                                      <mml:mrow>
                                        <mml:mi>y</mml:mi>
                                        <mml:mo>−</mml:mo>
                                        <mml:mn>1</mml:mn>
                                      </mml:mrow>
                                      <mml:mo>)</mml:mo>
                                    </mml:mrow>
                                  </mml:mrow>
                                  <mml:mn>6</mml:mn>
                                </mml:msup>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                                <mml:mo>⋅</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                  <mml:mn>3</mml:mn>
                                  <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msup>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mo>⋯</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mtext>d</mml:mtext>
                        <mml:mi>y</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mstyle>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msqrt>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:mi>π</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msqrt>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msqrt>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:mi>π</mml:mi>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msqrt>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mstyle displaystyle="true">
                    <mml:mrow>
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mo>∫</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:msqrt>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                          </mml:msqrt>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mi>∞</mml:mi>
                      </mml:msubsup>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>exp</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                              <mml:mrow>
                                <mml:msup>
                                  <mml:mi>u</mml:mi>
                                  <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msup>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:mfrac>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>⋅</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                              <mml:mrow>
                                <mml:msup>
                                  <mml:mi>u</mml:mi>
                                  <mml:mn>3</mml:mn>
                                </mml:msup>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mn>3</mml:mn>
                                <mml:msqrt>
                                  <mml:mi>k</mml:mi>
                                </mml:msqrt>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                              <mml:mrow>
                                <mml:msup>
                                  <mml:mi>u</mml:mi>
                                  <mml:mn>4</mml:mn>
                                </mml:msup>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mn>4</mml:mn>
                                <mml:mi>k</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                              <mml:mrow>
                                <mml:msup>
                                  <mml:mi>u</mml:mi>
                                  <mml:mn>6</mml:mn>
                                </mml:msup>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                                <mml:mo>⋅</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                  <mml:mn>3</mml:mn>
                                  <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msup>
                                <mml:mi>k</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mo>⋯</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mtext>d</mml:mtext>
                        <mml:mi>u</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mstyle>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>after the <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> y </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> + </mml:mo><mml:mfrac><mml:mi> u </mml:mi><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mi> k </mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> substitution. Note that the method exponentiates the first term of (19) directly (resulting in a Gaussian peak), while the remaining two terms, being <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mrow><mml:msqrt><mml:mi> k </mml:mi></mml:msqrt></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mi> k </mml:mi></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> small respectively, are expanded accordingly; furthermore, for large <inline-formula><mml:math><mml:mi> k </mml:mi></mml:math></inline-formula> , it is legitimate to change the integral’s lower limit to <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> ∞ </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . All we need now are the 0<sup>th</sup>, 3<sup>rd</sup>, 4<sup>th</sup> and 6<sup>th</sup> moments of the standard Normal distribution; these are equal to 1, 0, 3 and 15 respectively. The value of (20) is thus</p>
        <disp-formula id="FD22">
          <label>(21)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msqrt>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>π</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:msqrt>
              <mml:mo>⋅</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>3</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>4</mml:mn>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>5</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>6</mml:mn>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mo>⋯</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msqrt>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>π</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:msqrt>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mn>1</mml:mn>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>12</mml:mn>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>⋅</mml:mo>
              <mml:msqrt>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>π</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>k</mml:mi>
                        <mml:mn>3</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:msqrt>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mo>⋯</mml:mo>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>For (18), and consequently for (17), this implies</p>
        <disp-formula id="FD23">
          <label>(22)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>k</mml:mi>
              <mml:mo>!</mml:mo>
              <mml:mo>≈</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mi>k</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>k</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mo>/</mml:mo>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:msup>
                <mml:mtext>e</mml:mtext>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mi>k</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msup>
              <mml:msqrt>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>π</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:msqrt>
              <mml:mo>⋅</mml:mo>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>1</mml:mn>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>12</mml:mn>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mo>⋯</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>which is a re-statement of (16), with the extra <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mrow><mml:mn> 12 </mml:mn><mml:mi> k </mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> term indicating an error of the formula (ignored in our subsequent <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> → </mml:mo><mml:mi> ∞ </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> limits). Note that this result is readily extended to <italic>non-integer</italic> positive <inline-formula><mml:math><mml:mi> k </mml:mi></mml:math></inline-formula> values when (17) is used as a <italic>definition</italic> of a factorial.</p>
      </sec>
      <sec id="sec3dot2">
        <title>3.2. PDF of First-Passage Time</title>
        <p>To find the PDF of the random variable <inline-formula><mml:math><mml:mi> T </mml:mi></mml:math></inline-formula> (continuous version of <inline-formula><mml:math><mml:mover accent="true"><mml:mi> T </mml:mi><mml:mo> ˜ </mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> , defined by <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> T </mml:mi><mml:mo> : </mml:mo><mml:mo> = </mml:mo><mml:mfrac><mml:mover accent="true"><mml:mi> T </mml:mi><mml:mo> ˜ </mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> k </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ), all we need is to replace <inline-formula><mml:math><mml:mi> i </mml:mi></mml:math></inline-formula> by <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mi> k </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , <inline-formula><mml:math><mml:mi> n </mml:mi></mml:math></inline-formula> by <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> c </mml:mi><mml:msup><mml:mi> k </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mi> p </mml:mi></mml:math></inline-formula> by <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mfrac><mml:mo> + </mml:mo><mml:mfrac><mml:mi> d </mml:mi><mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mi> c </mml:mi><mml:mi> k </mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> in (2), further divide by the discrete step of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mrow><mml:mi> c </mml:mi><mml:msup><mml:mi> k </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (converted from <inline-formula><mml:math><mml:mover accent="true"><mml:mi> T </mml:mi><mml:mo> ˜ </mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> to <inline-formula><mml:math><mml:mi> T </mml:mi></mml:math></inline-formula> scale), and take the <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> → </mml:mo><mml:mi> ∞ </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> limit. This becomes easier when done with the <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mtext> ln </mml:mtext></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of the PMF instead; we start with</p>
        <disp-formula id="FD24">
          <label>(23)</label>
          <mml:math display="inline">
            <mml:mtable columnalign="left">
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mi>ln</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mtable columnalign="left">
                        <mml:mtr columnalign="left">
                          <mml:mtd columnalign="left">
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                          </mml:mtd>
                        </mml:mtr>
                        <mml:mtr columnalign="left">
                          <mml:mtd columnalign="left">
                            <mml:mrow>
                              <mml:mfrac>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>n</mml:mi>
                                  <mml:mo>+</mml:mo>
                                  <mml:mi>i</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                              </mml:mfrac>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mtd>
                        </mml:mtr>
                      </mml:mtable>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mover>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mtext>sub</mml:mtext>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mover>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mi>ln</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>c</mml:mi>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>k</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:mo>!</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mi>ln</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>c</mml:mi>
                          <mml:mi>t</mml:mi>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mo>!</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mi>ln</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>c</mml:mi>
                          <mml:mi>t</mml:mi>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mo>!</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>c</mml:mi>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>k</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:munder accentunder="true">
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>ln</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>c</mml:mi>
                          <mml:mi>t</mml:mi>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo stretchy="true">_</mml:mo>
                  </mml:munder>
                  <mml:menclose notation="box">
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mi>c</mml:mi>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>k</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:menclose>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mi>ln</mml:mi>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>π</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msqrt>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>c</mml:mi>
                          <mml:mi>t</mml:mi>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:munder accentunder="true">
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>ln</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>c</mml:mi>
                              <mml:mi>t</mml:mi>
                              <mml:msup>
                                <mml:mi>k</mml:mi>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                              </mml:msup>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo stretchy="true">_</mml:mo>
                      </mml:munder>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mi>ln</mml:mi>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>c</mml:mi>
                              <mml:mi>t</mml:mi>
                              <mml:mi>k</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mfrac>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msup>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                              </mml:msup>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                              <mml:msup>
                                <mml:mi>c</mml:mi>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                              </mml:msup>
                              <mml:msup>
                                <mml:mi>t</mml:mi>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                              </mml:msup>
                              <mml:msup>
                                <mml:mi>k</mml:mi>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                              </mml:msup>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mfrac>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mo>⋯</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:menclose notation="box">
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>c</mml:mi>
                          <mml:mi>t</mml:mi>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                  </mml:menclose>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mi>ln</mml:mi>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>π</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msqrt>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>c</mml:mi>
                          <mml:mi>t</mml:mi>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:munder accentunder="true">
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>ln</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>c</mml:mi>
                              <mml:mi>t</mml:mi>
                              <mml:msup>
                                <mml:mi>k</mml:mi>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                              </mml:msup>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo stretchy="true">_</mml:mo>
                      </mml:munder>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mi>ln</mml:mi>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>c</mml:mi>
                              <mml:mi>t</mml:mi>
                              <mml:mi>k</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mfrac>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msup>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                              </mml:msup>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                              <mml:msup>
                                <mml:mi>c</mml:mi>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                              </mml:msup>
                              <mml:msup>
                                <mml:mi>t</mml:mi>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                              </mml:msup>
                              <mml:msup>
                                <mml:mi>k</mml:mi>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                              </mml:msup>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mfrac>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mo>⋯</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:menclose notation="box">
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>c</mml:mi>
                          <mml:mi>t</mml:mi>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                  </mml:menclose>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mi>ln</mml:mi>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>π</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msqrt>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mover>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>lim</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mover>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mi>ln</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>c</mml:mi>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>k</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>c</mml:mi>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>k</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mn>1</mml:mn>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mi>ln</mml:mi>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>c</mml:mi>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>c</mml:mi>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mi>ln</mml:mi>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>π</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msqrt>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mo>⋯</mml:mo>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where the two terms in parentheses ending with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> + </mml:mo><mml:mo> ⋯ </mml:mo></mml:mrow></mml:math></inline-formula> represent expansions of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mtext> ln </mml:mtext><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> + </mml:mo><mml:mfrac><mml:mi> a </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> c </mml:mi><mml:mi> t </mml:mi><mml:mi> k </mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mtext> ln </mml:mtext><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mo> − </mml:mo><mml:mfrac><mml:mi> a </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> c </mml:mi><mml:mi> t </mml:mi><mml:mi> k </mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ; note that the <italic>total</italic> coefficient of the underscored terms reduces to <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , while the boxed terms cancel out in full (<inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mover><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mtext> sub </mml:mtext></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mover><mml:mo> = </mml:mo><mml:mrow><mml:mi> lim </mml:mi></mml:mrow></mml:mover></mml:mrow></mml:math></inline-formula> imply: ‘after substitution’ and ‘after taking the <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> → </mml:mo><mml:mi> ∞ </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> limit’, respectively).</p>
        <p>Secondly</p>
        <disp-formula id="FD25">
          <label>(24)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>ln</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mi>i</mml:mi>
                    <mml:mi>n</mml:mi>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mover>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>sub</mml:mtext>
                </mml:mrow>
              </mml:mover>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mi>ln</mml:mi>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mi>ln</mml:mi>
              <mml:mi>c</mml:mi>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mi>ln</mml:mi>
              <mml:mi>t</mml:mi>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mi>ln</mml:mi>
              <mml:mi>k</mml:mi>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>and </p>
        <disp-formula id="FD26">
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mi>i</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:mi>ln</mml:mi>
              <mml:mi>p</mml:mi>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>n</mml:mi>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mi>i</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:mi>ln</mml:mi>
              <mml:mi>q</mml:mi>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mover>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>sub</mml:mtext>
                </mml:mrow>
              </mml:mover>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>c</mml:mi>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mi>k</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:mi>ln</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mi>d</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>c</mml:mi>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>c</mml:mi>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mi>k</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mn>2</mml:mn>
              </mml:mfrac>
              <mml:mi>ln</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mn>1</mml:mn>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mi>d</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>c</mml:mi>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <disp-formula id="FD27">
          <label>(25)</label>
          <mml:math>
            <mml:mtable columnalign="left">
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>c</mml:mi>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>k</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mi>ln</mml:mi>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mi>d</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>c</mml:mi>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>d</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>c</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mo>⋯</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>c</mml:mi>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>k</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mi>ln</mml:mi>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mi>d</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>c</mml:mi>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>d</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>c</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mo>⋯</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mover>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>lim</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mover>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mi>c</mml:mi>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>k</mml:mi>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                  <mml:mi>ln</mml:mi>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mi>d</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>c</mml:mi>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>d</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>c</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Finally, adding the re-scaling factor of </p>
        <disp-formula id="FD28">
          <label>(26)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mn>2</mml:mn>
              <mml:mi>ln</mml:mi>
              <mml:mi>k</mml:mi>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi>ln</mml:mi>
              <mml:mi>c</mml:mi>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mi>ln</mml:mi>
              <mml:mn>2</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>yields the following total of the last four results (note that all <inline-formula><mml:math><mml:mi> k </mml:mi></mml:math></inline-formula> -related terms have either cancelled out or had a zero limit)</p>
        <disp-formula id="FD29">
          <label>(27)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>ln</mml:mi>
              <mml:mi>f</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mi>d</mml:mi>
                          <mml:mi>t</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mn>2</mml:mn>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mrow>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>c</mml:mi>
                  <mml:mi>t</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mo>+</mml:mo>
              <mml:mi>ln</mml:mi>
              <mml:msqrt>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>a</mml:mi>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>π</mml:mi>
                      <mml:mi>c</mml:mi>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>t</mml:mi>
                        <mml:mn>3</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
              </mml:msqrt>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>This is then easily converted to the PDF of <inline-formula><mml:math><mml:mi> T </mml:mi></mml:math></inline-formula> , namely</p>
        <disp-formula id="FD30">
          <label>(28)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>f</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>t</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>π</mml:mi>
                      <mml:mi>c</mml:mi>
                      <mml:msup>
                        <mml:mi>t</mml:mi>
                        <mml:mn>3</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msqrt>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mi>exp</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msup>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>(</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mi>d</mml:mi>
                              <mml:mi>t</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>)</mml:mo>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:msup>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>c</mml:mi>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>when <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> &gt; </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> (zero otherwise); note that the <inline-formula><mml:math><mml:mi> a </mml:mi></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mi> c </mml:mi></mml:math></inline-formula> parameters are positive while <inline-formula><mml:math><mml:mi> d </mml:mi></mml:math></inline-formula> must be negative. The corresponding distribution is called <italic>inverse Gaussian</italic>; it has a mean of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mi> a </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> d </mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , variance equal to <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mrow><mml:mi> a </mml:mi><mml:mi> c </mml:mi></mml:mrow><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:msup><mml:mi> d </mml:mi><mml:mn> 3 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , while <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mn> 3 </mml:mn><mml:msqrt><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mi> c </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mi> d </mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:math></inline-formula> is its skewness. When <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> d </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , (28) gets reduced to a special case of Levy distribution (effectively the distribution of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> Y </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mrow></mml:msup></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , where <inline-formula><mml:math><mml:mi> Y </mml:mi></mml:math></inline-formula> is Normal with the mean of 0 and variance of <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mi> c </mml:mi><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> a </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ).</p>
        <p>Note that <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mstyle displaystyle="true"><mml:mrow><mml:msubsup><mml:mo> ∫ </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn><mml:mi> ∞ </mml:mi></mml:msubsup><mml:mrow><mml:mi> f </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> t </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow><mml:mtext> d </mml:mtext><mml:mi> t </mml:mi></mml:mrow></mml:mrow></mml:mstyle><mml:mo> = </mml:mo><mml:mn> 1 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> when the three parameters meet the above conditions; this result is inherited from (2). To find the total probability of (28) when <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> d </mml:mi><mml:mo> &gt; </mml:mo><mml:mn> 0 </mml:mn></mml:mrow></mml:math></inline-formula> requires its non-trivial integration; this can be bypassed by taking the <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> → </mml:mo><mml:mi> ∞ </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> limit of (14) or, more easily, of its natural logarithm, thus getting</p>
        <disp-formula id="FD31">
          <label>(29)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mi>k</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>[</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>ln</mml:mtext>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mi>d</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:mi>c</mml:mi>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mtext>ln</mml:mtext>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mn>1</mml:mn>
                        <mml:mn>2</mml:mn>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mi>d</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:mi>c</mml:mi>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>]</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi>a</mml:mi>
              <mml:mi>k</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>d</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>c</mml:mi>
                      <mml:mi>k</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>+</mml:mo>
                  <mml:mo>⋯</mml:mo>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mover>
                <mml:mo>=</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mi>lim</mml:mi>
                </mml:mrow>
              </mml:mover>
              <mml:mtext>
                 
              </mml:mtext>
              <mml:mfrac>
                <mml:mrow>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mn>2</mml:mn>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mi>d</mml:mi>
                </mml:mrow>
                <mml:mi>c</mml:mi>
              </mml:mfrac>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>This implies that the probability of Brownian motion with such parameters <italic>never</italic> reaching State 0 is</p>
        <disp-formula id="FD32">
          <label>(30)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mn>1</mml:mn>
              <mml:mo>−</mml:mo>
              <mml:mtext>exp</mml:mtext>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mi>d</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>c</mml:mi>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
      </sec>
      <sec id="sec3dot3">
        <title>
          3.3.
          <inline-formula>
            <mml:math display="inline">
              <mml:mo>■</mml:mo>
            </mml:math>
          </inline-formula>
          Moment Generating Function (MGF) of
          <inline-formula>
            <mml:math>
              <mml:mstyle mathvariant="bold" mathsize="normal">
                <mml:mi>T</mml:mi>
              </mml:mstyle>
            </mml:math>
          </inline-formula>
        </title>
        <p>The usual way of deriving (28) is to find the corresponding MGF first (using a long sequence of intricate arguments), and then convert it to the corresponding PDF (yet another difficult task); the advantage of our approach is in bypassing this entirely and obtaining (28) directly from its discrete analog, as done already in this article.</p>
        <p>Nevertheless, for completeness, we now show how the same MGF is almost effortlessly derived (again, from its discrete analog) by taking a limit of the PGF of <inline-formula><mml:math><mml:mover accent="true"><mml:mi> T </mml:mi><mml:mo> ˜ </mml:mo></mml:mover></mml:math></inline-formula> . All we need to do is to replace <inline-formula><mml:math><mml:mi> z </mml:mi></mml:math></inline-formula> in</p>
        <disp-formula id="FD33">
          <label>(31)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:msub>
                <mml:mi>P</mml:mi>
                <mml:mi>i</mml:mi>
              </mml:msub>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>z</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>:</mml:mo>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:msup>
                    <mml:mi>z</mml:mi>
                    <mml:mover accent="true">
                      <mml:mi>T</mml:mi>
                      <mml:mo>˜</mml:mo>
                    </mml:mover>
                  </mml:msup>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:msup>
                <mml:mrow>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:msqrt>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                              <mml:mo>−</mml:mo>
                              <mml:mn>4</mml:mn>
                              <mml:mi>p</mml:mi>
                              <mml:mi>q</mml:mi>
                              <mml:msup>
                                <mml:mi>z</mml:mi>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                              </mml:msup>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msqrt>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:mi>p</mml:mi>
                          <mml:mi>z</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mi>i</mml:mi>
              </mml:msup>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>by <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mtext> exp </mml:mtext><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mi> ϕ </mml:mi><mml:mrow><mml:mi> c </mml:mi><mml:msup><mml:mi> k </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> , since the old time step now takes <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mrow><mml:mi> c </mml:mi><mml:msup><mml:mi> k </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> of the new time units (<italic>i.e.</italic><inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> T </mml:mi><mml:mo> = </mml:mo><mml:mfrac><mml:mover accent="true"><mml:mi> T </mml:mi><mml:mo> ˜ </mml:mo></mml:mover><mml:mrow><mml:mi> c </mml:mi><mml:msup><mml:mi> k </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ), while recalling the definition of</p>
        <disp-formula id="FD34">
          <label>(32)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mi>M</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
              <mml:mo>:</mml:mo>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
              <mml:mrow>
                <mml:mo>(</mml:mo>
                <mml:mrow>
                  <mml:mtext>exp</mml:mtext>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                      <mml:mo>⋅</mml:mo>
                      <mml:mi>T</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
                <mml:mo>)</mml:mo>
              </mml:mrow>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>Furthermore, making the usual <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> i </mml:mi><mml:mo> → </mml:mo><mml:mi> a </mml:mi><mml:mi> k </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> and <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> p </mml:mi><mml:mo> → </mml:mo><mml:mfrac><mml:mn> 1 </mml:mn><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:mfrac><mml:mo> + </mml:mo><mml:mfrac><mml:mi> d </mml:mi><mml:mrow><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mi> c </mml:mi><mml:mi> k </mml:mi></mml:mrow></mml:mfrac></mml:mrow></mml:math></inline-formula> substitutions and taking the <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> k </mml:mi><mml:mo> → </mml:mo><mml:mi> ∞ </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> limit (again, it is easier to work with <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> ln </mml:mi><mml:mi> M </mml:mi><mml:mrow><mml:mo> ( </mml:mo><mml:mi> ϕ </mml:mi><mml:mo> ) </mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math></inline-formula> instead) results in</p>
        <disp-formula id="FD35">
          <label>(33)</label>
          <mml:math display="inline">
            <mml:mtable columnalign="left">
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mi>ln</mml:mi>
                  <mml:msub>
                    <mml:mi>P</mml:mi>
                    <mml:mi>i</mml:mi>
                  </mml:msub>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>exp</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>c</mml:mi>
                              <mml:msup>
                                <mml:mi>k</mml:mi>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                              </mml:msup>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mfrac>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mover>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mtext>sub</mml:mtext>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mover>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mi>k</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>ln</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:msqrt>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mn>1</mml:mn>
                              <mml:mo>−</mml:mo>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mo>(</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mn>1</mml:mn>
                                  <mml:mo>−</mml:mo>
                                  <mml:mfrac>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:msup>
                                        <mml:mi>d</mml:mi>
                                        <mml:mn>2</mml:mn>
                                      </mml:msup>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:msup>
                                        <mml:mi>c</mml:mi>
                                        <mml:mn>2</mml:mn>
                                      </mml:msup>
                                      <mml:msup>
                                        <mml:mi>k</mml:mi>
                                        <mml:mn>2</mml:mn>
                                      </mml:msup>
                                    </mml:mrow>
                                  </mml:mfrac>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo>)</mml:mo>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mo>(</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mn>1</mml:mn>
                                  <mml:mo>+</mml:mo>
                                  <mml:mfrac>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:mn>2</mml:mn>
                                      <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mrow>
                                      <mml:mi>c</mml:mi>
                                      <mml:msup>
                                        <mml:mi>k</mml:mi>
                                        <mml:mn>2</mml:mn>
                                      </mml:msup>
                                    </mml:mrow>
                                  </mml:mfrac>
                                  <mml:mo>+</mml:mo>
                                  <mml:mo>⋯</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo>)</mml:mo>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msqrt>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mi>ln</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:mo>+</mml:mo>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mi>d</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>c</mml:mi>
                              <mml:mi>k</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mfrac>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>c</mml:mi>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mi>k</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>[</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>ln</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>(</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>1</mml:mn>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:msqrt>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mfrac>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:msup>
                                    <mml:mi>d</mml:mi>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                  </mml:msup>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:msup>
                                    <mml:mi>c</mml:mi>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                  </mml:msup>
                                  <mml:msup>
                                    <mml:mi>k</mml:mi>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                  </mml:msup>
                                </mml:mrow>
                              </mml:mfrac>
                              <mml:mo>−</mml:mo>
                              <mml:mfrac>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mn>2</mml:mn>
                                  <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mrow>
                                  <mml:mi>c</mml:mi>
                                  <mml:msup>
                                    <mml:mi>k</mml:mi>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                  </mml:msup>
                                </mml:mrow>
                              </mml:mfrac>
                              <mml:mo>+</mml:mo>
                              <mml:mo>⋯</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                          </mml:msqrt>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mo>)</mml:mo>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mi>d</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>c</mml:mi>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mo>⋯</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>]</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mi>a</mml:mi>
                  <mml:mi>k</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:msqrt>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msup>
                                <mml:mi>d</mml:mi>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                              </mml:msup>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mrow>
                              <mml:msup>
                                <mml:mi>c</mml:mi>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                              </mml:msup>
                              <mml:msup>
                                <mml:mi>k</mml:mi>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                              </mml:msup>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mfrac>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mfrac>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                              <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mi>c</mml:mi>
                              <mml:msup>
                                <mml:mi>k</mml:mi>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                              </mml:msup>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mfrac>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msqrt>
                      <mml:mo>−</mml:mo>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mi>d</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mi>c</mml:mi>
                          <mml:mi>k</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mfrac>
                      <mml:mo>+</mml:mo>
                      <mml:mo>⋯</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mover>
                    <mml:mo>=</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>lim</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mover>
                  <mml:mtext>
                     
                  </mml:mtext>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:mi>d</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>c</mml:mi>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mo>−</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mi>a</mml:mi>
                      <mml:msqrt>
                        <mml:mrow>
                          <mml:msup>
                            <mml:mi>d</mml:mi>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                          </mml:msup>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:mi>c</mml:mi>
                          <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msqrt>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mi>c</mml:mi>
                  </mml:mfrac>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>which agrees with the classical result of [<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>].</p>
        <p>Rather than using this MGF to re-derive (28) (which would be, as already mentioned, quite difficult), we proceed in reverse, <italic>verifying</italic> that we can get the same MGF directly from (28). This happens to be much easier, since it is possible to bypass actual integration and proceed as follows</p>
        <disp-formula id="FD36">
          <label>(34)</label>
          <mml:math>
            <mml:mtable>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mi>M</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mstyle displaystyle="true">
                    <mml:mrow>
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mo>∫</mml:mo>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                        <mml:mi>∞</mml:mi>
                      </mml:msubsup>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mi>f</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mi>t</mml:mi>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mi>exp</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                            <mml:mo>⋅</mml:mo>
                            <mml:mi>t</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mtext>d</mml:mtext>
                        <mml:mi>t</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mstyle>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msqrt>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:mi>π</mml:mi>
                          <mml:mi>c</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msqrt>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mstyle displaystyle="true">
                    <mml:mrow>
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mo>∫</mml:mo>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                        <mml:mi>∞</mml:mi>
                      </mml:msubsup>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msup>
                          <mml:mi>t</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mn>3</mml:mn>
                              <mml:mo>/</mml:mo>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msup>
                        <mml:mi>exp</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                              <mml:mrow>
                                <mml:msup>
                                  <mml:mi>d</mml:mi>
                                  <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msup>
                                <mml:msup>
                                  <mml:mi>t</mml:mi>
                                  <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msup>
                                <mml:mo>+</mml:mo>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                                <mml:mi>d</mml:mi>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mi>t</mml:mi>
                                <mml:mo>+</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                  <mml:mi>a</mml:mi>
                                  <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msup>
                                <mml:mo>−</mml:mo>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                                <mml:mi>c</mml:mi>
                                <mml:mi>ϕ</mml:mi>
                                <mml:msup>
                                  <mml:mi>t</mml:mi>
                                  <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msup>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                                <mml:mi>c</mml:mi>
                                <mml:mi>t</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mfrac>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mtext>d</mml:mtext>
                        <mml:mi>t</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mstyle>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mi>exp</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mi>d</mml:mi>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mi>D</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mi>c</mml:mi>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                  <mml:mo>⋅</mml:mo>
                  <mml:mfrac>
                    <mml:mi>a</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:msqrt>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                          <mml:mi>π</mml:mi>
                          <mml:mi>c</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                      </mml:msqrt>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mfrac>
                  <mml:mstyle displaystyle="true">
                    <mml:mrow>
                      <mml:msubsup>
                        <mml:mo>∫</mml:mo>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                        <mml:mi>∞</mml:mi>
                      </mml:msubsup>
                      <mml:mrow>
                        <mml:msup>
                          <mml:mi>t</mml:mi>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                              <mml:mn>3</mml:mn>
                              <mml:mo>/</mml:mo>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:mrow>
                          </mml:mrow>
                        </mml:msup>
                        <mml:mi>exp</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>(</mml:mo>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mo>−</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                              <mml:mrow>
                                <mml:msup>
                                  <mml:mi>D</mml:mi>
                                  <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msup>
                                <mml:msup>
                                  <mml:mi>t</mml:mi>
                                  <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msup>
                                <mml:mo>−</mml:mo>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                                <mml:mi>D</mml:mi>
                                <mml:mi>a</mml:mi>
                                <mml:mi>t</mml:mi>
                                <mml:mo>+</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                  <mml:mi>a</mml:mi>
                                  <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msup>
                              </mml:mrow>
                              <mml:mrow>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                                <mml:mi>c</mml:mi>
                                <mml:mi>t</mml:mi>
                              </mml:mrow>
                            </mml:mfrac>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mo>)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mtext>d</mml:mtext>
                        <mml:mi>t</mml:mi>
                      </mml:mrow>
                    </mml:mrow>
                  </mml:mstyle>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
              <mml:mtr>
                <mml:mtd>
                  <mml:mo>=</mml:mo>
                  <mml:mi>exp</mml:mi>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mo>(</mml:mo>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mfrac>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mi>d</mml:mi>
                          <mml:mo>−</mml:mo>
                          <mml:mi>a</mml:mi>
                          <mml:mi>D</mml:mi>
                        </mml:mrow>
                        <mml:mi>c</mml:mi>
                      </mml:mfrac>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mo>)</mml:mo>
                  </mml:mrow>
                </mml:mtd>
              </mml:mtr>
            </mml:mtable>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>where <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mi> D </mml:mi><mml:mo> : </mml:mo><mml:mo> = </mml:mo><mml:msqrt><mml:mrow><mml:msup><mml:mi> d </mml:mi><mml:mn> 2 </mml:mn></mml:msup><mml:mo> − </mml:mo><mml:mn> 2 </mml:mn><mml:mi> c </mml:mi><mml:mi> ϕ </mml:mi></mml:mrow></mml:msqrt></mml:mrow></mml:math></inline-formula> . The last step follows from the fact that</p>
        <disp-formula id="FD37">
          <label>(35)</label>
          <mml:math>
            <mml:mrow>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:mrow>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mo>∫</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                    <mml:mi>∞</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:mi>f</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mfrac>
                <mml:mi>a</mml:mi>
                <mml:mrow>
                  <mml:msqrt>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mn>2</mml:mn>
                      <mml:mi>π</mml:mi>
                      <mml:mi>c</mml:mi>
                    </mml:mrow>
                  </mml:msqrt>
                </mml:mrow>
              </mml:mfrac>
              <mml:mstyle displaystyle="true">
                <mml:mrow>
                  <mml:msubsup>
                    <mml:mo>∫</mml:mo>
                    <mml:mn>0</mml:mn>
                    <mml:mi>∞</mml:mi>
                  </mml:msubsup>
                  <mml:mrow>
                    <mml:msup>
                      <mml:mi>t</mml:mi>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mrow>
                          <mml:mn>3</mml:mn>
                          <mml:mo>/</mml:mo>
                          <mml:mn>2</mml:mn>
                        </mml:mrow>
                      </mml:mrow>
                    </mml:msup>
                    <mml:mi>exp</mml:mi>
                    <mml:mrow>
                      <mml:mo>(</mml:mo>
                      <mml:mrow>
                        <mml:mo>−</mml:mo>
                        <mml:mfrac>
                          <mml:mrow>
                            <mml:msup>
                              <mml:mi>d</mml:mi>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:msup>
                            <mml:msup>
                              <mml:mi>t</mml:mi>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:msup>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                            <mml:mi>d</mml:mi>
                            <mml:mi>a</mml:mi>
                            <mml:mi>t</mml:mi>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:msup>
                              <mml:mi>a</mml:mi>
                              <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:msup>
                          </mml:mrow>
                          <mml:mrow>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                            <mml:mi>c</mml:mi>
                            <mml:mi>t</mml:mi>
                          </mml:mrow>
                        </mml:mfrac>
                      </mml:mrow>
                      <mml:mo>)</mml:mo>
                    </mml:mrow>
                    <mml:mtext>d</mml:mtext>
                    <mml:mi>t</mml:mi>
                  </mml:mrow>
                </mml:mrow>
              </mml:mstyle>
              <mml:mo>=</mml:mo>
              <mml:mn>1</mml:mn>
            </mml:mrow>
          </mml:math>
        </disp-formula>
        <p>for <italic>any</italic> negative value of <inline-formula><mml:math><mml:mi> d </mml:mi></mml:math></inline-formula> , including <inline-formula><mml:math><mml:mrow><mml:mo> − </mml:mo><mml:mi> D </mml:mi></mml:mrow></mml:math></inline-formula> ; (34) thus matches the previous result.</p>
      </sec>
    </sec>
    <sec id="sec4">
      <title>4. Conclusions</title>
      <p>We have shown how the first-passage-time distribution of one-dimensional Brownian motion can be obtained from the corresponding problem for a simple discrete random walk. The essential idea is to discretize both space and time, solve the resulting gambler’s-ruin problem exactly, and then take a carefully chosen limit in which the spatial step tends to zero while the number of discrete time steps tends to infinity. In this way, a result that is not particularly transparent when derived directly from Brownian motion emerges naturally from a much simpler discrete problem.</p>
      <p>The derivation also illustrates the close connection between random walks and Brownian motion. The discrete first-passage probability is obtained by elementary path counting, while the Brownian density follows from the appropriate diffusive scaling. The resulting density is the familiar inverse Gaussian first-passage distribution. The calculation therefore provides not a new first-passage formula, but a relatively direct derivation of a classical result and, in particular, an alternative route for readers who may find derivations based on differential equations or more advanced stochastic-process methods less accessible.</p>
      <p>Several extensions of the present approach would be interesting. One natural direction is to consider a second absorbing boundary, leading to first-passage problems in a finite interval. Another is to replace the fixed boundary by a time-dependent one. It would also be interesting to investigate whether analogous discrete constructions can provide useful derivations for first-passage problems associated with other stochastic processes, or for related quantities such as the distribution of the maximum of a random walk or Brownian motion.</p>
      <p>The restriction to one spatial dimension is another important limitation of the present treatment. Higher-dimensional first-passage problems are considerably richer, and it is not obvious how far the simple path-counting argument used here can be extended. Exploring discrete approximations to such problems may nevertheless provide an interesting bridge between random-walk methods and the corresponding Brownian-motion results.</p>
      <p>Finally, the present derivation establishes the limiting distribution but does not address the rate at which the discrete first-passage distribution approaches its Brownian limit. Quantifying this convergence, and determining how large the number of discrete steps must be for the continuous approximation to be accurate, would be a useful subject for further work.</p>
      <p>Thus, although the present calculation is deliberately restricted in scope, it suggests that discrete random walks can provide a particularly transparent starting point for understanding a wider class of first-passage problems.</p>
    </sec>
  </body>
  <back>
    <ref-list>
      <title>References</title>
      <ref id="B1">
        <label>1.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Feller, W. (1971) An Introduction to Probability Theory and Its Applications, Vol. II. Wiley.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Feller, W.</string-name>
              <string-name>Applications, V</string-name>
            </person-group>
            <year>1971</year>
            <article-title>An Introduction to Probability Theory and Its Applications, Vol</article-title>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B2">
        <label>2.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="book">Redner, S. (2001) A Guide to First-Passage Processes. Cambridge University Press. https://doi.org/10.1017/CBO9780511606014 <pub-id pub-id-type="doi">10.1017/CBO9780511606014</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1017/CBO9780511606014">https://doi.org/10.1017/CBO9780511606014</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="book">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Redner, S.</string-name>
            </person-group>
            <year>2001</year>
            <article-title>A Guide to First-Passage Processes</article-title>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1017/CBO9780511606014</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B3">
        <label>3.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="book">Borodin, A.N. and Salminen, P. (2002) Handbook of Brownian Motion—Facts and Formulae. 2nd Edition, Birkhäuser. https://doi.org/10.1007/978-3-0348-8163-0 <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-3-0348-8163-0</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1007/978-3-0348-8163-0">https://doi.org/10.1007/978-3-0348-8163-0</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="book">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Borodin, A.N.</string-name>
              <string-name>Salminen, P.</string-name>
              <string-name>Edition, B</string-name>
            </person-group>
            <year>2002</year>
            <article-title>Handbook of Brownian Motion—Facts and Formulae</article-title>
            <source>2nd Edition</source>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-3-0348-8163-0</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B4">
        <label>4.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Johnson, N.L., Kotz, S. and Balakrishnan, N. (1994) Continuous Univariate Distributions, Vol. 1. Wiley.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Johnson, N.L.</string-name>
              <string-name>Kotz, S.</string-name>
              <string-name>Balakrishnan, N.</string-name>
              <string-name>Distributions, V</string-name>
            </person-group>
            <year>1994</year>
            <article-title>Continuous Univariate Distributions, Vol</article-title>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B5">
        <label>5.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="book">Feller, W. (1968) An Introduction to Probability Theory and Its Applications (Vol. 1). 3rd Edition, Wiley.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="book">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Feller, W.</string-name>
              <string-name>Edition, W</string-name>
            </person-group>
            <year>1968</year>
            <article-title>An Introduction to Probability Theory and Its Applications (Vol</article-title>
            <source>1). 3rd Edition</source>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B6">
        <label>6.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Comtet, L. (2011) Advanced Combinatorics: The Art of Finite and Infinite Expansions. Springer. https://doi.org/10.1007/978-94-010-2196-8 <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-94-010-2196-8</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1007/978-94-010-2196-8">https://doi.org/10.1007/978-94-010-2196-8</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Comtet, L.</string-name>
            </person-group>
            <year>2011</year>
            <article-title>Advanced Combinatorics: The Art of Finite and Infinite Expansions</article-title>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-94-010-2196-8</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B7">
        <label>7.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="book">Spitzer, F. (1976) Principles of Random Walk. 2nd Edition, Springer. https://doi.org/10.1007/978-1-4684-6257-9 <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-1-4684-6257-9</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1007/978-1-4684-6257-9">https://doi.org/10.1007/978-1-4684-6257-9</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="book">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Spitzer, F.</string-name>
              <string-name>Edition, S</string-name>
            </person-group>
            <year>1976</year>
            <article-title>Principles of Random Walk</article-title>
            <source>2nd Edition</source>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/978-1-4684-6257-9</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B8">
        <label>8.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="book">Grimmett, G.R. and Stirzaker, D.R. (2001) Probability and Random Processes. 3rd Edition, Oxford University Press. https://doi.org/10.1093/oso/9780198572237.001.0001 <pub-id pub-id-type="doi">10.1093/oso/9780198572237.001.0001</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1093/oso/9780198572237.001.0001">https://doi.org/10.1093/oso/9780198572237.001.0001</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="book">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Grimmett, G.R.</string-name>
              <string-name>Stirzaker, D.R.</string-name>
              <string-name>Edition, O</string-name>
            </person-group>
            <year>2001</year>
            <article-title>Probability and Random Processes</article-title>
            <source>3rd Edition</source>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1093/oso/9780198572237.001.0001</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B9">
        <label>9.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="book">Andrews, G.E., Askey, R. and Roy, R. (1999) Special Functions. Cambridge University Press. https://doi.org/10.1017/CBO9781107325937 <pub-id pub-id-type="doi">10.1017/CBO9781107325937</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1017/CBO9781107325937">https://doi.org/10.1017/CBO9781107325937</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="book">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Andrews, G.E.</string-name>
              <string-name>Askey, R.</string-name>
              <string-name>Roy, R.</string-name>
            </person-group>
            <year>1999</year>
            <article-title>Special Functions</article-title>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1017/CBO9781107325937</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B10">
        <label>10.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="book">Elaydi S. (2005) An Introduction to Difference Equations. 3rd Edition, Springer.</mixed-citation>
          <element-citation publication-type="book">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Edition, S</string-name>
            </person-group>
            <year>2005</year>
            <article-title>An Introduction to Difference Equations</article-title>
            <source>3rd Edition</source>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
      <ref id="B11">
        <label>11.</label>
        <citation-alternatives>
          <mixed-citation publication-type="other">Wong, R. (2001) Asymptotic Approximations of Integrals. Society for Industrial and Applied Mathematics (SIAM). https://doi.org/10.1137/1.9780898719260 <pub-id pub-id-type="doi">10.1137/1.9780898719260</pub-id><ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.1137/1.9780898719260">https://doi.org/10.1137/1.9780898719260</ext-link></mixed-citation>
          <element-citation publication-type="other">
            <person-group person-group-type="author">
              <string-name>Wong, R.</string-name>
            </person-group>
            <year>2001</year>
            <article-title>Asymptotic Approximations of Integrals</article-title>
            <pub-id pub-id-type="doi">10.1137/1.9780898719260</pub-id>
          </element-citation>
        </citation-alternatives>
      </ref>
    </ref-list>
  </back>
</article>