I nd o ne s ia n J o urna l o f   E lect rica l En g ineering   a nd   Co m p u t er   Science   Vo l.   21 ,   No .   2 Feb r u ar y   2 0 2 1 ,   p p .   7 7 6 ~ 7 9 0   I SS N:  2 5 02 - 4 7 5 2 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /i j ee cs.v 2 1 .i 2 . p p 7 7 6 - 7 9 0          776       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ee cs.ia esco r e. co m   Ana ly tical so lutions  of linear a nd  n o n - linea r inco mm ensura te  fractiona l - o rder  c o upled sy ste m s       Ra m zi  B .   Alba da rne h 1 ,   I qb a l M .   B a t iha 2 ,   Neda l Ta ha t 3 ,   Abdel - K a re e m   N.   Alo m a r i 4   1 ,3 De p a rtm e n o f   M a th e m a ti c s,  F a c u lt y   o f   S c ien c e ,   T h e H a sh e m it e U n iv e rsity ,   Zarq a ,   Jo rd a n   2 De p a rtme n o f   M a th e m a ti c s,  F a c u lt y   o f   S c ien c e ,   T h e   Un iv e rsit y   o Jo rd a n ,   Am m a n ,   Jo rd a n   4 De p a rtme n o f   M a th e m a ti c s,  F a c u lt y   o f   S c ien c e ,   Ya r m o u k   Un iv e r sity ,   Irb id ,   Jo r d a n       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   Art icle  his t o ry :   R ec eiv ed   J u n   1 2 ,   2 0 2 0   R ev i s ed   A u g   1 1 ,   2 0 2 0   A cc ep ted   A u g   3 0 ,   2 0 2 0       In   t h is  p a p e r,   a   n e w   a n a l y ti c a m e th o d   is  d e v e lo p e d   f o so lv i n g   li n e a a n d   non - li n e a f ra c ti o n a l - o rd e c o u p l e d   s y ste m s   o f   in c o m m e n su ra te   o rd e rs.  T h e   s y ste m   c o n sists   o f   t w o   f ra c ti o n a l - o rd e d if fe re n ti a e q u a ti o n s   o f   o rd e rs                .   T h e   p r o p o se d   a p p ro a c h   is  p e rf o rm e d   b y   d e c o u p l in g   t h e   sy ste m   in to   tw o   f ra c ti o n a l - o r d e d if fe re n ti a e q u a ti o n s;  t h e   f irst  o n e   is  a   f ra c ti o n a l - o rd e d if fe re n ti a e q u a ti o n   (F o DE o f   o n e   v a riab le o f   o rd e           ,   w h il e   t h e   se c o n d   o n e   d e p e n d o n   t h e   so lu ti o n   o f   th e   f irst   o n e .   T h e   g e n e ra s o lu ti o n   o f   th e   c o u p led   sy ste m   is  o b tain e d   u sin g   th e   a d o m ian   d e c o m p o siti o n   m e th o d   (A DM).   T h e   m a in   id e a o f   th is  w o rk   a re   v e ri f ied   v ia  se v e r a e x a m p les   o li n e a a n d   n o n li n e a s y ste m s,  a n d   th e   n u m e rica si m u latio n a re   p e rf o r m e d   u sin g   m a th e m a ti c a .   K ey wo rds :   A d o m ian   d ec o m p o s itio n   m et h o d   Fra ctio n al  ca lc u lu s   S y s te m s   o f   i n co m m e n s u r ate   f r ac tio n al - o r d er   T h is  is  a n   o p e n   a c c e ss   a rti c le u n d e th e   CC BY - SA   li c e n se .     Co rr esp o nd ing   A utho r:   R a m z i B .   A lb ad ar n eh   Dep ar t m en t o f   Ma th e m at ics   Facu lt y   o f   Sc ien ce ,   T h e   Has h e m ite   U n i v er s it y   Z ar q a1 3 1 3 3 ,   J o r d an   E m ail:  r b ad ar n eh @ h u . ed u . j o       1.   I NT RO D UCT I O N   Fra ctio n al - o r d er   Dif f er en tial  E q u atio n s   ( Fo DE s )   ar w e ll  s u ited   to   m o d el  p h y s ical  s y s te m s   w i th   m e m o r y   o r f r ac tal   attr ib u te s ,   an d   th e y   ar i n cr ea s i n g l y   u tili ze d   to   m o d el  m a n y   p r o b le m s   in   f l u id   d y n a m ics ,   v is co elas ticit y ,   b io lo g y ,   p h y s i cs  an d   en g i n ee r in g   [ 1 - 5 ] .   Sev er al  m et h o d s   h a v b ee n   s u g g e s ted   to   s o lv lin ea r   an d   n o n - li n ea r   Fo DE s   s u ch   a s   t h P r ed icto r   C o r r ec to r   Me th o d   ( P C M)   [ 6 ,   7 ] ,   th A d o m ain   D ec o m p o s itio n   Me th o d   ( A DM )   [ 2 ,   8 - 1 2 ] ,   th e   Ho m o to p y   P er tu r b atio n   Me t h o d   ( HP M)   [ 1 3 ] ,   th Var iatio n al  I ter atio n   Me th o d   ( VI M)   [ 1 4 - 1 6 ] ,   th Dif f er e n ti al  T r an s f o r m   Me th o d   ( DT M)   [ 1 7 ] ,   an d   th Fin i te  d if f er en c m eth o d   [ 1 8 ,   1 9 ] .   An   an al y tical  m eth o d   f o r   o b tain i n g   s o l u tio n s   o f   lin ea r   Fo DE s   w i th   J u m ar ie  t y p d er iv ativ in   ter m s   o f   th e   Mittag - L e f f ler   f u n ctio n s   an d   th g e n er alize d   s in an d   co s in e   f u n ctio n s   w a s   p r esen ted   in   s e v er al  p ap er s   s ee   [ 7 ,   20 - 2 2 ] .   Sev er al  n o n - lin ea r   p h o n e m e n ar m o d el ed   b y   co u p led   Fo DE s   s u ch   as   th e   f r ac ti o n al - o r d er   C h u a h s ,   R ö s s ler ' s ,   Du f f i n g 's,  an d   Sti f f 's   f r ac tio n al - o r d er   s y s te m s   [ 7 ,   2 3 ] .   T h s in g le - ter m   Haa r   w a v elet  s er ies ( ST HW )   m et h o d   w er i n tr o d u ce d   to   s o lv s in g u lar   s ti f f   d ela y   s y s te m s   a n d   n o n - li n ea r   s i n g u la r   s y s te m s   i n   f l u i d   d y n a m ics [ 2 3 - 2 5 ] .   I n   th is   p ap er ,   lin ea r   an d   n o n l in ea r   in co m m e n s u r ate  f r ac tio n al - o r d er   s y s te m s   in   t w o   v ar i ab les,            an d           ,   o f   o r d er       an d                   ,   ar co n s id er ed .   T h lin ea r   s y s te m   is   f i r s co n s id er ed   an d   co n v er ted   in to   t w o   d if f er e n t ial  eq u atio n s o n eq u atio n   is   o f   o r d er         ,   d e n o ted   b y             - Fo DE ,   th at  o n l y   d e p en d s   o n           ,   w h ile  th a n al y tical  s o lu t io n   o f   t h s ec o n d   v ar iab le,           ,   f o llo w s   f r o m   t h s o lu tio n   o f   t h f ir s p ar t.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       A n a lytica l so lu tio n s   o f lin e a r   a n d   n o n - lin e a r   in co mme n s u r a te  fr a ctio n a l - o r d er   ( R a mzi   B .   A lb a d a r n eh )   777   T h A d o m ia n   Dec o m p o s itio n   Me th o d   ( A DM )   is   im p le m e n ted   to   o b tain   th an al y tical  s o lu tio n   o f   th           - Fo DE .   Si m ilar l y ,   t h s o lu t io n   o f   th No n - L i n ea r   S y s te m   o f   I n co m m en s u r ate  Fra ctio n al - o r d er   ( NL S - I Fo )   is   also   o b tain ed   b y   ex te n d in g   th s a m tech n iq u th at  u s ed   f o r   th ca s o f   th li n ea r   o n e.   Su c h   s o lu tio n s   ar e   o b tain ed   u s i n g   t h A d o m ia n   P o ly n o m ials   ( A P ' s ) ,   w h ic h   f o r m   th b as is   f o r   th A DM .   T h is   p ap er   is   o u tli n ed   as   f o ll o w s :   Ne x s ec t io n   i n tr o d u ce s   n ec es s ar y   d e f in itio n s   a n d   p r eli m i n ar ies.   Sectio n   3   in tr o d u ce s   m eth o d   to   co n v er L S - I Fo   in to   an             - Fo DE   in   o n v ar iab le.   Sectio n   4   in tr o d u ce s   t h A DM   as  to o to   s o lv th           - Fo DE   o f   li n ea r   in co m m en s u r ate  o r d er   s y s te m s .   T h e   g en er al  s o lu t io n   o f   th n o n l in ea r   o n is   i n tr o d u ce d   in   Secti o n   5 .   Sectio n   6   s u m m ar izes  t h m ai n   id ea s   o f   th is   w o r k   v ia  n u m er ical  s i m u latio n s   f o llo w ed   b y   co n cl u s io n s   a n d   f in a l r e m ar k s .         2.   B ASI DE F I NI T I O N S AN P RE L I M I NARIE S   T h C ap u to 's  d ef i n itio n   o f   f r a ctio n al - o r d er   d er iv ativ es  is   ad o p ted   in   th is   w o r k .   I is   m o d if icatio n   o f   th R ie m a n n - L io u v i lle  d ef i n iti o n ,   w it h   t h ad v an ta g o f   o n l y   u s i n g   t h in i tial  co n d itio n s   o f   th co r r esp o n d in g   in te g er - o r d er   d er iv ativ e s   t h at  s u ites   m o s p h y s ica s y s te m   [ 2 6 - 2 8 ] .   T h f o llo w i n g   d ef i n itio n s   a n d   p r eli m in ar ie s   o f   f r ac tio n al  ca l cu lu s   ar p r esen ted   h er f o r   co m p leten e s s .   Def ini t io 2 . 1   [ 1 1 ] :   L et            b a n in teg r a b le  p iece w is co n ti n u o u s   f u n c tio n   o n   an y   f i n ite  s u b in ter v a l   o f                 ,   th en   t h f r ac tio n al  i n te g r al   o f             o f   o r d er       is   d ef in ed   as:                                                                                                          .   ( 1 )     Def ini t io n 2 . 2   [ 1 1 ] T h C ap u to   f r ac tio n al - o r d er   d er iv ativ i s   d ef i n ed   as:                                                                                                  .   ( 2 )     T heo re m   2 . 3   [ 1 1 ] ,   [ 2 4 ] T h C ap u to   f r ac tio n al - o r d er   d er iv ativ o f   t h p o w er   f u n ctio n   s ati s f ie s               {                                                                                                                             ( 3 )     T heo re m   2 . 4   [ 3 ] ,   [ 2 4 ] T h R ie m an n   L io u v il le  f r ac tio n a l - o r d er   in teg r al  o f   t h p o w er   f u n ct io n   s atis f ie s                                                                     .   ( 4 )     T heo re m   2 . 5   [ 3 ] : I f                 an d                 .   T h en ,                               ,           ( 5 )     T heo re m   2 . 6   [ 3 ] : I f       is   co n ti n u o u s   f u n ctio n   o n             an d         .   T h en ,                                                                       .   ( 6 )       3.   CO NVER T I N G   L S - I F O   I NT O   AN            - F O DE   T h I n teg r al  T r an s f o r m   Me t h o d s   ( I T M)   s u ch   as  Fo u r ier   T r an s f o r m   ( FT ) ,   L ap lace   T r an s f o r m   ( L T ) ,   an d   Me llin   T r an s f o r m   ( MT )   ar u s ed   to   s o lv s i n g le  Fo DE   [ 2 9 ] .   I n   th ca s o f   co u p led   s y s te m s   o f   Fo DE s ,   it  is   n ec es s ar y   to   e m p lo y   s p ec i f ic  tech n iq u e s   th at  ar ap p r o p r iate  to   th g iv en   p r o b le m .   T h er ar s ev er al  m et h o d s   f o r   s o lv in g   s u ch   p r o b le m s ,   s ee   [ 2 9 ]   f o r   ex a m p le.   T h p r o p o s ed   m et h o d   in   th is   w o r k   p r esen t s   n e d ir ec tech n iq u th at  i s   co m p e titi v to   t h at  o f   t h co r r esp o n d in g   o n es  i n   w h ich   o r d er   co n v e r s io n   allo w s   o n to   s i m p li f y   t h e   s o l u tio n   m e th o d .   Fo r   co m p leten e s s ,   th e   f o llo w i n g   le m m o u tli n es  th e   co n v er s io n   r e s u l ts ,   w h ic h   allo w s   o n to   g e n er ate  an             - Fo DE   f r o m   t h co u p led   o n e.   L e mm a   3 . 1 : T h f o llo w i n g   n o n - h o m o g e n eo u s   L S - I Fo :                                                               ( 7 ( a) )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4752   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  21 ,   No .   2 Feb r u ar y   2 0 2 1   :   7 7 6   -   7 9 0   778                                                             ( 7 ( b ) )     ca n   b co n v er ted   in to   t h f o llo w i n g   eq u i v alen t s y s te m :                      (                                        ) ,   ( 8 ( a) )                                                                                         ,   ( 8 ( b ) )     w h er     *                     +                                                             ,         an d         ar th C ap u to ' s   f r ac tio n al - o r d er   d er iv ativ e s               an d        ' s   ar co n s t an ts   f o r                   w it h            ,   an d   w h er             a n d               ar co n tin u o u s   f u n ctio n s   o f       o n   s o m in ter v al    .   Co ro lla ry   3 . 2 : I f           in   s y s te m   ( 7 ) ,   th en   t h s y s te m   w ill b eq u i v alen t to   th f o llo w in g   eq u atio n s :                      (                                        ) ,   ( 9 ( a) )                                                                        ,   ( 9 ( b ) )     w h er     *                     +   an d                                                             .     P ro o f :   T h p r o o f   f o llo w s   i m m ed iatel y   f r o m   L e m m 3 . 1 .         T h u s ,   L S - I Fo   i n   t w o   v ar iab l es  h as  b ee n   co n v er ted   in to   t wo   p ar ts th f ir s o n is   a n             - Fo DE   in           ,   w h ile  t h o th er   o n i s   j u s d ir ec t a n al y tical  s o lu tio n   o f             th at  o n l y   d ep en d s   o n           .       4.   T H E   G E N E RA L   SO L UT I O O F             - F O DE   USI N G   T H E   ADM     I n   th is   s ec tio n ,   w u s th AD to   o b tain   th g en er al  s o lu ti o n   o f   an             - Fo DE .   See  [ 3 0 ,   3 1 ]   f o r   an   o v er v ie w   o f   t h ADM   ap p r o ac h .   T h eo r em   4 . 1   in tr o d u ce s   n e w   ap p r o ac h   f o r   s o lv i n g   th n o n - h o m o g en eo u s   L S - I Fo   s y s te m ,   w h ile  t h ca s o f   h o m o g en eo u s   s y s te m s   i s   ad d r ess ed   b y   co r o llar y   4 . 2 ,   i.e . ;     T heo re m   4 . 1 :   T h f o llo w in g   L S - I Fo :                                                           ,   ( 1 0 ( a) )                                                           ,   ( 1 0 ( b ) )     s u b j ec t to   th in itia l c o n d itio n s                                       ( 1 0 ( c) )     h as a   s o l u tio n   o f   th f o r m                                           s u c h   th at :                       (                                                 )             (                   )                                                                                                   ( 1 1 )     a n d ,                                (                                                        ) ,   ( 1 2 )                                                                                                                                                   ,   ( 1 3 )                                                     ,   ( 1 4 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       A n a lytica l so lu tio n s   o f lin e a r   a n d   n o n - lin e a r   in co mme n s u r a te  fr a ctio n a l - o r d er   ( R a mzi   B .   A lb a d a r n eh )   779   an d   w h er                 in   w h ic h       *                     +   s u ch   t h at            .     P ro o f :   B ased   o n   L e m m 3 . 1 ,   s y s te m   ( 1 0 )   is   eq u i v ale n to   ( 8 ) ,   an d   s o   ( 1 2 )   is   co m p letel y   id en ti f ied .   L e u s ,   n o w ,   e m p lo y   t h A DM   to   s o l v ( 8 . b ) .   B y   ap p ly in g       o n   b o th   s i d es o f   s u c h   eq u atio n ,   o n o b tain s :                                                                                                                                                            .   ( 1 5 )     T h at  is ;                                                                                                                                                        .   ( 1 6 )     A p p l y in g         o n   ( 1 6 )   y ield s ;                         (                          )                                                                                                               ,   ( 1 7 )     w h ic h   ca n   b w r itte n   as                                                                                                                                                           (                                 ) .   ( 1 8 )     C o n s id er in g   t h A DM ,   w as s u m t h at  t h g e n er al  s o l u tio n   o f   ( 1 8 )   tak es th f o llo w i n g   g e n er al  f o r m :                                                 ,   ( 1 9 )     in   w h ich                                                                                                                                                   ,   ( 2 0 )     a nd                                                                                                           .   ( 2 1 )     No w ,   w h a v t h f o llo w i n g   clai m   t h at  w w i s h   to   p r o v e:                         (                                                 )     (                   )                                                                                       ,   ( 2 2 )     w h er                              .   B y   u s i n g   in d u ct io n   o n     ,   o n o b s er v e s   th a ( 2 2 )   is   o b v io u s   f o r   th b ase  o f   in d u ctio n .   T h at  is w h e n         ,   it’s  clea r   t h at  t h s tate m e n i s   tr u e.   No w ,   ass u m t h at  th s tate m e n f o r       is   tr u e,   a n d   t h r elatio n   ( 2 2 )   is   co r r ec t.  I t is su f f icie n t to   s h o w   t h at  ( 2 2 )   is   also   co r r ec t f o r               .   I f o llo w s   f r o m   ( 2 1 )   th at:                                                                                           ,   ( 2 3 )                             (                   )                                                                                                     (                   )                                                                                                     (                   )                                                                                                   ,   ( 2 4 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4752   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  21 ,   No .   2 Feb r u ar y   2 0 2 1   :   7 7 6   -   7 9 0   780   o r ,                               * (                   )                                                                   (                                                                 ) +   (                                                 )   (                                                 )   (                                                 )       ,   ( 2 5 )     w h ic h   i m p lies   th a ( 2 2 )   is   als o   tr u f o r         .   No w ,   s i n ce   ( 1 9 )   an d   ( 2 5 )   y ie ld s   t h g en er al   s o l u tio n   d escr ib ed   b y   ( 1 1 ) ,   o n h as  to   v er if y   ( 1 4 ) .   Fo r   th is   p u r p o s e,   co n s id er   ( 1 2 )   ag ain ,   an d   let                ,   th en   o b s er v th at  all  ter m s   o f   ( 1 2 )   w il l b ze r o   ex ce p t th r ee   ter m s          ,                      an d                   ,   i.e . ;                                                         ,   ( 26 )     w h ic h   y ield s   ( 1 4 ) .         Co ro lla ry   4 . 2 :   I f           in   s y s te m   ( 1 0 ) ,   th en   th s o lu tio n                                   o f   t h is   s y s te m   w ill  b o f   th f o llo w in g   f o r m :                   (     )                                                 ,   ( 2 7 )     a n d ,                            (                                                ) ,   ( 2 8 )     w h er e,                                                                                                                     ,   ( 2 9 )                                                     ,   ( 3 0 )     an d   w h er                an d                    in   w h ic h       *                     +   s u c h   th at           .   P ro o f :   T h p r o o f   is   s i m ilar   to   T h eo r em   4 . 1 .         Co ro lla ry   4 . 3 :   T h f o llo w i n g   h o m o g en eo u s   L S - I Fo :                                               ,   ( 3 1 ( a) )                                               ,   ( 3 1 ( b ) )     s u b j ec t to   th in itia l c o n d itio n s                                   ,   ( 3 1 ( c) )     h as a   s o l u tio n   o f   th f o r m                                           s u c h   th at :                       (                   )                                                                                               ,   ( 3 2 )     a n d ,                                (                                            ) ,   ( 3 3 )     w h er e     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       A n a lytica l so lu tio n s   o f lin e a r   a n d   n o n - lin e a r   in co mme n s u r a te  fr a ctio n a l - o r d er   ( R a mzi   B .   A lb a d a r n eh )   781                                                                       ,   ( 3 4 )                                           ( 3 5 )     an d   w h er                 in   w h ic h       *                     +   s u ch   t h at            .   P ro o f :   T h p r o o f   ca n   b d ir ec tl y   d ed u ce d   f r o m   T h eo r e m   4 . 1   b y   as s u m in g                             .       Co ro lla ry   4 . 4 :   T h f o llo w i n g   h o m o g en eo u s   s y s te m :                                                   ( 3 6 ( a) )                                                   ( 3 6 ( b ) )     s u b j ec t to   th in itia l c o n d itio n s                                   ,   ( 3 6 ( c) )     h as a   s o l u tio n   o f   th f o r m                           s u c h   th at                   (     )                                                 ,   ( 3 7 )     a n d ,                            (                                    ) ,   ( 3 8 )     w h er e,                                                 ( 3 9 )                                         ,   ( 4 0 )     an d   w h er                an d                   in   w h ic h       *                     +   s u c h   th at           .   P ro o f :   T h p r o o f   f o llo w s   d ir e ctl y   f r o m   C o r o llar y   4 . 2   w h en                                       5.   T H E   G E N E RA L   SO L UT I O O F   NL S - I F O   USI NG   A D M     T h is   s ec tio n   i n tr o d u ce s   th g en er al  s o l u tio n   o f   th e   N L S - I Fo   u s i n g   A DM .   T h is   ca n   b e   m ad b y   ex ten d i n g   th s a m tech n iq u e   u s ed   f o r   h an d li n g   t h li n ea r   o n e.   Su ch   s o lu tio n   d ep en d s   o n   th A P 's,  w h ic h   f o r m   t h b as is   f o r   t h A DM   a p p r o ac h .   I n   p ar ticu lar ,   th e   n o n - li n ea r   ter m ,   in   th is   m et h o d ,   i s   u s u a ll y   i d en t if ied   u s i n g   th A P 's  [ 1 9 ,   3 2 ] ,   i.e . ,   w h e n ev er   th n o n li n ea r   ter m                     w h er     is   an   u n k n o w n   f u n cti o n   th at   ap p ea r s   in   t h s y s te m ,   th e   A P   (       )   y ield s   a n   a n al y tical   f u n ctio n   t h at  i s   u s ed   to   g e n er ate  t h g en er al   s o lu tio n   o f   th s y s te m   [ 1 8 ] .   T h ese       ' s   a r e   g en er ated   to   b an al y tical   f u n ctio n s   [ 1 8 ] ,   an d   ca n   b o b tain ed   b y   t h e   f o llo w in g   f o r m u la  [ 1 9 ,   3 3 ] :                                                       |       ,   ( 4 1 )     w h er     is   p ar a m eter   i n tr o d u ce d   f o r   co n v e n ie n ce .   Ho w e v er ,   T h eo r em   5 . 1   e m p lo y s   t h A DM   ap p r o ac h   to   s o lv N LS - I Fo ' s .     T heo re m   5 . 1 :   T h f o llo w in g   NL S - I Fo                                                     (                   ) ,   ( 4 2 ( a) )                                                     (                   ) ,   ( 4 2 ( b ) )     s u b j ec t to   th in itia l c o n d itio n s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4752   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  21 ,   No .   2 Feb r u ar y   2 0 2 1   :   7 7 6   -   7 9 0   782                                 ,   ( 4 2 ( c) )     h as a   s o l u tio n   o f   th f o r m                                           s u c h   th at                                         ,   ( 4 3 )     a n d ,                                (                                                  (                   ) ) ,   ( 4 4 )     w h er e,                           (                   )                                                       ,   ( 4 5 ( a) )                                                                                                                                                           ,   ( 4 5 ( b ) )     a n d ,                                     (                   )             ,   ( 4 6 )     an d   w h er e               ,                                           an d                                             s u ch   th at         an d         ar th e   A P ' s   co r r esp o n d in g   to               an d               r esp ec tiv el y ,   a n d                    in   w h ic h       *                     +   s u c h   th a t            .   P ro o f :   Fr o m   L e m m 3 . 1 ,   s y s te m   ( 4 2 )   is   eq u iv a len to   ( 8 ) ,   an d   s o   ( 4 4 )   is   co m p letel y   id en ti f ied .   No w ,   ap p ly i n g         an d       o n   b o th   s id es o f   s y s te m   ( 8 . b )   r esp ec tiv el y ,   y iel d s :                             (                   )                                                                                                                           (                   )           (          (                   )            (                   ) ) .   ( 4 7 )     C o n s id er in g   t h A DM ,   t h g e n er al  s o lu t io n   o f   ( 4 7 )   is   ass u m ed   as in   ( 1 9 )   in   w h ich :                         (                   )                                                       ,   ( 4 8 ( a) )     a n d ,                                                                                                                                                                 ( 4 8 ( b ) )     w h ic h   y ield s   ( 4 3 ) .   N o w ,   co n s i d er   ( 4 4 )   an d   let   th in itial  co n d itio n   b               th en   it  f o llo w s   f r o m   T h eo r em   4 . 1   th at  ( 4 6 )   is   v er if ied .       Co ro lla ry   5 . 2 :   I f           in   s y s te m   ( 4 2 ) ,   th en   th s o l u tio n                                   w il l b o f   th f o llo w in g   f o r m                                     ,   ( 4 9 )     a n d ,                                                                                                 ,   ( 5 0 )     w h er e,                                   (                   )                 ,   ( 5 1 ( a) )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       A n a lytica l so lu tio n s   o f lin e a r   a n d   n o n - lin e a r   in co mme n s u r a te  fr a ctio n a l - o r d er   ( R a mzi   B .   A lb a d a r n eh )   783                                                                                                                         ,   ( 5 1 ( b ) )     a nd                                   (                   )             ,   ( 5 2 )     an d   w h er e                                                     an d                                             s u c h   th a       an d         ar th e   A P ' s   co r r esp o n d in g   to         an d         r esp ec tiv el y ,                  an d                   in   w h ic h       *                     +   s u c h   th at           .   P ro o f :   T h p r o o f   is   s i m ilar   to   th at  o f   T h eo r e m   5 . 1 .         Re m a r k   5 . 3 Ob s er v th at  in   th ca s w h e n            ,   o n ca n   r ev er s th o r d er   o f   s o lu tio n   b y   s o l v in g                     in   ter m s   o f                   ,   an d   p r o ce e d   as d is cu s s ed   in   T h eo r e m   4 . 1 .       6.   NUM E RICAL   E XAM P L E S   T o   h ig h l ig h t   th e   m ain   r es u lt s   o f   t h is   w o r k   an d   to   s h o w   t h ef f ec ti v e n e s s   o f   s o lv i n g   b o th   lin ea r   a n d   n o n li n ea r   f r ac tio n al - o r d er   s y s te m s   o f   i n co m m e n s u r ate  o r d er s   u s i n g   th p r o p o s ed   m et h o d ,   th r ee   n u m er ical  ex a m p le s   in   E lectr ical  a n d   B io m ed ical  E n g i n ee r in g   ar in v es tig ated .     E x a m p le  6 . 1 :   T h h u m a n   m alad y   o f   v e n tr icu lar   ar r h y t h m ia  o r   ir r eg u lar   h ea r tb ea is   tr ea ted   clin icall y   u s i n g   t h d r u g   lid o ca in e.   T h m o d el  f o r   th d y n a m ics  o f   t h d r u g   th er ap y   t h at  i s   v alid   f o r   s p ec ial  b o d y   w ei g h t c a n   b d escr ib ed   b y   t h f o llo w in g   h o m o g e n eo u s   L S - I Fo   [ 3 4 ] :                                                      ,   ( 5 3 ( a) )                                                     ,   ( 5 3 ( b ) )     s u b j ec t to   th f o llo w i n g   p h y s i ca ll y   s i g n i f ican t in i tial d ata:     T h d r u g   in   th b lo o d     s tr ea m                                                                                   ( 5 3 ( c) )     w h er           is   th a m o u n o f   lid o ca in in   th b lo o d   s tr ea m ,   an d             is   th a m o u n o f   lid o ca in in   b o d y   tis s u e.   T h ex ac t so lu tio n s   o f   ( 5 3 )   f o r             ,   an d             is :                                                                  ,   ( 5 4 ( a) )                                                                       .   ( 5 4 ( b ) )     I n   o r d er   to   o b tain   t h s o lu tio n s   o f   ( 5 3 )   u s i n g   t h p r o p o s ed   tech n iq u e;   w m a y   r e w r ite   th i s   s y s te m   i n   th e   f o llo w in g   f o r m :     [                         ]     [                 ] ,   ( 5 5 )     w h er     *                                    + ,   an d   co n s eq u e n tl y                              an d                              .   Ob v io u s l y ,   u s i n g   ( 3 5 )   y ield s                             ,   an d   b y   u s in g   ( 3 4 ) ,   o n o b tain s         in   th f o llo w in g   f o r m :                                      ,   ( 5 6 )     an d                     ca n   b o b tain ed   u s i n g   ( 3 2 )   as f o llo w s :                     (                   )                                                                                         *                            +                                 ( 5 7 )     i.e . ;   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4752   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  21 ,   No .   2 Feb r u ar y   2 0 2 1   :   7 7 6   -   7 9 0   784                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        +…  ,   ( 5 8 )     an d   f r o m   ( 3 3 ) ,                     ca n   b ex p r ess ed   as:                                 (                                               ) ,   ( 59 )     i.e . ;                                                                                                                                                                                                                                                                                                              … .     ( 60 )     I n   o r d er   to   d e m o n s tr ate  t h e f f icien c y   o f   t h ab o v e   r es u lts ,   T ab le  1   s h o w s   t h er r o r   b etw ee n   t h e   ex ac s o lu tio n   an d   o u r   an al y t ical  s o lu tio n   u s i n g   th p r o p o s ed   m et h o d   o v er   th ti m   ,   w h er                          ,   an d          .   T h b eh av io r   o f   th s o lu tio n   f o r   s y s te m   ( 5 3 )   f o r   d if f er en v al u es  o f       an d       u s i n g   o u r   p r o p o s ed   m eth o d   is   s h o w n   in   Fi g u r es  1   an d   2 .   A ctu all y ,   t h is   s o l u tio n   ca n   b u s ed   to   esti m ate  th e   m ax i m u m   p o s s ib le  s a f d o s ag       an d   th d u r atio n   o f   t i m t h a t th d r u g   l id o ca in is   e f f ec tiv [ 3 4 ] .               Fig u r 1 .   T h b eh av io r   o f   th s o lu tio n                        u s i n g   o u r   p r o p o s ed   m eth o d   f o r   s y s te m   ( 5 3 )   f o r   d if f er e n t v a lu e s   o f       an d         Fig u r 2 .   T h b eh av io r   o f   th s o lu tio n                        u s i n g   o u r   p r o p o s ed   m eth o d   f o r   s y s te m   ( 5 3 )   f o r   d if f er e n t v a lu e s   o f       an d           T ab le  1 .   T h er r o r   b etw ee n   th ex ac t a n d   o u r   an al y tical  s o lu tio n s   f o r   s y s te m   ( 5 3 )   o v er                  ,   w h er           ,   an d                                                                                                                                            1   1 . 9 2 7 7 9 9 5 4 8 0   1 . 9 2 7 7 9 9 5 4 8 0   2 . 2 2 0 4 0 × 1 0 - 16   0 . 0 7 1 3 2 6 2 1 6 4   0 . 0 7 1 3 2 6 2 1 6 4   1 . 2 4 9 0 0 × 1 0 - 16   5   1 . 7 0 1 7 9 7 4 4 0 0   1 . 7 0 1 7 9 7 4 4 0 0   2 . 2 2 0 4 0 × 1 0 - 16   0 . 2 7 9 6 1 1 9 9 0 9   0 . 2 7 9 6 1 1 9 9 0 9   5 . 5 5 1 1 0 × 1 0 - 17   10   1 . 5 1 5 9 5 2 9 1 0 0   1 . 5 1 5 9 5 2 9 1 0 0   2 . 2 2 0 4 0 × 1 0 - 16   0 . 4 2 2 3 4 9 4 3 0 8   0 . 4 2 2 3 4 9 4 3 0 8   1 . 6 6 5 3 0 × 1 0 - 16   15   1 . 3 9 2 4 7 7 6 7 6 0   1 . 3 9 2 4 7 7 6 7 6 0   3 . 8 1 9 2 0 × 1 0 - 14   0 . 4 9 0 5 1 4 7 6 1 6   0 . 4 9 0 5 1 4 7 6 1 6   8 . 2 2 9 5 0 × 1 0 - 13       E x a m p le  6 . 2 :   C o n s id er   th f o llo w i n g   n o n - h o m o g en eo u s   L S - I Fo :                                             ,   (6 1 ( a) )                                                   ,   (6 1 ( b ) )     s u b j ec t to   th in itia l c o n d itio n s                                           .   ( 6 1 ( c) )     Her e,   th ex ac t so l u tio n s   o f   ( 6 3 )   f o r               ar o f   th f o r m :     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       A n a lytica l so lu tio n s   o f lin e a r   a n d   n o n - lin e a r   in co mme n s u r a te  fr a ctio n a l - o r d er   ( R a mzi   B .   A lb a d a r n eh )   785                                                                                                                                                                                                                                      (6 2 ( a) )                             (                  *           +             *           +                 *           +                         *           +            *           +                *           +   ) ,   (6 2 ( b ) )     On m ig h t r e w r ite  s y s te m   ( 6 1 )   in   th f o llo w i n g   m atr i x   f o r m :     [                         ]     [                 ]   [                     ] ,   (6 3 )     w h er e       *               +   an d   [                     ]   *         + T h en                          an d                         .   Usi n g   ( 1 4 )   y ie ld s               ,   an d   th en   b y   u s in g   ( 1 3 ) ,   o n m ig h t o b tain         in   th f o llo w in g   f o r m :                                                                       ( 6 6 )     T h u s ,                     ca n   b o b tain ed   u s i n g   ( 1 1 )   to   b as f o llo w s :                       (                   )                                                               *                                                                                     +   (6 5 )                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       …  .   (6 6 )     Usi n g   ( 1 2 )   y ie ld s                     w h ic h   w il l b as:                           (                                                 ) ,   ( 67 )     i.e . ;                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               ( 68 )     Fo r             ( 66 )   an d   ( 68 )   w il l b e,   r esp ec tiv el y ,   a s :                                                                                                                                                                                                                    ( 69 )     a n d ,                                                                                                                                                                                 .   ( 70 )     Fig u r 3 ,   h o w e v er ,   s h o w s   g r ap h ical  co m p ar is o n   b et w ee n   th ex ac s o lu t io n   an d   o u r   an al y tica s o lu tio n   u s i n g   th p r o p o s ed   m e th o d ,   w h en               an d          .   Fu r t h er m o r e,   th b eh av io r   o f   th s o lu tio n s   f o r   s y s te m   ( 61 )   f o r   d if f er e n v al u es  o f       an d       u s in g   o u r   p r o p o s ed   m et h o d   is   s h o w n   in   Fi g u r es  4   an d   5 .     E x a m p le  6 . 3 :   C o n s id er   th f o llo w i n g   N L S - I Fo     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.