<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?><!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.2 20190208//EN" "http://jats.nlm.nih.gov/publishing/1.2/JATS-journalpublishing1.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="1.2" xml:lang="en">
    <front>
        <journal-meta>
            <journal-id journal-id-type="pmc">F1000Research</journal-id>
            <journal-title-group>
                <journal-title>F1000Research</journal-title>
            </journal-title-group>
            <issn pub-type="epub">2046-1402</issn>
            <publisher>
                <publisher-name>F1000 Research Limited</publisher-name>
                <publisher-loc>London, UK</publisher-loc>
            </publisher>
        </journal-meta>
        <article-meta>
            <article-id pub-id-type="doi">10.12688/f1000research.176213.1</article-id>
            <article-categories>
                <subj-group subj-group-type="heading">
                    <subject>Research Article</subject>
                </subj-group>
                <subj-group>
                    <subject>Articles</subject>
                </subj-group>
            </article-categories>
            <title-group>
                <article-title>Analytical Derivation of Correlation Function for Vorticity-Depleted Regions Formed Around Strong Vortex</article-title>
                <fn-group content-type="pub-status">
                    <fn>
                        <p>[version 1; peer review: awaiting peer review]</p>
                    </fn>
                </fn-group>
            </title-group>
            <contrib-group>
                <contrib contrib-type="author" corresp="yes">
                    <name>
                        <surname>Yatsuyanagi</surname>
                        <given-names>Yuichi</given-names>
                    </name>
                    <role content-type="http://credit.niso.org/">Conceptualization</role>
                    <role content-type="http://credit.niso.org/">Formal Analysis</role>
                    <role content-type="http://credit.niso.org/">Methodology</role>
                    <role content-type="http://credit.niso.org/">Visualization</role>
                    <role content-type="http://credit.niso.org/">Writing &#x2013; Original Draft Preparation</role>
                    <role content-type="http://credit.niso.org/">Writing &#x2013; Review &amp; Editing</role>
                    <uri content-type="orcid">https://orcid.org/0009-0005-7588-0625</uri>
                    <xref ref-type="corresp" rid="c1">a</xref>
                    <xref ref-type="aff" rid="a1">1</xref>
                </contrib>
                <contrib contrib-type="author" corresp="no">
                    <name>
                        <surname>Hatori</surname>
                        <given-names>Tadatsugu</given-names>
                    </name>
                    <role content-type="http://credit.niso.org/">Conceptualization</role>
                    <role content-type="http://credit.niso.org/">Formal Analysis</role>
                    <role content-type="http://credit.niso.org/">Methodology</role>
                    <role content-type="http://credit.niso.org/">Writing &#x2013; Review &amp; Editing</role>
                    <xref ref-type="aff" rid="a2">2</xref>
                </contrib>
                <contrib contrib-type="author" corresp="no">
                    <name>
                        <surname>Ohtsuka</surname>
                        <given-names>Hiroshi</given-names>
                    </name>
                    <role content-type="http://credit.niso.org/">Conceptualization</role>
                    <role content-type="http://credit.niso.org/">Formal Analysis</role>
                    <role content-type="http://credit.niso.org/">Methodology</role>
                    <role content-type="http://credit.niso.org/">Validation</role>
                    <role content-type="http://credit.niso.org/">Writing &#x2013; Original Draft Preparation</role>
                    <role content-type="http://credit.niso.org/">Writing &#x2013; Review &amp; Editing</role>
                    <xref ref-type="aff" rid="a3">3</xref>
                </contrib>
                <contrib contrib-type="author" corresp="no">
                    <name>
                        <surname>Sanpei</surname>
                        <given-names>Akio</given-names>
                    </name>
                    <role content-type="http://credit.niso.org/">Data Curation</role>
                    <role content-type="http://credit.niso.org/">Investigation</role>
                    <role content-type="http://credit.niso.org/">Resources</role>
                    <role content-type="http://credit.niso.org/">Visualization</role>
                    <xref ref-type="aff" rid="a4">4</xref>
                </contrib>
                <contrib contrib-type="author" corresp="no">
                    <name>
                        <surname>Soga</surname>
                        <given-names>Yukihiro</given-names>
                    </name>
                    <role content-type="http://credit.niso.org/">Data Curation</role>
                    <role content-type="http://credit.niso.org/">Investigation</role>
                    <role content-type="http://credit.niso.org/">Resources</role>
                    <role content-type="http://credit.niso.org/">Visualization</role>
                    <xref ref-type="aff" rid="a3">3</xref>
                </contrib>
                <aff id="a1">
                    <label>1</label>Institute of Liberal Arts and Science, Kanazawa University, Kanazawa, 920-1192, Japan</aff>
                <aff id="a2">
                    <label>2</label>National Institute for Fusion Science, Toki, Gifu, 509-5292, Japan</aff>
                <aff id="a3">
                    <label>3</label>Faculty of Mathematics and Physics, Institute of Science and Engineering, Kanazawa University, Kanazawa, 920-1192, Japan</aff>
                <aff id="a4">
                    <label>4</label>Faculty of Electrical Engineering and Electronics, Kyoto Institute of Technology, Sakyo, Kyoto, 606-8585, Japan</aff>
            </contrib-group>
            <author-notes>
                <corresp id="c1">
                    <label>a</label>
                    <email xlink:href="mailto:yatsuyanagi@staff.kanazawa-u.ac.jp">yatsuyanagi@staff.kanazawa-u.ac.jp</email>
                </corresp>
                <fn fn-type="conflict">
                    <p>No competing interests were disclosed.</p>
                </fn>
            </author-notes>
            <pub-date pub-type="epub">
                <day>2</day>
                <month>3</month>
                <year>2026</year>
            </pub-date>
            <pub-date pub-type="collection">
                <year>2026</year>
            </pub-date>
            <volume>15</volume>
            <elocation-id>335</elocation-id>
            <history>
                <date date-type="accepted">
                    <day>13</day>
                    <month>2</month>
                    <year>2026</year>
                </date>
            </history>
            <permissions>
                <copyright-statement>Copyright: &#x00a9; 2026 Yatsuyanagi Y et al.</copyright-statement>
                <copyright-year>2026</copyright-year>
                <license xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
                    <license-p>This is an open access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Licence, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.</license-p>
                </license>
            </permissions>
            <self-uri content-type="pdf" xlink:href="https://f1000research.com/articles/15-335/pdf"/>
            <abstract>
                <sec>
                    <title>Background</title>
                    <p>Two-dimensional turbulence exhibits distinct behavior from three-dimensional turbulence, characterized by an inverse energy cascade that transports energy from small to large scales, leading to the formation of large-scale vortices and organized structures. Onsager proposed the concept of negative absolute temperature states to explain this large-scale structure formation. Pure electron plasma experiments, where electron motion perpendicular to a strong axial magnetic field obeys the two-dimensional incompressible Euler equation, provide an ideal platform for studying such phenomena. In these experiments, the electron number density corresponds to vorticity, and the electrostatic potential to the stream function. Experiments at Kyoto University revealed the formation of depleted vorticity regions around strong vortices, which remained theoretically unexplained.</p>
                </sec>
                <sec>
                    <title>Methods</title>
                    <p>We employ linear response theory combined with mean-field approximation for point vortex systems with negative absolute temperature to investigate this depletion mechanism. Point vortices represent the vorticity field as a collection of delta-function singularities. We consider a delta-function vortex impulsively injected into an equilibrium state of uniform background vorticity and analytically derive the two-body correlation function that characterizes the system&#x2019;s response to this perturbation. The mean-field approximation treats the continuous particle distribution emerging in the infinite particle limit.</p>
                </sec>
                <sec>
                    <title>Results</title>
                    <p>Our analysis demonstrates that the two-body correlation function exhibits negative values in the vicinity of the injected vortex. This negative correlation corresponds to a depleted vorticity region surrounding the strong vortex, consistent with experimental observations.</p>
                </sec>
                <sec>
                    <title>Conclusions</title>
                    <p>The analytical framework provides a qualitative explanation for the long-standing question of vorticity depletion formation around strong vortices in two-dimensional flows. However, our linear response treatment does not capture longer-time dynamics, and quantitative agreement with experiments requires further investigation through large-scale numerical simulations.</p>
                </sec>
            </abstract>
            <kwd-group kwd-group-type="author">
                <kwd>Two-dimensional turbulence</kwd>
                <kwd>Negative absolute temperature</kwd>
                <kwd>Point vortex system</kwd>
                <kwd>Linear response theory</kwd>
                <kwd>Mean-fileld theory</kwd>
            </kwd-group>
            <funding-group>
                <funding-statement>The author(s) declared that no grants were involved in supporting this work.</funding-statement>
            </funding-group>
        </article-meta>
    </front>
    <body>
        <sec id="sec5" sec-type="intro">
            <title>I. Introduction</title>
            <p>Main topic of this paper is a vortex dynamics in a two-dimensional (2D) system.</p>
            <p>We analytically investigate the formation mechanism of a depleted vorticity region around a strong vortex injected into a uniform background vorticity field. A delta-function-type strong vortex is impulsively injected as a perturbation into an equilibrium state of uniformly distributed vorticity. In response to the injected impulse vortex, a region of depleted vorticity is formed in the vicinity of the impulse vortex. This phenomenon was discovered in two-dimensional vortex experiments using pure electron plasmas. An overview of these experiments is presented later. In this paper, we provide an analytical explanation for the formation of the depleted vorticity region using linear response theory and mean-field approximation for two-dimensional point vortex systems.</p>
            <p>In three-dimensional turbulence, the Richardson cascade is a well-known phenomenon in which system energy is transported from large scales to small scales and is ultimately dissipated through viscous effects.
                <sup>
                    <xref ref-type="bibr" rid="ref1">1</xref>,
                    <xref ref-type="bibr" rid="ref2">2</xref>
                </sup> In contrast, two-dimensional turbulence is characterized by the inverse cascade, which differs from three-dimensional turbulence.
                <sup>
                    <xref ref-type="bibr" rid="ref3">3</xref>,
                    <xref ref-type="bibr" rid="ref4">4</xref>
                </sup> In the inverse cascade, energy is transported from small scales to large scales, leading to the formation of large-scale vortices. Furthermore, when numerous small-scale vortices aggregate, they form highly organized structures resembling a crystalline lattice. This phenomenon is sometimes referred to as self-organization.</p>
            <p>To observe structure formation in two-dimensional turbulence, it is necessary to track the time evolution over long periods, which requires inviscid or approximately high Reynolds number flow experiments. A pure electron plasma system is well-suited for this purpose.
                <sup>
                    <xref ref-type="bibr" rid="ref5">5</xref>
                </sup> Let us consider electrons confined in a vacuum chamber with a strong axial magnetic field. The 2D motion of the electrons perpendicular to the axial magnetic field is described by the 2D incompressible, inviscid Euler equation.
                <sup>
                    <xref ref-type="bibr" rid="ref6">6</xref>&#x2013;
                    <xref ref-type="bibr" rid="ref8">8</xref>
                </sup> The electron number density and the self-induced electrostatic potential are proportional to the vorticity and the stream function, respectively. Two groups at Kyoto University and at University of California, San Diego have independently reported pure electron plasma experimental results on two-dimensional turbulence and structure formation.
                <sup>
                    <xref ref-type="bibr" rid="ref9">9</xref>&#x2013;
                    <xref ref-type="bibr" rid="ref14">14</xref>
                </sup>
            </p>
            <p>Onsager proposed the concept of negative absolute temperature 
                <inline-formula>

                    <mml:math display="inline">
                        <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                    </mml:math>
</inline-formula> as a key to understanding the inverse cascade phenomenon.
                <sup>
                    <xref ref-type="bibr" rid="ref15">15</xref>&#x2013;
                    <xref ref-type="bibr" rid="ref17">17</xref>
                </sup> The state with 
                <inline-formula>

                    <mml:math display="inline">
                        <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                        <mml:mo>&lt;</mml:mo>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:math>
</inline-formula> corresponds to a phenomenon in which the statistically defined (inverse) temperature 
                <inline-formula>

                    <mml:math display="inline">
                        <mml:mi mathvariant="italic">dS</mml:mi>
                        <mml:mo>/</mml:mo>
                        <mml:mi mathvariant="italic">dE</mml:mi>
                    </mml:math>
</inline-formula> becomes negative, where 
                <inline-formula>

                    <mml:math display="inline">
                        <mml:mi>S</mml:mi>
                    </mml:math>
</inline-formula> is the entropy and 
                <inline-formula>

                    <mml:math display="inline">
                        <mml:mi>E</mml:mi>
                    </mml:math>
</inline-formula> is the (internal) energy. The entropy and the number of accessible states 
                <inline-formula>

                    <mml:math display="inline">
                        <mml:mi>W</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                            <mml:mi>E</mml:mi>
                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                    </mml:math>
</inline-formula> of the system are related by 
                <inline-formula>

                    <mml:math display="inline">
                        <mml:mi>S</mml:mi>
                        <mml:mo>=</mml:mo>
                        <mml:msub>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mi>B</mml:mi>
                        </mml:msub>
                        <mml:mo>log</mml:mo>
                        <mml:mi>W</mml:mi>
                        <mml:mrow>
                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                            <mml:mi>E</mml:mi>
                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                        </mml:mrow>
                    </mml:math>
</inline-formula> where 
                <inline-formula>

                    <mml:math display="inline">
                        <mml:msub>
                            <mml:mi>k</mml:mi>
                            <mml:mi>B</mml:mi>
                        </mml:msub>
                    </mml:math>
</inline-formula> is the Boltzmann constant. Therefore, although unusual for conventional systems, negative absolute temperature can occur in systems where the number of accessible states decreases as the energy increases. Point vortex systems are known as representative examples of systems that can exhibit negative absolute temperature states.</p>
            <p>The point vortex system serves as a tool for representing two-dimensional flows. In this system, the vorticity field is represented by a collection of point vortices discretized as delta functions (described later). As 
                <inline-formula>

                    <mml:math display="inline">
                        <mml:mi>N</mml:mi>
                    </mml:math>
</inline-formula> same-sign point vortices coalesce into a single location, the degrees of freedom regarding their configuration decrease while the energy increases. That is, since the number of accessible states decreases with increasing energy, this system can exhibit states with 
                <inline-formula>

                    <mml:math display="inline">
                        <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                        <mml:mo>&lt;</mml:mo>
                        <mml:mn>0</mml:mn>
                    </mml:math>
</inline-formula>. It was numerically demonstrated by Joyce 
                <italic toggle="yes">et al.</italic> that point vortices confined in a rectangular domain with periodic boundary conditions form a clustered state.
                <sup>
                    <xref ref-type="bibr" rid="ref18">18</xref>,
                    <xref ref-type="bibr" rid="ref19">19</xref>
                </sup> Using large-scale simulations with special-purpose supercomputer MDGRAPE-2, the negative temperature properties observed in point vortex systems confined within a circular boundary was examined by Yatsuyanagi 
                <italic toggle="yes">et al.</italic>
                <sup>
                    <xref ref-type="bibr" rid="ref20">20</xref>
                </sup>
            </p>
            <p>The point vortex system can serve as a powerful tool not only for numerical simulations but also for theoretical analysis.
                <sup>
                    <xref ref-type="bibr" rid="ref21">21</xref>,
                    <xref ref-type="bibr" rid="ref22">22</xref>
                </sup> In experiments conducted by the Kyoto University group, the formation of a depleted region around a strong vortex was observed, but the mechanism behind this phenomenon remained unclear for a long time.
                <sup>
                    <xref ref-type="bibr" rid="ref23">23</xref>
                </sup> In the present study, to describe the phenomenon, we derive the two-body correlation function analytically, employing the linear response theory and the mean-field approximation for the point vortex system. The linear response is the response of a system in equilibrium to a perturbation imposed by an external field, where the perturbation is weak enough not to destroy the equilibrium state. In a discrete particle system, the mean field is defined as the continuous particle distribution function that emerges in the infinite particle limit. This approach is referred to as the mean-field approximation. Injecting a delta-function-type strong vortex impulsively as a perturbation into an equilibrium state of uniformly distributed vorticity, we evaluate the response as the two-body correlation function. The obtained function indicates that a region exhibiting a negative response to the impulse input emerges.</p>
            <p>Organization of this paper is as follows: In Sec. II, we first introduce the two-dimensional fluid experiments using pure electron plasma and the experimental result that motivated this study (Sec. II A). Subsequently, we define the two-dimensional point vortex system used as an analytical tool (Sec. II B), and present the results calculated via the route of Path (1) (Sec. II C) and the route of Path (2) (Sec. II D) in 
                <xref ref-type="fig" rid="f1">Figure 1</xref>. Then, by imposing the condition that the results obtained from the above two routes should be equal, we derive the equation that the two-body correlation function must satisfy (Sec. II E). In Section III, we obtain the homogeneous solution (Sec. III A 1) and the special solution (Sec. III A 2) of the equation derived in Sec. II E. Finally, in Section IV, we examine the conditions that the two-body correlation function must satisfy in a system with circular boundaries, and present the explicit solution of the two-body correlation function.</p>
            <fig fig-type="figure" id="f1" orientation="portrait" position="float">
                <label>
Figure 1. </label>
                <caption>
                    <title>The linear response followed by the infinite particle limit, and the linear response to the mean field after taking the infinite particle limit.</title>
                </caption>
                <graphic id="gr1" orientation="portrait" position="float" xlink:href="https://f1000research-files.f1000.com/manuscripts/194250/e506d776-2267-4bb1-9abc-4e051a801bd3_figure1.gif"/>
            </fig>
        </sec>
        <sec id="sec6" sec-type="methods">
            <title>II. Methods</title>
            <sec id="sec7">
                <title>A. Two-dimensional pure electron plasma experiment</title>
                <p>In this section, we present the experimental results obtained with pure electron plasmas. Electrons are confined in a cylindrical vacuum chamber radially by a strong magnetic field along the axis of the chamber and axially by the negatively biased electrostatic potentials at both ends. When the electrostatic potential at one end of the chamber is turned off, electrons are released along the axis and strike a phosphor screen positioned perpendicular to the magnetic field. The resulting luminosity distribution is recorded by a Charge Coupled Device (CCD) camera. As this measurement is destructive, the experiment requires high reproducibility. Details of the experimental configuration are found in Refs. 
                    <xref ref-type="bibr" rid="ref9">9</xref>, 
                    <xref ref-type="bibr" rid="ref24">24</xref>, 
                    <xref ref-type="bibr" rid="ref25">25</xref>. The electron motion perpendicular to the magnetic field is described by the 2D Euler equation,
                    <sup>
                        <xref ref-type="bibr" rid="ref6">6</xref>,
                        <xref ref-type="bibr" rid="ref7">7</xref>
                    </sup> in which the electron density is proportional to the vorticity.</p>
                <p>The time evolution of the electron distribution is shown in 
                    <xref ref-type="fig" rid="f2">Figure 2</xref>. The brightness in this figure is proportional to the electron density, i.e., the vorticity. In this experiment, we first established an uniform equilibrium electron distribution as the background vortex, and then injected an electron population with a density higher than that of the background. A region where electrons are concentrated at a density higher than the background distribution is referred to as a clump. In this case, the vorticity inside the clump is about 180 times higher than that of the background.</p>
                <fig fig-type="figure" id="f2" orientation="portrait" position="float">
                    <label>
Figure 2. </label>
                    <caption>
                        <title>Experimental results are shown.</title>
                        <p>Shown are snapshots of the electron density at (a) 15 
                            <italic toggle="yes">&#x03bc;</italic>s, (b) 80 
                            <italic toggle="yes">&#x03bc;</italic>s, (c) 5 ms, (d) 10 ms, and (e) 200 ms.</p>
                    </caption>
                    <graphic id="gr2" orientation="portrait" position="float" xlink:href="https://f1000research-files.f1000.com/manuscripts/194250/e506d776-2267-4bb1-9abc-4e051a801bd3_figure2.gif"/>
                </fig>
                <p>The clump migrates toward the center of the background vortex through the interaction of its self-induced swirling flow with the background vortex. As the clump moves, it entrains low-vorticity regions from outside the background vortex, creating a ring hole of reduced vorticity around it. We will explain the mechanism of ring hole formation using the two-point correlation function of vorticity.</p>
                <p>The density depression around the clump is depicted in 
                    <xref ref-type="fig" rid="f3">Figure 3</xref>. 
                    <xref ref-type="fig" rid="f3">
Figure 3</xref> plots the density profiles along lines A-A&#x2019;, B-B&#x2019;, and C-C&#x2019; shown in 
                    <xref ref-type="fig" rid="f2">Figures 2</xref> (c), (d), and (e), respectively. Points A, A&#x2019;, B, B&#x2019;, C, and C&#x2019; are located in the background vortex, and regions with density lower than the background are highlighted in green. The green regions indicate areas exhibiting negative correlation.</p>
                <fig fig-type="figure" id="f3" orientation="portrait" position="float">
                    <label>
Figure 3. </label>
                    <caption>
                        <title>Radial profile of electron density centered on the clump is shown.</title>
                    </caption>
                    <graphic id="gr3" orientation="portrait" position="float" xlink:href="https://f1000research-files.f1000.com/manuscripts/194250/e506d776-2267-4bb1-9abc-4e051a801bd3_figure3.gif"/>
                </fig>
            </sec>
            <sec id="sec8">
                <title>B. Point vortex system</title>
                <p>In this section, we define a two-dimensional (2D) system considered and introduce prerequisite for calculating the explicit formula of a two-body correlation function for the system.</p>
                <p>

                    <bold>

                        <italic toggle="yes">1. 2D point vortex system</italic>
</bold>
                </p>
                <p>Let us consider a collection of 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi>N</mml:mi>
                        </mml:math>
</inline-formula> singular point vortices, which defines a 2D vorticity field 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mover accent="true">
                                <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                            </mml:mover>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:mi>t</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>
</inline-formula>:
                    <disp-formula id="e1">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mover accent="true">
                                <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                            </mml:mover>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:mi>t</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mspace width="0.25em"/>
                            <mml:mo>&#x2254;</mml:mo>
                            <mml:mspace width="0.25em"/>
                            <mml:munderover>
                                <mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mi>i</mml:mi>
                                    <mml:mo>=</mml:mo>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mi>N</mml:mi>
                            </mml:munderover>
                            <mml:mspace width="0.12em"/>
                            <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                            <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mi>i</mml:mi>
                                </mml:msub>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                    <mml:mi>t</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>.</mml:mo>
                        </mml:math>

                        <label>(1)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>The position vector of the 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                        </mml:math>
</inline-formula>-th point vortex is given by 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                            </mml:msub>
                        </mml:math>
</inline-formula>. Each vortex has a constant circulation 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                        </mml:math>
</inline-formula>. The notation 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>
</inline-formula> is the 2D Dirac delta function. A quantity depending on the positions 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                            </mml:msub>
                        </mml:math>
</inline-formula> of the singular point vortices is indicated by 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mover accent="true">
                                <mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
                                <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                            </mml:mover>
                        </mml:math>
</inline-formula>. We call a variable with 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mover accent="true">
                                <mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
                                <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                            </mml:mover>
                        </mml:math>
</inline-formula> as the microscopic one. The total circulation 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi>N</mml:mi>
                            <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                        </mml:math>
</inline-formula> is assumed to be finite and constant, namely
                    <disp-formula id="e2">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                            <mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                <mml:mi>N</mml:mi>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mo>.</mml:mo>
                        </mml:math>

                        <label>(2)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>A stream function is defined by
                    <disp-formula id="e3">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mover accent="true">
                                <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                            </mml:mover>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mspace width="0.25em"/>
                            <mml:mo>&#x2254;</mml:mo>
                            <mml:mspace width="0.25em"/>
                            <mml:munder>
                                <mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                            </mml:munder>
                            <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                            <mml:mi>G</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mi>i</mml:mi>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>

                        <label>(3)</label>
</disp-formula>where 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi>G</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                </mml:msup>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>
</inline-formula> is the 2D Green function for 2D Laplacian
                    <disp-formula id="e4">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mi>G</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                </mml:msup>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mspace width="0.25em"/>
                            <mml:mo>&#x2254;</mml:mo>
                            <mml:mspace width="0.25em"/>
                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                    <mml:mi>&#x03c0;</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mo>log</mml:mo>
                            <mml:mo>|</mml:mo>
                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                            <mml:msup>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                            </mml:msup>
                            <mml:mo>|</mml:mo>
                            <mml:mo>.</mml:mo>
                        </mml:math>

                        <label>(4)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>The stream function 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e3">(3)</xref> and the vorticity 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e1">(1)</xref> are related by the Poisson equation
                    <disp-formula id="e5">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                            <mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi>
                            <mml:mover accent="true">
                                <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                            </mml:mover>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mover accent="true">
                                <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                            </mml:mover>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>

                        <label>(5)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>

                    <bold>

                        <italic toggle="yes">2. Hamiltonian</italic>
</bold>
                </p>
                <p>The following integral corresponding to energy of the system diverges at 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:msup>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                            </mml:msup>
                        </mml:math>
</inline-formula>

                    <disp-formula id="e6">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mtable columnalign="left" displaystyle="true">
                                <mml:mtr>
                                    <mml:mtd>
                                        <mml:mspace width="1em"/>
                                        <mml:mfrac>
                                            <mml:mn>1</mml:mn>
                                            <mml:mn>2</mml:mn>
                                        </mml:mfrac>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                            <mml:msup>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">R</mml:mi>
                                                <mml:mn>2</mml:mn>
                                            </mml:msup>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                            <mml:msup>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">R</mml:mi>
                                                <mml:mn>2</mml:mn>
                                            </mml:msup>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mi>G</mml:mi>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo>,</mml:mo>
                                            <mml:msup>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                            </mml:msup>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mover accent="true">
                                            <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                            <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                        </mml:mover>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mover accent="true">
                                            <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                            <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                        </mml:mover>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:msup>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                            </mml:msup>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                        <mml:msup>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                        </mml:msup>
                                    </mml:mtd>
                                </mml:mtr>
                                <mml:mtr>
                                    <mml:mtd>
                                        <mml:mo>=</mml:mo>
                                        <mml:mfrac>
                                            <mml:mn>1</mml:mn>
                                            <mml:mn>2</mml:mn>
                                        </mml:mfrac>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                            <mml:msup>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">R</mml:mi>
                                                <mml:mn>2</mml:mn>
                                            </mml:msup>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mover accent="true">
                                            <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                            <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                        </mml:mover>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mover accent="true">
                                            <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                            <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                        </mml:mover>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                        <mml:mo>&#x2255;</mml:mo>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mover accent="true">
                                                <mml:mi>H</mml:mi>
                                                <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                            </mml:mover>
                                            <mml:mn>0</mml:mn>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mo>+</mml:mo>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mi>E</mml:mi>
                                            <mml:mi>inf</mml:mi>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mo>,</mml:mo>
                                    </mml:mtd>
                                </mml:mtr>
                            </mml:mtable>
                        </mml:math>

                        <label>(6)</label>
</disp-formula>where 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>E</mml:mi>
                                <mml:mi>inf</mml:mi>
                            </mml:msub>
                        </mml:math>
</inline-formula> is a constant including a diverging part. Notation 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>H</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                        </mml:math>
</inline-formula> is the Hamiltonian of the point vortex system in the usual sense.
                    <disp-formula id="e7">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>H</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mspace width="0.25em"/>
                            <mml:mo>&#x2254;</mml:mo>
                            <mml:mspace width="0.25em"/>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msup>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:munder>
                                <mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mi>i</mml:mi>
                                    <mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
                                    <mml:mi>j</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                            </mml:munder>
                            <mml:mi>G</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mi>i</mml:mi>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mi>j</mml:mi>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>

                        <label>(7)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>A quantity without an external perturbation (see below) is indicated by the suffix 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                        </mml:math>
</inline-formula>.</p>
                <p>

                    <bold>

                        <italic toggle="yes">3. External perturbation</italic>
</bold>
                </p>
                <p>A macroscopic stream function 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>
</inline-formula> without 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mover accent="true">
                                <mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
                                <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                            </mml:mover>
                        </mml:math>
</inline-formula> is introduced as an external arbitrary perturbation, which defines a microsopic stream function 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                        </mml:math>
</inline-formula>

                    <disp-formula id="e8">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mspace width="0.25em"/>
                            <mml:mo>&#x2254;</mml:mo>
                            <mml:mspace width="0.25em"/>
                            <mml:msub>
                                <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">R</mml:mi>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msup>
                            </mml:msub>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mover accent="true">
                                <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                            </mml:mover>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                            <mml:munder>
                                <mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                            </mml:munder>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mi>i</mml:mi>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>

                        <label>(8)</label>
</disp-formula>

                    <disp-formula id="e9">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>H</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mspace width="0.25em"/>
                            <mml:mo>&#x2254;</mml:mo>
                            <mml:mspace width="0.25em"/>
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>H</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                        </mml:math>

                        <label>(9)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>The quantity 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>H</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                        </mml:math>
</inline-formula> denotes Hamiltonian with an external perturbation 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                        </mml:math>
</inline-formula>.</p>
                <p>For convenience, we introduce a suffix 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
                                <mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
                            </mml:msub>
                        </mml:math>
</inline-formula> where the asterisk matchs either 0 or 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                        </mml:math>
</inline-formula>. In an equation which contais two or more asterisks, all the asteriscs are unifiedly replaced by either 0 or 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                        </mml:math>
</inline-formula>.</p>
                <p>

                    <bold>

                        <italic toggle="yes">4. Partition function</italic>
</bold>
                </p>
                <p>A partition function is defined by
                    <disp-formula id="e10">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>Z</mml:mi>
                                <mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
                            </mml:msub>
                            <mml:mspace width="0.25em"/>
                            <mml:mo>&#x2254;</mml:mo>
                            <mml:mspace width="0.25em"/>
                            <mml:msub>
                                <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">R</mml:mi>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mn>2</mml:mn>
                                        <mml:mi>N</mml:mi>
                                    </mml:mrow>
                                </mml:msup>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>exp</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mover accent="true">
                                        <mml:mi>H</mml:mi>
                                        <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                    </mml:mover>
                                    <mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
                            <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mi>N</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>.</mml:mo>
                        </mml:math>

                        <label>(10)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>According to the assumption 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e2">(2)</xref>, the inverse temperature 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                        </mml:math>
</inline-formula> is chosen to be
                    <disp-formula id="e11">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                            <mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
                            <mml:mi>O</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi>N</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>.</mml:mo>
                        </mml:math>

                        <label>(11)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>Under the above condition and the definition 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e7">(7)</xref>, the dependence of Hamiltonian 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>H</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
                            </mml:msub>
                        </mml:math>
</inline-formula> on 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi>N</mml:mi>
                        </mml:math>
</inline-formula> is estimated as
                    <disp-formula id="e12">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>H</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
                            <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                            <mml:msup>
                                <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:msup>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi>N</mml:mi>
                                <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi>G</mml:mi>
                            <mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
                            <mml:mi>N</mml:mi>
                            <mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi>N</mml:mi>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msup>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
                            <mml:mi>N</mml:mi>
                            <mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
                            <mml:mi>O</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>

                        <label>(12)</label>
</disp-formula>with respect to each 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                            </mml:msub>
                        </mml:math>
</inline-formula>. This ensures that the orders of the partition function 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>Z</mml:mi>
                                <mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
                            </mml:msub>
                        </mml:math>
</inline-formula> and the free energy (see 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e21">Eq. (21)</xref>) are estimated as
                    <disp-formula id="e13">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mtable columnalign="left" displaystyle="true">
                                <mml:mtr>
                                    <mml:mtd>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mi>Z</mml:mi>
                                            <mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
                                        <mml:mi>O</mml:mi>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:msup>
                                                <mml:mi>C</mml:mi>
                                                <mml:mi>N</mml:mi>
                                            </mml:msup>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mo>,</mml:mo>
                                    </mml:mtd>
                                </mml:mtr>
                                <mml:mtr>
                                    <mml:mtd>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mi>F</mml:mi>
                                            <mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mo>=</mml:mo>
                                        <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                        <mml:mfrac>
                                            <mml:mn>1</mml:mn>
                                            <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                        </mml:mfrac>
                                        <mml:mo>ln</mml:mo>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mi>Z</mml:mi>
                                            <mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
                                        <mml:mi>O</mml:mi>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mn>1</mml:mn>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mo>.</mml:mo>
                                    </mml:mtd>
                                </mml:mtr>
                            </mml:mtable>
                        </mml:math>

                        <label>(13)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>This shows the free energy is well-defined regardless of the magnitude of 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi>N</mml:mi>
                        </mml:math>
</inline-formula>.</p>
                <p>

                    <bold>

                        <italic toggle="yes">5. Canonical average</italic>
</bold>
                </p>
                <p>The canonical average converts a microscopic quantity into a macroscopic one. There are two kinds of canonical average, 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x27e8;</mml:mo>
                                    <mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x27e9;</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                        </mml:math>
</inline-formula> and 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x27e8;</mml:mo>
                                    <mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x27e9;</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                        </mml:math>
</inline-formula>. The notation 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x27e8;</mml:mo>
                                    <mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x27e9;</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                        </mml:math>
</inline-formula> represents the average with 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>H</mml:mi>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                        </mml:math>
</inline-formula>, and the notation 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x27e8;</mml:mo>
                                    <mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x27e9;</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                        </mml:math>
</inline-formula> represents the average with 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>H</mml:mi>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                        </mml:math>
</inline-formula>, namely,

                    <disp-formula id="e14">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                <mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mspace width="0.25em"/>
                            <mml:mo>&#x2254;</mml:mo>
                            <mml:mspace width="0.25em"/>
                            <mml:msub>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x27e8;</mml:mo>
                                    <mml:mover accent="true">
                                        <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                        <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                    </mml:mover>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x27e9;</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi>Z</mml:mi>
                                    <mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
                                </mml:msub>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:msub>
                                <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">R</mml:mi>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mn>2</mml:mn>
                                        <mml:mi>N</mml:mi>
                                    </mml:mrow>
                                </mml:msup>
                            </mml:msub>
                            <mml:mover accent="true">
                                <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                            </mml:mover>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>exp</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mover accent="true">
                                        <mml:mi>H</mml:mi>
                                        <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                    </mml:mover>
                                    <mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
                            <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mi>N</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>.</mml:mo>
                        </mml:math>

                        <label>(14)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>

                    <bold>

                        <italic toggle="yes">6. Fluctuation</italic>
</bold>
                </p>
                <p>The fluctuation 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>
</inline-formula> is defined by the subtraction of the canonical averaged quantity from the microscopic one which depends on the particle position 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                            </mml:msub>
                        </mml:math>
</inline-formula>:
                    <disp-formula id="e15">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mspace width="0.25em"/>
                            <mml:mo>&#x2254;</mml:mo>
                            <mml:mspace width="0.25em"/>
                            <mml:mover accent="true">
                                <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                            </mml:mover>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                <mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>

                        <label>(15)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>

                    <bold>

                        <italic toggle="yes">7. One-body distribution function</italic>
</bold>
                </p>
                <p>The one-body distribution function 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msubsup>
                                <mml:mi>P</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                    <mml:mo>,</mml:mo>
                                    <mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mi>N</mml:mi>
                            </mml:msubsup>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>
</inline-formula> is defined by
                    <disp-formula id="e16">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:msubsup>
                                <mml:mi>P</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                    <mml:mo>,</mml:mo>
                                    <mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mi>N</mml:mi>
                            </mml:msubsup>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mspace width="0.25em"/>
                            <mml:mo>&#x2254;</mml:mo>
                            <mml:mspace width="0.25em"/>
                            <mml:msub>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x27e8;</mml:mo>
                                    <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                        <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mi>i</mml:mi>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x27e9;</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>.</mml:mo>
                        </mml:math>

                        <label>(16)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>Due to the symmetry of 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>H</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
                            </mml:msub>
                        </mml:math>
</inline-formula> under the permutation of the 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                        </mml:math>
</inline-formula>-th and the 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi>j</mml:mi>
                        </mml:math>
</inline-formula>-th particles, it satisfies
                    <disp-formula id="e17">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:msubsup>
                                <mml:mi>P</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                    <mml:mo>,</mml:mo>
                                    <mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mi>N</mml:mi>
                            </mml:msubsup>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi>Z</mml:mi>
                                    <mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
                                </mml:msub>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:msub>
                                <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">R</mml:mi>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mn>2</mml:mn>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mi>N</mml:mi>
                                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                            <mml:mn>1</mml:mn>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                    </mml:mrow>
                                </mml:msup>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>exp</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mover accent="true">
                                        <mml:mi>H</mml:mi>
                                        <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                    </mml:mover>
                                    <mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
                                </mml:msub>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mo>,</mml:mo>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                        <mml:mn>2</mml:mn>
                                    </mml:msub>
                                    <mml:mo>,</mml:mo>
                                    <mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
                                    <mml:mo>,</mml:mo>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                        <mml:mi>N</mml:mi>
                                    </mml:msub>
                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
                            <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mi>N</mml:mi>
                            </mml:msub>
                        </mml:math>

                        <label>(17)</label>
</disp-formula>for any 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                            <mml:mo>,</mml:mo>
                            <mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
                            <mml:mo>,</mml:mo>
                            <mml:mi>N</mml:mi>
                        </mml:math>
</inline-formula>. Thus, the following relation also holds:
                    <disp-formula id="e18">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                <mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:msub>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x27e8;</mml:mo>
                                    <mml:mover accent="true">
                                        <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                        <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                    </mml:mover>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x27e9;</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mi>N</mml:mi>
                            <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                            <mml:msubsup>
                                <mml:mi>P</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                    <mml:mo>,</mml:mo>
                                    <mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mi>N</mml:mi>
                            </mml:msubsup>
                            <mml:mo>.</mml:mo>
                        </mml:math>

                        <label>(18)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>

                    <bold>

                        <italic toggle="yes">8. Two-body distribution function</italic>
</bold>
                </p>
                <p>The two-body distribution function 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msubsup>
                                <mml:mi>P</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                    <mml:mo>,</mml:mo>
                                    <mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mi>N</mml:mi>
                            </mml:msubsup>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                </mml:msup>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>
</inline-formula> is defined by
                    <disp-formula id="e19">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:msubsup>
                                <mml:mi>P</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                    <mml:mo>,</mml:mo>
                                    <mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mi>N</mml:mi>
                            </mml:msubsup>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                </mml:msup>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mspace width="0.25em"/>
                            <mml:mo>&#x2254;</mml:mo>
                            <mml:mspace width="0.25em"/>
                            <mml:msub>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x27e8;</mml:mo>
                                    <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                        <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mi>i</mml:mi>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                        <mml:msup>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                        </mml:msup>
                                        <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mi>j</mml:mi>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x27e9;</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>.</mml:mo>
                        </mml:math>

                        <label>(19)</label>
</disp-formula>and satisfies
                    <disp-formula id="e20">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:msubsup>
                                <mml:mi>P</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                    <mml:mo>,</mml:mo>
                                    <mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mi>N</mml:mi>
                            </mml:msubsup>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                </mml:msup>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi>Z</mml:mi>
                                    <mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
                                </mml:msub>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:msub>
                                <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">R</mml:mi>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mn>2</mml:mn>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mi>N</mml:mi>
                                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                            <mml:mn>2</mml:mn>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                    </mml:mrow>
                                </mml:msup>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>exp</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mover accent="true">
                                        <mml:mi>H</mml:mi>
                                        <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                    </mml:mover>
                                    <mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
                                </mml:msub>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mo>,</mml:mo>
                                    <mml:msup>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                        <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                    </mml:msup>
                                    <mml:mo>,</mml:mo>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                        <mml:mn>3</mml:mn>
                                    </mml:msub>
                                    <mml:mo>,</mml:mo>
                                    <mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
                                    <mml:mo>,</mml:mo>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                        <mml:mi>N</mml:mi>
                                    </mml:msub>
                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mn>3</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
                            <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mi>N</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>.</mml:mo>
                        </mml:math>

                        <label>(20)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>Note that 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msubsup>
                                <mml:mi>P</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                    <mml:mo>,</mml:mo>
                                    <mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mi>N</mml:mi>
                            </mml:msubsup>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                </mml:msup>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>
</inline-formula> is not defined on 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:msup>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                            </mml:msup>
                        </mml:math>
</inline-formula> as 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>H</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                </mml:msup>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>
</inline-formula> is not defined on 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mi>j</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:mi>j</mml:mi>
                                <mml:mo>=</mml:mo>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:mi>N</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>
</inline-formula>.</p>
            </sec>
            <sec id="sec9">
                <title>C. Linear response theory</title>
                <p>The goal of this section is to derive a linear response formula for the 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi>N</mml:mi>
                        </mml:math>
</inline-formula>-point vortex system to a fluctuation (path (1) in 
                    <xref ref-type="fig" rid="f1">Figure 1</xref>).</p>
                <p>

                    <bold>

                        <italic toggle="yes">1. Linear response formula</italic>
</bold>
                </p>
                <p>The free energy is defined by
                    <disp-formula id="e21">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>F</mml:mi>
                                <mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
                            </mml:msub>
                            <mml:mspace width="0.25em"/>
                            <mml:mo>&#x2254;</mml:mo>
                            <mml:mspace width="0.25em"/>
                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mo>ln</mml:mo>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>Z</mml:mi>
                                <mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>.</mml:mo>
                        </mml:math>

                        <label>(21)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>As a general procedure, we calculate a functional derivative two times to obtain a correlation of the fluctuation 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                            <mml:mover accent="true">
                                <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                            </mml:mover>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>
</inline-formula>
                    <sub>.</sub>
                    <sup>
                        <xref ref-type="bibr" rid="ref26">26</xref>
                    </sup> The functional derivative is carried out by introducing an arbitrary external perturbation 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>&#x03d5;</mml:mi>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mspace width="0.25em"/>
                            <mml:mspace width="0.25em"/>
                            <mml:mo>&#x2254;</mml:mo>
                            <mml:mspace width="0.25em"/>
                            <mml:mspace width="0.25em"/>
                            <mml:mi>s</mml:mi>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi mathvariant="italic">&#x03b4;&#x03d5;</mml:mi>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                        </mml:math>
</inline-formula> (
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi>s</mml:mi>
                            <mml:mspace width="0.25em"/>
                            <mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
                            <mml:mspace width="0.25em"/>
                            <mml:mi mathvariant="bold">R</mml:mi>
                        </mml:math>
</inline-formula>) and differentiating with respect to 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi>s</mml:mi>
                        </mml:math>
</inline-formula> twice.
                    <disp-formula id="e22">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mi>d</mml:mi>
                                <mml:mi mathvariant="italic">ds</mml:mi>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>F</mml:mi>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi>Z</mml:mi>
                                    <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                </mml:msub>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:msub>
                                <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">R</mml:mi>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mn>2</mml:mn>
                                        <mml:mi>N</mml:mi>
                                    </mml:mrow>
                                </mml:msup>
                            </mml:msub>
                            <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                            <mml:munder>
                                <mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                            </mml:munder>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi mathvariant="italic">&#x03b4;&#x03d5;</mml:mi>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mi>i</mml:mi>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>exp</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mover accent="true">
                                        <mml:mi>H</mml:mi>
                                        <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                    </mml:mover>
                                    <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
                            <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mi>N</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mspace width="1em"/>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:msub>
                                <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">R</mml:mi>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msup>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mfrac>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mi>Z</mml:mi>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                    </mml:msub>
                                </mml:mfrac>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                    <mml:msup>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">R</mml:mi>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mn>2</mml:mn>
                                            <mml:mi>N</mml:mi>
                                        </mml:mrow>
                                    </mml:msup>
                                </mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo>exp</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                    <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                    <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mover accent="true">
                                            <mml:mi>H</mml:mi>
                                            <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                        </mml:mover>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                    </mml:msub>
                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mi>N</mml:mi>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi mathvariant="italic">&#x03b4;&#x03d5;</mml:mi>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                        </mml:math>

                        <label>
                            <sup>(22)</sup>
                        </label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>We represent the integrand as the functional delivative
                    <disp-formula id="e23">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mi>F</mml:mi>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                    </mml:msub>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mi mathvariant="italic">&#x03b4;&#x03d5;</mml:mi>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                    </mml:msub>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                    </mml:mrow>
                                </mml:mrow>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi>Z</mml:mi>
                                    <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                </mml:msub>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:msub>
                                <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">R</mml:mi>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mn>2</mml:mn>
                                        <mml:mi>N</mml:mi>
                                    </mml:mrow>
                                </mml:msup>
                            </mml:msub>
                            <mml:mover accent="true">
                                <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                            </mml:mover>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>exp</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mover accent="true">
                                        <mml:mi>H</mml:mi>
                                        <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                    </mml:mover>
                                    <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
                            <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mi>N</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:msub>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x27e8;</mml:mo>
                                    <mml:mover accent="true">
                                        <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                        <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                    </mml:mover>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x27e9;</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>.</mml:mo>
                        </mml:math>

                        <label>
                            <sup>(23)</sup>
                        </label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>Similarly, the second-order delivative is obtained:
                    <disp-formula id="e24">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mspace width="1em"/>
                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi>d</mml:mi>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msup>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mi>d</mml:mi>
                                    <mml:msup>
                                        <mml:mi>s</mml:mi>
                                        <mml:mn>2</mml:mn>
                                    </mml:msup>
                                </mml:mrow>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>F</mml:mi>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mi>d</mml:mi>
                                <mml:mi mathvariant="italic">ds</mml:mi>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mfrac>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mi>Z</mml:mi>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                    </mml:msub>
                                </mml:mfrac>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                    <mml:msup>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">R</mml:mi>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mn>2</mml:mn>
                                            <mml:mi>N</mml:mi>
                                        </mml:mrow>
                                    </mml:msup>
                                </mml:msub>
                                <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                <mml:munder>
                                    <mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
                                    <mml:mi>i</mml:mi>
                                </mml:munder>
                                <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi>&#x03d5;</mml:mi>
                                    <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                </mml:msub>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                        <mml:mi>i</mml:mi>
                                    </mml:msub>
                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo>exp</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                    <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                    <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mover accent="true">
                                            <mml:mi>H</mml:mi>
                                            <mml:mo>&#x0302;</mml:mo>
                                        </mml:mover>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                    </mml:msub>
                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mi>N</mml:mi>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                <mml:msubsup>
                                    <mml:mi>Z</mml:mi>
                                    <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msubsup>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:msup>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                        <mml:msup>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">R</mml:mi>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mn>2</mml:mn>
                                                <mml:mi>N</mml:mi>
                                            </mml:mrow>
                                        </mml:msup>
                                    </mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                    <mml:munder>
                                        <mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
                                        <mml:mi>i</mml:mi>
                                    </mml:munder>
                                    <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mi>&#x03d5;</mml:mi>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                    </mml:msub>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mi>i</mml:mi>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mo>exp</mml:mo>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                        <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                        <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mover accent="true">
                                                <mml:mi>H</mml:mi>
                                                <mml:mo>&#x0302;</mml:mo>
                                            </mml:mover>
                                            <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                        <mml:mn>1</mml:mn>
                                    </mml:msub>
                                    <mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
                                    <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                        <mml:mi>N</mml:mi>
                                    </mml:msub>
                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:msup>
                            <mml:mspace width="1em"/>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi>Z</mml:mi>
                                    <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                </mml:msub>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:msub>
                                <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">R</mml:mi>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mn>2</mml:mn>
                                        <mml:mi>N</mml:mi>
                                    </mml:mrow>
                                </mml:msup>
                            </mml:msub>
                            <mml:msup>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                    <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                    <mml:munder>
                                        <mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
                                        <mml:mi>i</mml:mi>
                                    </mml:munder>
                                    <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mi>&#x03d5;</mml:mi>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                    </mml:msub>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mi>i</mml:mi>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:msup>
                            <mml:mo>exp</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mover accent="true">
                                        <mml:mi>H</mml:mi>
                                        <mml:mo>&#x0302;</mml:mo>
                                    </mml:mover>
                                    <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
                            <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mi>N</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                            <mml:msub>
                                <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">R</mml:mi>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msup>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mfrac>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mi>Z</mml:mi>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                    </mml:msub>
                                </mml:mfrac>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                    <mml:msup>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">R</mml:mi>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mn>2</mml:mn>
                                            <mml:mi>N</mml:mi>
                                        </mml:mrow>
                                    </mml:msup>
                                </mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                    <mml:mo>&#x0302;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo>exp</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                    <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                    <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mover accent="true">
                                            <mml:mi>H</mml:mi>
                                            <mml:mo>&#x0302;</mml:mo>
                                        </mml:mover>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                    </mml:msub>
                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mi>N</mml:mi>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>&#x03d5;</mml:mi>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                            <mml:mspace width="2em"/>
                            <mml:mo>&#x00d7;</mml:mo>
                            <mml:msub>
                                <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">R</mml:mi>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msup>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mfrac>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mi>Z</mml:mi>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                    </mml:msub>
                                </mml:mfrac>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                    <mml:msup>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">R</mml:mi>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mn>2</mml:mn>
                                            <mml:mi>N</mml:mi>
                                        </mml:mrow>
                                    </mml:msup>
                                </mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                    <mml:mo>&#x0302;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                    <mml:msup>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                        <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                    </mml:msup>
                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo>exp</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                    <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                    <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mover accent="true">
                                            <mml:mi>H</mml:mi>
                                            <mml:mo>&#x0302;</mml:mo>
                                        </mml:mover>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                    </mml:msub>
                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mi>N</mml:mi>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>&#x03d5;</mml:mi>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                </mml:msup>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                            <mml:msup>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                            </mml:msup>
                            <mml:mspace width="1em"/>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:msub>
                                <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">R</mml:mi>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msup>
                            </mml:msub>
                            <mml:msub>
                                <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">R</mml:mi>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msup>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mfrac>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mi>Z</mml:mi>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                    </mml:msub>
                                </mml:mfrac>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                    <mml:msup>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">R</mml:mi>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mn>2</mml:mn>
                                            <mml:mi>N</mml:mi>
                                        </mml:mrow>
                                    </mml:msup>
                                </mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                    <mml:mo>&#x0302;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                    <mml:mo>&#x0302;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                    <mml:msup>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                        <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                    </mml:msup>
                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo>exp</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                    <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                    <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mover accent="true">
                                            <mml:mi>H</mml:mi>
                                            <mml:mo>&#x0302;</mml:mo>
                                        </mml:mover>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                    </mml:msub>
                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mi>N</mml:mi>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>&#x03d5;</mml:mi>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>&#x03d5;</mml:mi>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                </mml:msup>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                            <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                            <mml:msup>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                            </mml:msup>
                        </mml:math>

                        <label>
                            <sup>(24)</sup>
                        </label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>We represent this result as
                    <disp-formula id="e25">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mtable columnalign="left" displaystyle="true">
                                <mml:mtr>
                                    <mml:mtd>
                                        <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                        <mml:mfrac>
                                            <mml:mn>1</mml:mn>
                                            <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                        </mml:mfrac>
                                        <mml:mfrac>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:msup>
                                                    <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                                </mml:msup>
                                                <mml:msub>
                                                    <mml:mi>F</mml:mi>
                                                    <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                                </mml:msub>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:msub>
                                                    <mml:mi mathvariant="italic">&#x03b4;&#x03d5;</mml:mi>
                                                    <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                                </mml:msub>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                    <mml:msup>
                                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                        <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                    </mml:msup>
                                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                </mml:mrow>
                                                <mml:msub>
                                                    <mml:mi mathvariant="italic">&#x03b4;&#x03d5;</mml:mi>
                                                    <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                                </mml:msub>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                </mml:mrow>
                                            </mml:mrow>
                                        </mml:mfrac>
                                        <mml:mo>=</mml:mo>
                                        <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                        <mml:mfrac>
                                            <mml:mn>1</mml:mn>
                                            <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                        </mml:mfrac>
                                        <mml:mfrac>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:msub>
                                                    <mml:mi mathvariant="italic">&#x03b4;&#x03c9;</mml:mi>
                                                    <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                                </mml:msub>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                </mml:mrow>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:msub>
                                                    <mml:mi mathvariant="italic">&#x03b4;&#x03d5;</mml:mi>
                                                    <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                                </mml:msub>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                    <mml:msup>
                                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                        <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                    </mml:msup>
                                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                </mml:mrow>
                                            </mml:mrow>
                                        </mml:mfrac>
                                    </mml:mtd>
                                </mml:mtr>
                                <mml:mtr>
                                    <mml:mtd>
                                        <mml:mo>=</mml:mo>
                                        <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo stretchy="true">&#x27e8;</mml:mo>
                                                <mml:mover accent="true">
                                                    <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                                    <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                                </mml:mover>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                </mml:mrow>
                                                <mml:mo stretchy="true">&#x27e9;</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo stretchy="true">&#x27e8;</mml:mo>
                                                <mml:mover accent="true">
                                                    <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                                    <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                                </mml:mover>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                    <mml:msup>
                                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                        <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                    </mml:msup>
                                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                </mml:mrow>
                                                <mml:mo stretchy="true">&#x27e9;</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mo>+</mml:mo>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo stretchy="true">&#x27e8;</mml:mo>
                                                <mml:mover accent="true">
                                                    <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                                    <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                                </mml:mover>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                </mml:mrow>
                                                <mml:mover accent="true">
                                                    <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                                    <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                                </mml:mover>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                    <mml:msup>
                                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                        <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                    </mml:msup>
                                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                </mml:mrow>
                                                <mml:mo stretchy="true">&#x27e9;</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                        </mml:msub>
                                    </mml:mtd>
                                </mml:mtr>
                                <mml:mtr>
                                    <mml:mtd>
                                        <mml:mo>=</mml:mo>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo stretchy="true">&#x27e8;</mml:mo>
                                                <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                                                <mml:msub>
                                                    <mml:mover accent="true">
                                                        <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                                        <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                                    </mml:mover>
                                                    <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                                </mml:msub>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                </mml:mrow>
                                                <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                                                <mml:msub>
                                                    <mml:mover accent="true">
                                                        <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                                        <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                                    </mml:mover>
                                                    <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                                </mml:msub>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                    <mml:msup>
                                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                        <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                    </mml:msup>
                                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                </mml:mrow>
                                                <mml:mo stretchy="true">&#x27e9;</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mo>.</mml:mo>
                                    </mml:mtd>
                                </mml:mtr>
                            </mml:mtable>
                        </mml:math>

                        <label>(25)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>In the limit 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi>s</mml:mi>
                            <mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
                            <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:math>
</inline-formula>, i.e., 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>&#x03d5;</mml:mi>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mn>0</mml:mn>
                            <mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi mathvariant="italic">&#x03b4;&#x03d5;</mml:mi>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:math>
</inline-formula>, 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e25">Eq. (25)</xref> is written as
                    <disp-formula id="e26">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:msub>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                    <mml:mfrac>
                                        <mml:mn>1</mml:mn>
                                        <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                    </mml:mfrac>
                                    <mml:mfrac>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:msub>
                                                <mml:mi mathvariant="italic">&#x03b4;&#x03c9;</mml:mi>
                                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                            </mml:msub>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:msub>
                                                <mml:mi mathvariant="italic">&#x03b4;&#x03d5;</mml:mi>
                                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                            </mml:msub>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                <mml:msup>
                                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                </mml:msup>
                                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                        </mml:mrow>
                                    </mml:mfrac>
                                    <mml:mo>|</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mi>&#x03d5;</mml:mi>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                    </mml:msub>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                        <mml:msup>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                        </mml:msup>
                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mo>=</mml:mo>
                                    <mml:mn>0</mml:mn>
                                </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:msub>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x27e8;</mml:mo>
                                    <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mover accent="true">
                                            <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                            <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                        </mml:mover>
                                        <mml:mn>0</mml:mn>
                                    </mml:msub>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mover accent="true">
                                            <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                            <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                        </mml:mover>
                                        <mml:mn>0</mml:mn>
                                    </mml:msub>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                        <mml:msup>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                        </mml:msup>
                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x27e9;</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                        </mml:math>

                        <label>(26)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>As an important result in relation to 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e26">Eq. (26)</xref>, a response to an external perturbation defined by
                    <disp-formula id="e27">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:msub>
                                <mml:mi mathvariant="italic">&#x03b4;&#x03c9;</mml:mi>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mspace width="0.25em"/>
                            <mml:mo>&#x2254;</mml:mo>
                            <mml:mspace width="0.25em"/>
                            <mml:msub>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x27e8;</mml:mo>
                                    <mml:mover accent="true">
                                        <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                        <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                    </mml:mover>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x27e9;</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                            <mml:msub>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x27e8;</mml:mo>
                                    <mml:mover accent="true">
                                        <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                        <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                    </mml:mover>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x27e9;</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>

                        <label>(27)</label>
</disp-formula>is linearly approximated by
                    <disp-formula id="e28">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:msub>
                                <mml:mi mathvariant="italic">&#x03b4;&#x03c9;</mml:mi>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                            <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                            <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                            <mml:msub>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x27e8;</mml:mo>
                                    <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mover accent="true">
                                            <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                            <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                        </mml:mover>
                                        <mml:mn>0</mml:mn>
                                    </mml:msub>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mover accent="true">
                                            <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                            <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                        </mml:mover>
                                        <mml:mn>0</mml:mn>
                                    </mml:msub>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                        <mml:msup>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                        </mml:msup>
                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x27e9;</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>&#x03d5;</mml:mi>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                </mml:msup>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                            <mml:msup>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                            </mml:msup>
                            <mml:mo>.</mml:mo>
                        </mml:math>

                        <label>(28)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>It should be noted that 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e28">Eq. (28)</xref> has the same form as the general linear-response formulae.
                    <sup>
                        <xref ref-type="bibr" rid="ref26">26</xref>
                    </sup>
                </p>
                <p>

                    <bold>

                        <italic toggle="yes">2. Two-body correlation function</italic>
</bold>
                </p>
                <p>The two-body correlation funcntion 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>g</mml:mi>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                </mml:msup>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>
</inline-formula> in a thermal equilibrium state is defined by
                    <disp-formula id="e29">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>P</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                    <mml:mo>,</mml:mo>
                                    <mml:mn>0</mml:mn>
                                </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                </mml:msup>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mspace width="0.25em"/>
                            <mml:mo>&#x2254;</mml:mo>
                            <mml:mspace width="0.25em"/>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>P</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                    <mml:mo>,</mml:mo>
                                    <mml:mn>0</mml:mn>
                                </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>P</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                    <mml:mo>,</mml:mo>
                                    <mml:mn>0</mml:mn>
                                </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                </mml:msup>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                <mml:mo>+</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi>g</mml:mi>
                                    <mml:mn>0</mml:mn>
                                </mml:msub>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mo>,</mml:mo>
                                    <mml:msup>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                        <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                    </mml:msup>
                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>.</mml:mo>
                        </mml:math>

                        <label>(29)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>The aim of the present analysis is to determine 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>g</mml:mi>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                </mml:msup>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>
</inline-formula> in the limit of vanishing external perturbation. Characteristics of the correlation function for long-range interacting particle system was discussed by Ornstein and Zernike.
                    <sup>
                        <xref ref-type="bibr" rid="ref27">27</xref>,
                        <xref ref-type="bibr" rid="ref28">28</xref>
                    </sup> A basic idea introduced by them is to split an effect of the correlation function into a self-correlation and a mutual correlation, which is called Ornstein-Zernike formula. For the point vortex system, the formula is rewritten as
                    <disp-formula id="e30">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:msub>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x27e8;</mml:mo>
                                    <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mover accent="true">
                                            <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                            <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                        </mml:mover>
                                        <mml:mn>0</mml:mn>
                                    </mml:msub>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mover accent="true">
                                            <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                            <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                        </mml:mover>
                                        <mml:mn>0</mml:mn>
                                    </mml:msub>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                        <mml:msup>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                        </mml:msup>
                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x27e9;</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                </mml:msup>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                </mml:msup>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>g</mml:mi>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                </mml:msup>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>.</mml:mo>
                        </mml:math>

                        <label>(30)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>The first term of 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e30">Eq. (30)</xref> in the right hand side corresponds to the self-correlation and the second term the mutual correlation. Substituting 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e30">Eq. (30)</xref> into 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e28">(28)</xref>, we obtain the formula for the linear response in the point vortex system.
                    <disp-formula id="e31">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:msub>
                                <mml:mi mathvariant="italic">&#x03b4;&#x03c9;</mml:mi>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                            <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                            <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>&#x03d5;</mml:mi>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi mathvariant="italic">&#x03b2;&#x03c9;</mml:mi>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>g</mml:mi>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                </mml:msup>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                </mml:msup>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>&#x03d5;</mml:mi>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                </mml:msup>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                            <mml:msup>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                            </mml:msup>
                            <mml:mo>.</mml:mo>
                        </mml:math>

                        <label>(31)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>This formula is the main conclusion, representing the linear response of the system derived from the two-body correlation function.</p>
            </sec>
            <sec id="sec10">
                <title>D. Mean-field theory</title>
                <p>Mean-field theory is an approximation technique in which terms proportional to square of the fluctuation are neglected. The goal of this section is to derive a linear response formula for the mean-field approximated point vortex system.</p>
                <p>

                    <bold>

                        <italic toggle="yes">1. Hamiltonian in the mean-field approximation</italic>
</bold>
                </p>
                <p>In the mean-field theory, physical quantities are represented by the sum of the mean-filed quantity and a fluctuation. There are two possible representations, with (suffix &#x201c;e&#x201d;) and without (suffix &#x201c;0&#x201d;) the external field:
                    <disp-formula id="e32">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mover accent="true">
                                <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                            </mml:mover>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mspace width="0.25em"/>
                            <mml:mo>&#x2254;</mml:mo>
                            <mml:mspace width="0.25em"/>
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mover accent="true">
                                        <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                        <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                    </mml:mover>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>,</mml:mo>
                        </mml:math>

                        <label>(32)</label>
</disp-formula>where the notation 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mover accent="true">
                                <mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
                                <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                            </mml:mover>
                        </mml:math>
</inline-formula> indicates the quantity measured with the mean-field approximation. Namely, 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>
</inline-formula> is the vorticity in the mean-filed approximation. Mean-field vorticity is related to the stream function by the following Poisson equation.
                    <disp-formula id="e33">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                            <mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi>
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>.</mml:mo>
                        </mml:math>

                        <label>(33)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>Note that the second term in the right hand side of 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e32">Eq. (32)</xref> depends on the particle coordinate 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                            </mml:msub>
                        </mml:math>
</inline-formula>. Thus, the term has the hat 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mover accent="true">
                                <mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
                                <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                            </mml:mover>
                        </mml:math>
</inline-formula>.</p>
                <p>The Hamiltonians 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mover accent="true">
                                        <mml:mi>H</mml:mi>
                                        <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                    </mml:mover>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                        </mml:math>
</inline-formula> and 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mover accent="true">
                                        <mml:mi>H</mml:mi>
                                        <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                    </mml:mover>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                        </mml:math>
</inline-formula> in the mean-filed approximation are given by
                    <disp-formula id="e34">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mtable>
                                <mml:mtr>
                                    <mml:mtd>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mover accent="true">
                                                <mml:mi>H</mml:mi>
                                                <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                            </mml:mover>
                                            <mml:mi mathvariant="normal">0</mml:mi>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mo>+</mml:mo>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mi>E</mml:mi>
                                            <mml:mi>inf</mml:mi>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mo>=</mml:mo>
                                        <mml:mfrac>
                                            <mml:mn>1</mml:mn>
                                            <mml:mn>2</mml:mn>
                                        </mml:mfrac>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                            <mml:msup>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">R</mml:mi>
                                                <mml:mn>2</mml:mn>
                                            </mml:msup>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                            <mml:msup>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">R</mml:mi>
                                                <mml:mn>2</mml:mn>
                                            </mml:msup>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mi>G</mml:mi>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo>,</mml:mo>
                                            <mml:msup>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                            </mml:msup>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mover accent="true">
                                            <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                            <mml:mo>&#x0302;</mml:mo>
                                        </mml:mover>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mover accent="true">
                                            <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                            <mml:mo>&#x0302;</mml:mo>
                                        </mml:mover>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:msup>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                            </mml:msup>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                        <mml:msup>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                        </mml:msup>
                                    </mml:mtd>
                                </mml:mtr>
                                <mml:mtr>
                                    <mml:mtd>
                                        <mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
                                        <mml:mfrac>
                                            <mml:mn>1</mml:mn>
                                            <mml:mn>2</mml:mn>
                                        </mml:mfrac>
                                        <mml:mo>&#x222c;</mml:mo>
                                        <mml:mi>G</mml:mi>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo>,</mml:mo>
                                            <mml:msup>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                            </mml:msup>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mover accent="true">
                                                <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                                <mml:mo>&#x00af;</mml:mo>
                                            </mml:mover>
                                            <mml:mn>0</mml:mn>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mover accent="true">
                                                <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                                <mml:mo>&#x00af;</mml:mo>
                                            </mml:mover>
                                            <mml:mn>0</mml:mn>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:msup>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                            </mml:msup>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                        <mml:msup>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                        </mml:msup>
                                    </mml:mtd>
                                </mml:mtr>
                                <mml:mtr>
                                    <mml:mtd>
                                        <mml:mspace width="0.66em"/>
                                        <mml:mo>+</mml:mo>
                                        <mml:mo>&#x222c;</mml:mo>
                                        <mml:mi>G</mml:mi>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo>,</mml:mo>
                                            <mml:msup>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                            </mml:msup>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mover accent="true">
                                                <mml:mover accent="true">
                                                    <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                                    <mml:mo>&#x00af;</mml:mo>
                                                </mml:mover>
                                                <mml:mo>&#x0302;</mml:mo>
                                            </mml:mover>
                                            <mml:mn>0</mml:mn>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mover accent="true">
                                                <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                                <mml:mo>&#x00af;</mml:mo>
                                            </mml:mover>
                                            <mml:mn>0</mml:mn>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:msup>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                            </mml:msup>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                        <mml:msup>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                        </mml:msup>
                                    </mml:mtd>
                                </mml:mtr>
                                <mml:mtr>
                                    <mml:mtd>
                                        <mml:mo>=</mml:mo>
                                        <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                        <mml:mfrac>
                                            <mml:mn>1</mml:mn>
                                            <mml:mn>2</mml:mn>
                                        </mml:mfrac>
                                        <mml:mo>&#x222c;</mml:mo>
                                        <mml:mi>G</mml:mi>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo>,</mml:mo>
                                            <mml:msup>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                            </mml:msup>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mover accent="true">
                                                <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                                <mml:mo>&#x00af;</mml:mo>
                                            </mml:mover>
                                            <mml:mn>0</mml:mn>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mover accent="true">
                                                <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                                <mml:mo>&#x00af;</mml:mo>
                                            </mml:mover>
                                            <mml:mn>0</mml:mn>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:msup>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                            </mml:msup>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                        <mml:msup>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                        </mml:msup>
                                    </mml:mtd>
                                </mml:mtr>
                                <mml:mtr>
                                    <mml:mtd>
                                        <mml:mspace width="0.66em"/>
                                        <mml:mo>+</mml:mo>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                        <mml:munder>
                                            <mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
                                            <mml:mi>i</mml:mi>
                                        </mml:munder>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mover accent="true">
                                                <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                                <mml:mo>&#x00af;</mml:mo>
                                            </mml:mover>
                                            <mml:mn>0</mml:mn>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:msub>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                <mml:mi>i</mml:mi>
                                            </mml:msub>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                    </mml:mtd>
                                </mml:mtr>
                                <mml:mtr>
                                    <mml:mtd>
                                        <mml:mo>&#x2255;</mml:mo>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mover accent="true">
                                                <mml:mover accent="true">
                                                    <mml:mi>H</mml:mi>
                                                    <mml:mo>&#x00af;</mml:mo>
                                                </mml:mover>
                                                <mml:mo>&#x0302;</mml:mo>
                                            </mml:mover>
                                            <mml:mn>0</mml:mn>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:msub>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                            </mml:msub>
                                            <mml:mo>,</mml:mo>
                                            <mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
                                            <mml:mo>,</mml:mo>
                                            <mml:msub>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                <mml:mi>N</mml:mi>
                                            </mml:msub>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                    </mml:mtd>
                                </mml:mtr>
                            </mml:mtable>
                        </mml:math>

                        <label>(34)</label>
</disp-formula>

                    <disp-formula id="e35">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>H</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>E</mml:mi>
                                <mml:mi>inf</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>H</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>E</mml:mi>
                                <mml:mi>inf</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:msub>
                                <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">R</mml:mi>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msup>
                            </mml:msub>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>&#x03d5;</mml:mi>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mover accent="true">
                                <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                            </mml:mover>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                            <mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mo>&#x222c;</mml:mo>
                            <mml:mi>G</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                </mml:msup>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                </mml:msup>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                            <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                            <mml:msup>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                            </mml:msup>
                            <mml:mspace width="1em"/>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                            <mml:munder>
                                <mml:mo movablelimits="false">&#x2211;</mml:mo>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                            </mml:munder>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">{</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mover accent="true">
                                        <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                        <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                    </mml:mover>
                                    <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                </mml:msub>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                        <mml:mi>i</mml:mi>
                                    </mml:msub>
                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo>+</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi>&#x03d5;</mml:mi>
                                    <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                </mml:msub>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                        <mml:mi>i</mml:mi>
                                    </mml:msub>
                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">}</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>&#x2255;</mml:mo>
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mover accent="true">
                                        <mml:mi>H</mml:mi>
                                        <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                    </mml:mover>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mi>N</mml:mi>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>

                        <label>(35)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>

                    <bold>

                        <italic toggle="yes">2. Partition function</italic>
</bold>
                </p>
                <p>The partition functions 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>Z</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                        </mml:math>
</inline-formula> and 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>Z</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                        </mml:math>
</inline-formula> are defined by
                    <disp-formula id="e36">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>Z</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
                            </mml:msub>
                            <mml:mspace width="0.25em"/>
                            <mml:mo>&#x2254;</mml:mo>
                            <mml:mspace width="0.25em"/>
                            <mml:msub>
                                <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">R</mml:mi>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mn>2</mml:mn>
                                        <mml:mi>N</mml:mi>
                                    </mml:mrow>
                                </mml:msup>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>exp</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mover accent="true">
                                        <mml:mover accent="true">
                                            <mml:mi>H</mml:mi>
                                            <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                        </mml:mover>
                                        <mml:mo stretchy="true">&#x0302;</mml:mo>
                                    </mml:mover>
                                    <mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
                            <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mi>N</mml:mi>
                            </mml:msub>
                        </mml:math>

                        <label>(36)</label>
</disp-formula>

                    <disp-formula id="e37">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mtable displaystyle="true" groupalign="{right left}">
                                <mml:mtr>
                                    <mml:mtd>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mover accent="true">
                                                <mml:mi>Z</mml:mi>
                                                <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                            </mml:mover>
                                            <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:maligngroup/>
                                        <mml:mo>=</mml:mo>
                                        <mml:mo>exp</mml:mo>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mfrac>
                                                <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                                <mml:mn>2</mml:mn>
                                            </mml:mfrac>
                                            <mml:mo>&#x222c;</mml:mo>
                                            <mml:mi>G</mml:mi>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                                <mml:msup>
                                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                </mml:msup>
                                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:msub>
                                                <mml:mover accent="true">
                                                    <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                                    <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                                </mml:mover>
                                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                            </mml:msub>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:msub>
                                                <mml:mover accent="true">
                                                    <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                                    <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                                </mml:mover>
                                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                            </mml:msub>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                <mml:msup>
                                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                </mml:msup>
                                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                            <mml:msup>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                            </mml:msup>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                    </mml:mtd>
                                </mml:mtr>
                                <mml:mtr>
                                    <mml:mtd>
                                        <mml:maligngroup/>
                                        <mml:mspace width="1em"/>
                                        <mml:mo>&#x00d7;</mml:mo>
                                        <mml:msup>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo stretchy="true">[</mml:mo>
                                                <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                                <mml:mo>exp</mml:mo>
                                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                                <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                                <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                    <mml:msub>
                                                        <mml:mover accent="true">
                                                            <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                                            <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                                        </mml:mover>
                                                        <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                                    </mml:msub>
                                                    <mml:mrow>
                                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                        <mml:msup>
                                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                            <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                        </mml:msup>
                                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                    </mml:mrow>
                                                    <mml:mo>+</mml:mo>
                                                    <mml:msub>
                                                        <mml:mi>&#x03d5;</mml:mi>
                                                        <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                                    </mml:msub>
                                                    <mml:mrow>
                                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                        <mml:msup>
                                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                            <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                        </mml:msup>
                                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                    </mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                </mml:mrow>
                                                <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                                <mml:msup>
                                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                </mml:msup>
                                                <mml:mo stretchy="true">]</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mi>N</mml:mi>
                                        </mml:msup>
                                    </mml:mtd>
                                </mml:mtr>
                            </mml:mtable>
                        </mml:math>

                        <label>(37)</label>
</disp-formula>

                    <disp-formula id="e38">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mtable displaystyle="true" groupalign="{right left}">
                                <mml:mtr>
                                    <mml:mtd>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mover accent="true">
                                                <mml:mi>Z</mml:mi>
                                                <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                            </mml:mover>
                                            <mml:mn>0</mml:mn>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:maligngroup/>
                                        <mml:mo>=</mml:mo>
                                        <mml:mo>exp</mml:mo>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mfrac>
                                                <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                                <mml:mn>2</mml:mn>
                                            </mml:mfrac>
                                            <mml:mo>&#x222c;</mml:mo>
                                            <mml:mi>G</mml:mi>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                                <mml:msup>
                                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                </mml:msup>
                                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:msub>
                                                <mml:mover accent="true">
                                                    <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                                    <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                                </mml:mover>
                                                <mml:mn>0</mml:mn>
                                            </mml:msub>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:msub>
                                                <mml:mover accent="true">
                                                    <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                                    <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                                </mml:mover>
                                                <mml:mn>0</mml:mn>
                                            </mml:msub>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                <mml:msup>
                                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                </mml:msup>
                                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                            <mml:msup>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                            </mml:msup>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                    </mml:mtd>
                                </mml:mtr>
                                <mml:mtr>
                                    <mml:mtd>
                                        <mml:maligngroup/>
                                        <mml:mspace width="1em"/>
                                        <mml:mo>&#x00d7;</mml:mo>
                                        <mml:msup>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo stretchy="true">[</mml:mo>
                                                <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                                <mml:mo>exp</mml:mo>
                                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                                <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                                <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                    <mml:msub>
                                                        <mml:mover accent="true">
                                                            <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                                            <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                                        </mml:mover>
                                                        <mml:mn>0</mml:mn>
                                                    </mml:msub>
                                                    <mml:mrow>
                                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                        <mml:msup>
                                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                            <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                        </mml:msup>
                                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                    </mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                </mml:mrow>
                                                <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                                <mml:msup>
                                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                </mml:msup>
                                                <mml:mo stretchy="true">]</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mi>N</mml:mi>
                                        </mml:msup>
                                        <mml:mo>.</mml:mo>
                                    </mml:mtd>
                                </mml:mtr>
                            </mml:mtable>
                        </mml:math>

                        <label>(38)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>

                    <bold>

                        <italic toggle="yes">3. Free energy</italic>
</bold>
                </p>
                <p>The free energy 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>F</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                        </mml:math>
</inline-formula> and 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>F</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                        </mml:math>
</inline-formula> are defined by
                    <disp-formula id="e39">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>F</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
                            </mml:msub>
                            <mml:mspace width="0.25em"/>
                            <mml:mo>&#x2254;</mml:mo>
                            <mml:mspace width="0.25em"/>
                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mo>ln</mml:mo>
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>Z</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
                            </mml:msub>
                        </mml:math>

                        <label>(39)</label>
</disp-formula>

                    <disp-formula id="e40">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mtable displaystyle="true" groupalign="{right left}">
                                <mml:mtr>
                                    <mml:mtd>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mover accent="true">
                                                <mml:mi>F</mml:mi>
                                                <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                            </mml:mover>
                                            <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:maligngroup/>
                                        <mml:mo>=</mml:mo>
                                        <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                        <mml:mfrac>
                                            <mml:mn>1</mml:mn>
                                            <mml:mn>2</mml:mn>
                                        </mml:mfrac>
                                        <mml:mo>&#x222c;</mml:mo>
                                        <mml:mi>G</mml:mi>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo>,</mml:mo>
                                            <mml:msup>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                            </mml:msup>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mover accent="true">
                                                <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                                <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                            </mml:mover>
                                            <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mover accent="true">
                                                <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                                <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                            </mml:mover>
                                            <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:msup>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                            </mml:msup>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                        <mml:msup>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                        </mml:msup>
                                    </mml:mtd>
                                </mml:mtr>
                                <mml:mtr>
                                    <mml:mtd>
                                        <mml:maligngroup/>
                                        <mml:mspace width="1em"/>
                                        <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                        <mml:mfrac>
                                            <mml:mi>N</mml:mi>
                                            <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                        </mml:mfrac>
                                        <mml:mo>ln</mml:mo>
                                        <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                        <mml:mo>exp</mml:mo>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                            <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                            <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                <mml:msub>
                                                    <mml:mover accent="true">
                                                        <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                                        <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                                    </mml:mover>
                                                    <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                                </mml:msub>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                    <mml:msub>
                                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                        <mml:mn>1</mml:mn>
                                                    </mml:msub>
                                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                </mml:mrow>
                                                <mml:mo>+</mml:mo>
                                                <mml:msub>
                                                    <mml:mi>&#x03d5;</mml:mi>
                                                    <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                                </mml:msub>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                    <mml:msub>
                                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                        <mml:mn>1</mml:mn>
                                                    </mml:msub>
                                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                </mml:mrow>
                                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mn>1</mml:mn>
                                        </mml:msub>
                                    </mml:mtd>
                                </mml:mtr>
                            </mml:mtable>
                        </mml:math>

                        <label>(40)</label>
</disp-formula>

                    <disp-formula id="e41">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mtable displaystyle="true" groupalign="{right left}">
                                <mml:mtr>
                                    <mml:mtd>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mover accent="true">
                                                <mml:mi>F</mml:mi>
                                                <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                            </mml:mover>
                                            <mml:mn>0</mml:mn>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:maligngroup/>
                                        <mml:mo>=</mml:mo>
                                        <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                        <mml:mfrac>
                                            <mml:mn>1</mml:mn>
                                            <mml:mn>2</mml:mn>
                                        </mml:mfrac>
                                        <mml:mo>&#x222c;</mml:mo>
                                        <mml:mi>G</mml:mi>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo>,</mml:mo>
                                            <mml:msup>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                            </mml:msup>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mover accent="true">
                                                <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                                <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                            </mml:mover>
                                            <mml:mn>0</mml:mn>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mover accent="true">
                                                <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                                <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                            </mml:mover>
                                            <mml:mn>0</mml:mn>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:msup>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                            </mml:msup>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                        <mml:msup>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                        </mml:msup>
                                    </mml:mtd>
                                </mml:mtr>
                                <mml:mtr>
                                    <mml:mtd>
                                        <mml:maligngroup/>
                                        <mml:mspace width="1em"/>
                                        <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                        <mml:mfrac>
                                            <mml:mi>N</mml:mi>
                                            <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                        </mml:mfrac>
                                        <mml:mo>ln</mml:mo>
                                        <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                        <mml:mo>exp</mml:mo>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                            <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                            <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                <mml:msub>
                                                    <mml:mover accent="true">
                                                        <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                                        <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                                    </mml:mover>
                                                    <mml:mn>0</mml:mn>
                                                </mml:msub>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                    <mml:msub>
                                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                        <mml:mn>1</mml:mn>
                                                    </mml:msub>
                                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                </mml:mrow>
                                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mn>1</mml:mn>
                                        </mml:msub>
                                    </mml:mtd>
                                </mml:mtr>
                            </mml:mtable>
                        </mml:math>

                        <label>(41)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>

                    <bold>

                        <italic toggle="yes">4. Thermal equilibrium state</italic>
</bold>
                </p>
                <p>A thermal equilibrium state is defined by minimization of the free energy. The condition is given by
                    <disp-formula id="e42">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mover accent="true">
                                            <mml:mi>F</mml:mi>
                                            <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                        </mml:mover>
                                        <mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
                                    </mml:msub>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mover accent="true">
                                            <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                            <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                        </mml:mover>
                                        <mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
                                    </mml:msub>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                    </mml:mrow>
                                </mml:mrow>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mn>0</mml:mn>
                            <mml:mo>.</mml:mo>
                        </mml:math>

                        <label>(42)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>Upon explicit calculation, we obtain:
                    <disp-formula id="e43">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mtable>
                                <mml:mtr>
                                    <mml:mtd>
                                        <mml:mfrac>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                                                <mml:msub>
                                                    <mml:mover accent="true">
                                                        <mml:mi>F</mml:mi>
                                                        <mml:mo>&#x00af;</mml:mo>
                                                    </mml:mover>
                                                    <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                                </mml:msub>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                                                <mml:msub>
                                                    <mml:mover accent="true">
                                                        <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                                        <mml:mo>&#x00af;</mml:mo>
                                                    </mml:mover>
                                                    <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                                </mml:msub>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                    <mml:mi mathvariant="bold-italic">r</mml:mi>
                                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                </mml:mrow>
                                            </mml:mrow>
                                        </mml:mfrac>
                                        <mml:mo>=</mml:mo>
                                        <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                        <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                        <mml:mi>G</mml:mi>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo>,</mml:mo>
                                            <mml:msup>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                            </mml:msup>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mover accent="true">
                                                <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                                <mml:mo>&#x00af;</mml:mo>
                                            </mml:mover>
                                            <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:msup>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                            </mml:msup>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                        <mml:msup>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                        </mml:msup>
                                    </mml:mtd>
                                </mml:mtr>
                                <mml:mtr>
                                    <mml:mtd>
                                        <mml:mspace width="1em"/>
                                        <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                        <mml:mfrac>
                                            <mml:mi>N</mml:mi>
                                            <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                        </mml:mfrac>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                            <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                            <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mfrac>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                                <mml:mo>exp</mml:mo>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">[</mml:mo>
                                                    <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                                    <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                                    <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                                    <mml:mrow>
                                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                        <mml:msub>
                                                            <mml:mover accent="true">
                                                                <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                                                <mml:mo>&#x00af;</mml:mo>
                                                            </mml:mover>
                                                            <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                                        </mml:msub>
                                                        <mml:mrow>
                                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                            <mml:msup>
                                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                            </mml:msup>
                                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                        </mml:mrow>
                                                        <mml:mo>+</mml:mo>
                                                        <mml:msub>
                                                            <mml:mi>&#x03d5;</mml:mi>
                                                            <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                                        </mml:msub>
                                                        <mml:mrow>
                                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                            <mml:msup>
                                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                            </mml:msup>
                                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                        </mml:mrow>
                                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                    </mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">]</mml:mo>
                                                </mml:mrow>
                                                <mml:mfrac>
                                                    <mml:mrow>
                                                        <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                                                        <mml:msub>
                                                            <mml:mover accent="true">
                                                                <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                                                <mml:mo>&#x00af;</mml:mo>
                                                            </mml:mover>
                                                            <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                                        </mml:msub>
                                                        <mml:mrow>
                                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                            <mml:msup>
                                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                            </mml:msup>
                                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                        </mml:mrow>
                                                    </mml:mrow>
                                                    <mml:mrow>
                                                        <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                                                        <mml:msub>
                                                            <mml:mover accent="true">
                                                                <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                                                <mml:mo>&#x00af;</mml:mo>
                                                            </mml:mover>
                                                            <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                                        </mml:msub>
                                                        <mml:mrow>
                                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                        </mml:mrow>
                                                    </mml:mrow>
                                                </mml:mfrac>
                                                <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                                <mml:msup>
                                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                </mml:msup>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                                <mml:mo>exp</mml:mo>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">[</mml:mo>
                                                    <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                                    <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                                    <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                                    <mml:mrow>
                                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                        <mml:msub>
                                                            <mml:mover accent="true">
                                                                <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                                                <mml:mo>&#x00af;</mml:mo>
                                                            </mml:mover>
                                                            <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                                        </mml:msub>
                                                        <mml:mrow>
                                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                            <mml:msup>
                                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                            </mml:msup>
                                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                        </mml:mrow>
                                                        <mml:mo>+</mml:mo>
                                                        <mml:msub>
                                                            <mml:mi>&#x03d5;</mml:mi>
                                                            <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                                        </mml:msub>
                                                        <mml:mrow>
                                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                            <mml:msup>
                                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                            </mml:msup>
                                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                        </mml:mrow>
                                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                    </mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">]</mml:mo>
                                                </mml:mrow>
                                                <mml:mi>d</mml:mi>
                                                <mml:msup>
                                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                </mml:msup>
                                            </mml:mrow>
                                        </mml:mfrac>
                                    </mml:mtd>
                                </mml:mtr>
                                <mml:mtr>
                                    <mml:mtd>
                                        <mml:mo>=</mml:mo>
                                        <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                        <mml:mspace width="0.33em"/>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mover accent="true">
                                                <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                                <mml:mo>&#x00af;</mml:mo>
                                            </mml:mover>
                                            <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                    </mml:mtd>
                                </mml:mtr>
                                <mml:mtr>
                                    <mml:mtd>
                                        <mml:mspace width="1em"/>
                                        <mml:mo>+</mml:mo>
                                        <mml:mi>N</mml:mi>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                        <mml:mfrac>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                                <mml:mo>exp</mml:mo>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">[</mml:mo>
                                                    <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                                    <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                                    <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                                    <mml:mrow>
                                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                        <mml:msub>
                                                            <mml:mover accent="true">
                                                                <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                                                <mml:mo>&#x00af;</mml:mo>
                                                            </mml:mover>
                                                            <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                                        </mml:msub>
                                                        <mml:mrow>
                                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                            <mml:msup>
                                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                            </mml:msup>
                                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                        </mml:mrow>
                                                        <mml:mo>+</mml:mo>
                                                        <mml:msub>
                                                            <mml:mi>&#x03d5;</mml:mi>
                                                            <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                                        </mml:msub>
                                                        <mml:mrow>
                                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                            <mml:msup>
                                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                            </mml:msup>
                                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                        </mml:mrow>
                                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                    </mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">]</mml:mo>
                                                </mml:mrow>
                                                <mml:mi>G</mml:mi>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                    <mml:mo>,</mml:mo>
                                                    <mml:msup>
                                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                        <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                    </mml:msup>
                                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                </mml:mrow>
                                                <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                                <mml:msup>
                                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                </mml:msup>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                                <mml:mo>exp</mml:mo>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">[</mml:mo>
                                                    <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                                    <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                                    <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                                    <mml:mrow>
                                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                        <mml:msub>
                                                            <mml:mover accent="true">
                                                                <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                                                <mml:mo>&#x00af;</mml:mo>
                                                            </mml:mover>
                                                            <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                                        </mml:msub>
                                                        <mml:mrow>
                                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                            <mml:msup>
                                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                            </mml:msup>
                                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                        </mml:mrow>
                                                        <mml:mo>+</mml:mo>
                                                        <mml:msub>
                                                            <mml:mi>&#x03d5;</mml:mi>
                                                            <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                                        </mml:msub>
                                                        <mml:mrow>
                                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                            <mml:msup>
                                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                            </mml:msup>
                                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                        </mml:mrow>
                                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                    </mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">]</mml:mo>
                                                </mml:mrow>
                                                <mml:mi>d</mml:mi>
                                                <mml:msup>
                                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                </mml:msup>
                                            </mml:mrow>
                                        </mml:mfrac>
                                        <mml:mo>=</mml:mo>
                                        <mml:mn>0</mml:mn>
                                        <mml:mo>.</mml:mo>
                                    </mml:mtd>
                                </mml:mtr>
                            </mml:mtable>
                        </mml:math>

                        <label>(43)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>By operating 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                            <mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi>
                        </mml:math>
</inline-formula> on 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e43">Eq. (43)</xref>, the following formula is obtained.
                    <disp-formula id="e44">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                            <mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi>
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mi>N</mml:mi>
                            <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo>exp</mml:mo>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                        <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                        <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:msub>
                                                <mml:mover accent="true">
                                                    <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                                    <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                                </mml:mover>
                                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                            </mml:msub>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mo>+</mml:mo>
                                            <mml:msub>
                                                <mml:mi>&#x03d5;</mml:mi>
                                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                            </mml:msub>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                    </mml:mrow>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                    <mml:mo>exp</mml:mo>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                        <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                        <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:msub>
                                                <mml:mover accent="true">
                                                    <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                                    <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                                </mml:mover>
                                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                            </mml:msub>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                <mml:msup>
                                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                </mml:msup>
                                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mo>+</mml:mo>
                                            <mml:msub>
                                                <mml:mi>&#x03d5;</mml:mi>
                                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                            </mml:msub>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                <mml:msup>
                                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                </mml:msup>
                                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                    <mml:msup>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                        <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                    </mml:msup>
                                </mml:mrow>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mo>.</mml:mo>
                        </mml:math>

                        <label>(44)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>Similarly, the formula without a perturbation is also obtained.
                    <disp-formula id="e45">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                            <mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi>
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mi>N</mml:mi>
                            <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo>exp</mml:mo>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                        <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                        <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mover accent="true">
                                                <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                                <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                            </mml:mover>
                                            <mml:mn>0</mml:mn>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                    </mml:mrow>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                    <mml:mo>exp</mml:mo>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                        <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                        <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mover accent="true">
                                                <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                                <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                            </mml:mover>
                                            <mml:mn>0</mml:mn>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:msup>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                            </mml:msup>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                    <mml:msup>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                        <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                    </mml:msup>
                                </mml:mrow>
                            </mml:mfrac>
                        </mml:math>

                        <label>(45)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>The solution to this Poisson equation is derived here, as it will be required in subsequent sections. Substituting
                    <disp-formula id="e46">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>u</mml:mi>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                            <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                            <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>

                        <label>(46)</label>
</disp-formula>into 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e45">Eq. (45)</xref>, we get
                    <disp-formula id="e47">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                            <mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>u</mml:mi>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mi>&#x03bb;</mml:mi>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi>e</mml:mi>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mi>u</mml:mi>
                                        <mml:mn>0</mml:mn>
                                    </mml:msub>
                                </mml:msup>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                    <mml:msup>
                                        <mml:mi>e</mml:mi>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:msub>
                                                <mml:mi>u</mml:mi>
                                                <mml:mn>0</mml:mn>
                                            </mml:msub>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                <mml:msup>
                                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                </mml:msup>
                                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                        </mml:mrow>
                                    </mml:msup>
                                    <mml:mi>d</mml:mi>
                                    <mml:msup>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                        <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                    </mml:msup>
                                </mml:mrow>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mo>=</mml:mo>
                                <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mover accent="true">
                                        <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                        <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                    </mml:mover>
                                    <mml:mn>0</mml:mn>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>,</mml:mo>
                        </mml:math>

                        <label>(47)</label>
</disp-formula>where
                    <disp-formula id="e48">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mi>&#x03bb;</mml:mi>
                            <mml:mspace width="0.25em"/>
                            <mml:mo>&#x2254;</mml:mo>
                            <mml:mspace width="0.25em"/>
                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                            <mml:mi mathvariant="italic">&#x03b2;N</mml:mi>
                            <mml:msup>
                                <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:msup>
                            <mml:mo>.</mml:mo>
                        </mml:math>

                        <label>(48)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>The solution to 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e47">Eq. (47)</xref> in 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msup>
                                <mml:mi mathvariant="bold">R</mml:mi>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:msup>
                        </mml:math>
</inline-formula> was discussed by Chen and Li.
                    <sup>
                        <xref ref-type="bibr" rid="ref29">29</xref>
                    </sup> The solution to 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e47">Eq. (47)</xref> exists only when 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi>&#x03bb;</mml:mi>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mn>8</mml:mn>
                            <mml:mi>&#x03c0;</mml:mi>
                        </mml:math>
</inline-formula> and the solution is given by
                    <disp-formula id="e49">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>u</mml:mi>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mo>ln</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mn>8</mml:mn>
                                    <mml:msup>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">&#x03f5;</mml:mi>
                                        <mml:mn>2</mml:mn>
                                    </mml:msup>
                                </mml:mrow>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                        <mml:mn>1</mml:mn>
                                        <mml:mo>+</mml:mo>
                                        <mml:msup>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo>|</mml:mo>
                                                <mml:mi mathvariant="normal">&#x03f5;</mml:mi>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                <mml:mo>|</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mn>2</mml:mn>
                                        </mml:msup>
                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msup>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                            <mml:mo>ln</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mn>8</mml:mn>
                                    <mml:mi>&#x03c0;</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mi>Z</mml:mi>
                            </mml:mfrac>
                        </mml:math>

                        <label>(49)</label>
</disp-formula>and its parallel translation with the parameter
                    <disp-formula id="e50">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mi>Z</mml:mi>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                            <mml:msup>
                                <mml:mi>e</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mi>u</mml:mi>
                                        <mml:mn>0</mml:mn>
                                    </mml:msub>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                        <mml:msup>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                        </mml:msup>
                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                    </mml:mrow>
                                </mml:mrow>
                            </mml:msup>
                            <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                            <mml:msup>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                            </mml:msup>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                            <mml:msup>
                                <mml:mi>e</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                    <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                    <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mover accent="true">
                                            <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                            <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                        </mml:mover>
                                        <mml:mn>0</mml:mn>
                                    </mml:msub>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                        <mml:msup>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                        </mml:msup>
                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                    </mml:mrow>
                                </mml:mrow>
                            </mml:msup>
                            <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                            <mml:msup>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                            </mml:msup>
                            <mml:mo>,</mml:mo>
                            <mml:mspace width="2em"/>
                            <mml:mi mathvariant="normal">&#x03f5;</mml:mi>
                            <mml:mo>&gt;</mml:mo>
                            <mml:mn>0</mml:mn>
                            <mml:mo>.</mml:mo>
                        </mml:math>

                        <label>(50)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>Thus, the solution of 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e45">Eq. (45)</xref> is given by the following formulae and those of the parallel translation:
                    <disp-formula id="e51">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                    <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>u</mml:mi>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                    <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mo>ln</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mn>8</mml:mn>
                                    <mml:msup>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">&#x03f5;</mml:mi>
                                        <mml:mn>2</mml:mn>
                                    </mml:msup>
                                </mml:mrow>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                        <mml:mn>1</mml:mn>
                                        <mml:mo>+</mml:mo>
                                        <mml:msup>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo>|</mml:mo>
                                                <mml:mi mathvariant="normal">&#x03f5;</mml:mi>
                                                <mml:mi>r</mml:mi>
                                                <mml:mo>|</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mn>2</mml:mn>
                                        </mml:msup>
                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msup>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                    <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mo>ln</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mn>8</mml:mn>
                                    <mml:mi>&#x03c0;</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mi>Z</mml:mi>
                            </mml:mfrac>
                        </mml:math>

                        <label>(51)</label>
</disp-formula>

                    <disp-formula id="e52">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                            <mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi>
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                <mml:mfrac>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                    </mml:mrow>
                                </mml:mfrac>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi>u</mml:mi>
                                    <mml:mn>0</mml:mn>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                    <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mn>8</mml:mn>
                                    <mml:msup>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">&#x03f5;</mml:mi>
                                        <mml:mn>2</mml:mn>
                                    </mml:msup>
                                </mml:mrow>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                        <mml:mn>1</mml:mn>
                                        <mml:mo>+</mml:mo>
                                        <mml:msup>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo>|</mml:mo>
                                                <mml:mi mathvariant="normal">&#x03f5;</mml:mi>
                                                <mml:mi>r</mml:mi>
                                                <mml:mo>|</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mn>2</mml:mn>
                                        </mml:msup>
                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msup>
                            </mml:mfrac>
                        </mml:math>

                        <label>(52)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>

                    <bold>

                        <italic toggle="yes">5. Response in the mean-field theory</italic>
</bold>
                </p>
                <p>The responses in the mean-field theory is defined by
                    <disp-formula id="e53">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mspace width="0.25em"/>
                            <mml:mo>&#x2254;</mml:mo>
                            <mml:mspace width="0.25em"/>
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>,</mml:mo>
                        </mml:math>

                        <label>(53)</label>
</disp-formula>

                    <disp-formula id="e54">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mspace width="0.25em"/>
                            <mml:mo>&#x2254;</mml:mo>
                            <mml:mspace width="0.25em"/>
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>

                        <label>(54)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>Using 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e53 e54">Eqs. (53) and (54)</xref>, 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e44">Eq. (44)</xref> is linearlized.
                    <disp-formula id="e55">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mtable>
                                <mml:mtr>
                                    <mml:mtd>
                                        <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mover accent="true">
                                                <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                                <mml:mo>&#x00af;</mml:mo>
                                            </mml:mover>
                                            <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mo>=</mml:mo>
                                        <mml:mi>N</mml:mi>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                        <mml:mfrac>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo>exp</mml:mo>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                    <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                                    <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                                    <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                                    <mml:mrow>
                                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                        <mml:msub>
                                                            <mml:mover accent="true">
                                                                <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                                                <mml:mo>&#x00af;</mml:mo>
                                                            </mml:mover>
                                                            <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                                        </mml:msub>
                                                        <mml:mrow>
                                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                        </mml:mrow>
                                                        <mml:mo>+</mml:mo>
                                                        <mml:msub>
                                                            <mml:mi>&#x03d5;</mml:mi>
                                                            <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                                        </mml:msub>
                                                        <mml:mrow>
                                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                        </mml:mrow>
                                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                    </mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                </mml:mrow>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                                <mml:mo>exp</mml:mo>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                    <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                                    <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                                    <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                                    <mml:mrow>
                                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                        <mml:msub>
                                                            <mml:mover accent="true">
                                                                <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                                                <mml:mo>&#x00af;</mml:mo>
                                                            </mml:mover>
                                                            <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                                        </mml:msub>
                                                        <mml:mrow>
                                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                            <mml:msup>
                                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                            </mml:msup>
                                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                        </mml:mrow>
                                                        <mml:mo>+</mml:mo>
                                                        <mml:msub>
                                                            <mml:mi>&#x03d5;</mml:mi>
                                                            <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                                        </mml:msub>
                                                        <mml:mrow>
                                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                            <mml:msup>
                                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                            </mml:msup>
                                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                        </mml:mrow>
                                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                    </mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                </mml:mrow>
                                                <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                                <mml:msup>
                                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                </mml:msup>
                                            </mml:mrow>
                                        </mml:mfrac>
                                    </mml:mtd>
                                </mml:mtr>
                                <mml:mtr>
                                    <mml:mtd>
                                        <mml:mspace width="0.66em"/>
                                        <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                        <mml:mi>N</mml:mi>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                        <mml:mfrac>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo>exp</mml:mo>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                    <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                                    <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                                    <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                                    <mml:msub>
                                                        <mml:mover accent="true">
                                                            <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                                            <mml:mo>&#x00af;</mml:mo>
                                                        </mml:mover>
                                                        <mml:mn>0</mml:mn>
                                                    </mml:msub>
                                                    <mml:mrow>
                                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                    </mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                </mml:mrow>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                                <mml:mo>exp</mml:mo>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                    <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                                    <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                                    <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                                    <mml:msub>
                                                        <mml:mover accent="true">
                                                            <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                                            <mml:mo>&#x00af;</mml:mo>
                                                        </mml:mover>
                                                        <mml:mn>0</mml:mn>
                                                    </mml:msub>
                                                    <mml:mrow>
                                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                        <mml:msup>
                                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                            <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                        </mml:msup>
                                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                    </mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                </mml:mrow>
                                                <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                                <mml:msup>
                                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                </mml:msup>
                                            </mml:mrow>
                                        </mml:mfrac>
                                    </mml:mtd>
                                </mml:mtr>
                                <mml:mtr>
                                    <mml:mtd>
                                        <mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
                                        <mml:mi>N</mml:mi>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                        <mml:mfrac>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo>exp</mml:mo>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                    <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                                    <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                                    <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                                    <mml:msub>
                                                        <mml:mover accent="true">
                                                            <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                                            <mml:mo>&#x00af;</mml:mo>
                                                        </mml:mover>
                                                        <mml:mn>0</mml:mn>
                                                    </mml:msub>
                                                    <mml:mrow>
                                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                    </mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                </mml:mrow>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                    <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                                    <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                                    <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                </mml:mrow>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                    <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                                                    <mml:msub>
                                                        <mml:mover accent="true">
                                                            <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                                            <mml:mo>&#x00af;</mml:mo>
                                                        </mml:mover>
                                                        <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                                    </mml:msub>
                                                    <mml:mrow>
                                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                    </mml:mrow>
                                                    <mml:mo>+</mml:mo>
                                                    <mml:msub>
                                                        <mml:mi>&#x03d5;</mml:mi>
                                                        <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                                    </mml:msub>
                                                    <mml:mrow>
                                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                    </mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                </mml:mrow>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                                <mml:mo>exp</mml:mo>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                    <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                                    <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                                    <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                                    <mml:msub>
                                                        <mml:mover accent="true">
                                                            <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                                            <mml:mo>&#x00af;</mml:mo>
                                                        </mml:mover>
                                                        <mml:mn>0</mml:mn>
                                                    </mml:msub>
                                                    <mml:mrow>
                                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                        <mml:msup>
                                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                            <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                        </mml:msup>
                                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                    </mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                </mml:mrow>
                                                <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                                <mml:msup>
                                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                </mml:msup>
                                            </mml:mrow>
                                        </mml:mfrac>
                                    </mml:mtd>
                                </mml:mtr>
                                <mml:mtr>
                                    <mml:mtd>
                                        <mml:mspace width="0.66em"/>
                                        <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                        <mml:mi>N</mml:mi>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                        <mml:mfrac>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo>exp</mml:mo>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                    <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                                    <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                                    <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                                    <mml:msub>
                                                        <mml:mover accent="true">
                                                            <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                                            <mml:mo>&#x00af;</mml:mo>
                                                        </mml:mover>
                                                        <mml:mn>0</mml:mn>
                                                    </mml:msub>
                                                    <mml:mrow>
                                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                    </mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                </mml:mrow>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:msup>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">{</mml:mo>
                                                    <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                                    <mml:mo>exp</mml:mo>
                                                    <mml:mrow>
                                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                        <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                                        <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                                        <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                                        <mml:msub>
                                                            <mml:mover accent="true">
                                                                <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                                                <mml:mo>&#x00af;</mml:mo>
                                                            </mml:mover>
                                                            <mml:mn>0</mml:mn>
                                                        </mml:msub>
                                                        <mml:mrow>
                                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                            <mml:msup>
                                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                                <mml:mo mathvariant="bold">&#x2032;</mml:mo>
                                                            </mml:msup>
                                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                        </mml:mrow>
                                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                    </mml:mrow>
                                                    <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                                    <mml:msup>
                                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                        <mml:mo mathvariant="bold">&#x2032;</mml:mo>
                                                    </mml:msup>
                                                    <mml:mo stretchy="true">}</mml:mo>
                                                </mml:mrow>
                                                <mml:mn>2</mml:mn>
                                            </mml:msup>
                                        </mml:mfrac>
                                    </mml:mtd>
                                </mml:mtr>
                                <mml:mtr>
                                    <mml:mtd>
                                        <mml:mspace width="1em"/>
                                        <mml:mo>&#x00d7;</mml:mo>
                                        <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                        <mml:mo>exp</mml:mo>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                            <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                            <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                            <mml:msub>
                                                <mml:mover accent="true">
                                                    <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                                    <mml:mo>&#x00af;</mml:mo>
                                                </mml:mover>
                                                <mml:mn>0</mml:mn>
                                            </mml:msub>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                <mml:msup>
                                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                </mml:msup>
                                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                            <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                            <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                                            <mml:msub>
                                                <mml:mover accent="true">
                                                    <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                                    <mml:mo>&#x00af;</mml:mo>
                                                </mml:mover>
                                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                            </mml:msub>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                <mml:msup>
                                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                </mml:msup>
                                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mo>+</mml:mo>
                                            <mml:msub>
                                                <mml:mi>&#x03d5;</mml:mi>
                                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                            </mml:msub>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                <mml:msup>
                                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                </mml:msup>
                                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                        <mml:msup>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                        </mml:msup>
                                    </mml:mtd>
                                </mml:mtr>
                                <mml:mtr>
                                    <mml:mtd>
                                        <mml:mo>=</mml:mo>
                                        <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                        <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mover accent="true">
                                                <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                                <mml:mo>&#x00af;</mml:mo>
                                            </mml:mover>
                                            <mml:mn>0</mml:mn>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                                            <mml:msub>
                                                <mml:mover accent="true">
                                                    <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                                    <mml:mo>&#x00af;</mml:mo>
                                                </mml:mover>
                                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                            </mml:msub>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mo>+</mml:mo>
                                            <mml:msub>
                                                <mml:mi>&#x03d5;</mml:mi>
                                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                            </mml:msub>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                            <mml:mfrac>
                                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mi>N</mml:mi>
                                                    <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                                </mml:mrow>
                                            </mml:mfrac>
                                            <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                            <mml:msub>
                                                <mml:mover accent="true">
                                                    <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                                    <mml:mo>&#x00af;</mml:mo>
                                                </mml:mover>
                                                <mml:mn>0</mml:mn>
                                            </mml:msub>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                <mml:msup>
                                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                </mml:msup>
                                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                                                <mml:msub>
                                                    <mml:mover accent="true">
                                                        <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                                        <mml:mo>&#x00af;</mml:mo>
                                                    </mml:mover>
                                                    <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                                </mml:msub>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                    <mml:msup>
                                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                        <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                    </mml:msup>
                                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                </mml:mrow>
                                                <mml:mo>+</mml:mo>
                                                <mml:msub>
                                                    <mml:mi>&#x03d5;</mml:mi>
                                                    <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                                </mml:msub>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                    <mml:msup>
                                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                        <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                    </mml:msup>
                                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                </mml:mrow>
                                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                            <mml:msup>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                <mml:mo mathvariant="bold">&#x2032;</mml:mo>
                                            </mml:msup>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                    </mml:mtd>
                                </mml:mtr>
                            </mml:mtable>
                        </mml:math>

                        <label>(55)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e55">
Equation (55)</xref> is the final formula of the response to the external field in the mean-field theory.</p>
            </sec>
            <sec id="sec11">
                <title>E. Comparison between the two results</title>
                <p>We have otaintained two formulae for the response, 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e31">Eq. (31)</xref> and 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e55">Eq. (55)</xref>. We assume that 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mi mathvariant="italic">&#x03b4;&#x03c9;</mml:mi>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>
</inline-formula>, 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>
</inline-formula> in 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e31">Eq. (31)</xref> coincde with 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>
</inline-formula>, 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>
</inline-formula> in 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e55">Eq. (55)</xref>, respectively:
                    <disp-formula id="e56">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mtable>
                                <mml:mtr>
                                    <mml:mtd>
                                        <mml:mspace width="2em"/>
                                        <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                        <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mover accent="true">
                                                <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                                <mml:mo>&#x00af;</mml:mo>
                                            </mml:mover>
                                            <mml:mn>0</mml:mn>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mi>&#x03d5;</mml:mi>
                                            <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                        <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mover accent="true">
                                                <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                                <mml:mo>&#x00af;</mml:mo>
                                            </mml:mover>
                                            <mml:mn>0</mml:mn>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mi>g</mml:mi>
                                            <mml:mn>0</mml:mn>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo>,</mml:mo>
                                            <mml:msup>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                            </mml:msup>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mover accent="true">
                                                <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                                <mml:mo>&#x00af;</mml:mo>
                                            </mml:mover>
                                            <mml:mn>0</mml:mn>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:msup>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                            </mml:msup>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mi>&#x03d5;</mml:mi>
                                            <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:msup>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                            </mml:msup>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                        <mml:msup>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                        </mml:msup>
                                    </mml:mtd>
                                </mml:mtr>
                                <mml:mtr>
                                    <mml:mtd>
                                        <mml:mspace width="2em"/>
                                        <mml:mo>=</mml:mo>
                                        <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                        <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mover accent="true">
                                                <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                                <mml:mo>&#x00af;</mml:mo>
                                            </mml:mover>
                                            <mml:mn>0</mml:mn>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                                            <mml:msub>
                                                <mml:mover accent="true">
                                                    <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                                    <mml:mo>&#x00af;</mml:mo>
                                                </mml:mover>
                                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                            </mml:msub>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mo>+</mml:mo>
                                            <mml:msub>
                                                <mml:mi>&#x03d5;</mml:mi>
                                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                            </mml:msub>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                            <mml:mfrac>
                                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mi>N</mml:mi>
                                                    <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                                </mml:mrow>
                                            </mml:mfrac>
                                            <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                            <mml:msub>
                                                <mml:mover accent="true">
                                                    <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                                    <mml:mo>&#x00af;</mml:mo>
                                                </mml:mover>
                                                <mml:mn>0</mml:mn>
                                            </mml:msub>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                <mml:msup>
                                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                </mml:msup>
                                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo stretchy="true">{</mml:mo>
                                                <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                                                <mml:msub>
                                                    <mml:mover accent="true">
                                                        <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                                        <mml:mo>&#x00af;</mml:mo>
                                                    </mml:mover>
                                                    <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                                </mml:msub>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                    <mml:msup>
                                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                        <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                    </mml:msup>
                                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                </mml:mrow>
                                                <mml:mo>+</mml:mo>
                                                <mml:msub>
                                                    <mml:mi>&#x03d5;</mml:mi>
                                                    <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                                </mml:msub>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                    <mml:msup>
                                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                        <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                    </mml:msup>
                                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                </mml:mrow>
                                                <mml:mo stretchy="true">}</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                            <mml:msup>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                            </mml:msup>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mo>,</mml:mo>
                                    </mml:mtd>
                                </mml:mtr>
                                <mml:mtr>
                                    <mml:mtd>
                                        <mml:mo>&#x2194;</mml:mo>
                                        <mml:mspace width="1em"/>
                                        <mml:mfrac>
                                            <mml:mn>1</mml:mn>
                                            <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                        </mml:mfrac>
                                        <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mi>g</mml:mi>
                                            <mml:mn>0</mml:mn>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo>,</mml:mo>
                                            <mml:msup>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                            </mml:msup>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mover accent="true">
                                                <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                                <mml:mo>&#x00af;</mml:mo>
                                            </mml:mover>
                                            <mml:mn>0</mml:mn>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:msup>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                            </mml:msup>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mi>&#x03d5;</mml:mi>
                                            <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:msup>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                            </mml:msup>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                        <mml:msup>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                        </mml:msup>
                                    </mml:mtd>
                                </mml:mtr>
                                <mml:mtr>
                                    <mml:mtd>
                                        <mml:mspace width="2em"/>
                                        <mml:mo>=</mml:mo>
                                        <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mover accent="true">
                                                <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                                <mml:mo>&#x00af;</mml:mo>
                                            </mml:mover>
                                            <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                        <mml:mfrac>
                                            <mml:mn>1</mml:mn>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mi>N</mml:mi>
                                                <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                            </mml:mrow>
                                        </mml:mfrac>
                                        <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mover accent="true">
                                                <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                                <mml:mo>&#x00af;</mml:mo>
                                            </mml:mover>
                                            <mml:mn>0</mml:mn>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:msup>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                            </mml:msup>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">{</mml:mo>
                                            <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                                            <mml:msub>
                                                <mml:mover accent="true">
                                                    <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                                    <mml:mo>&#x00af;</mml:mo>
                                                </mml:mover>
                                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                            </mml:msub>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                <mml:msup>
                                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                </mml:msup>
                                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mo>+</mml:mo>
                                            <mml:msub>
                                                <mml:mi>&#x03d5;</mml:mi>
                                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                            </mml:msub>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                <mml:msup>
                                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                </mml:msup>
                                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">}</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                        <mml:msup>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                        </mml:msup>
                                    </mml:mtd>
                                </mml:mtr>
                            </mml:mtable>
                        </mml:math>

                        <label>(56)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>Applying the operator 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                            <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>
</inline-formula> to 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e56">Eq. (56)</xref>, where 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                            </mml:msub>
                        </mml:math>
</inline-formula> denotes the Laplacian with respect to 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                        </mml:math>
</inline-formula>, we obtain
                    <disp-formula id="e57">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">{</mml:mo>
                                <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo>+</mml:mo>
                                <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mover accent="true">
                                        <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                        <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                    </mml:mover>
                                    <mml:mn>0</mml:mn>
                                </mml:msub>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">}</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>g</mml:mi>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                </mml:msup>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                </mml:msup>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>&#x03d5;</mml:mi>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                </mml:msup>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                            <mml:msup>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                            </mml:msup>
                        </mml:math>

                        <label>(57)</label>
</disp-formula>

                    <disp-formula id="e58">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                            <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mover accent="true">
                                        <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                        <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                    </mml:mover>
                                    <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                </mml:msub>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                <mml:mfrac>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mi>N</mml:mi>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                    </mml:mrow>
                                </mml:mfrac>
                                <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mover accent="true">
                                        <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                        <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                    </mml:mover>
                                    <mml:mn>0</mml:mn>
                                </mml:msub>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                    <mml:msup>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                        <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                    </mml:msup>
                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">{</mml:mo>
                                    <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mover accent="true">
                                            <mml:mi>&#x03c8;</mml:mi>
                                            <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                        </mml:mover>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                    </mml:msub>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                        <mml:msup>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                        </mml:msup>
                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mo>+</mml:mo>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mi>&#x03d5;</mml:mi>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                                    </mml:msub>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                        <mml:msup>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                        </mml:msup>
                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">}</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                </mml:msup>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>

                        <label>(58)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>Substituting 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e55">Eq. (55)</xref> into 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e58">Eq. (58)</xref>, the following equation is obtained.
                    <disp-formula id="e59">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">{</mml:mo>
                                <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo>+</mml:mo>
                                <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mover accent="true">
                                        <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                        <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                    </mml:mover>
                                    <mml:mn>0</mml:mn>
                                </mml:msub>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">}</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mi>g</mml:mi>
                                        <mml:mn>0</mml:mn>
                                    </mml:msub>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                        <mml:mo>,</mml:mo>
                                        <mml:msup>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                        </mml:msup>
                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                    </mml:mrow>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                    <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                    <mml:msup>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                        <mml:mn>2</mml:mn>
                                    </mml:msup>
                                </mml:mrow>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                </mml:msup>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>&#x03d5;</mml:mi>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                </mml:msup>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                            <mml:msup>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                            </mml:msup>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>&#x03d5;</mml:mi>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>

                        <label>(59)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>As 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>&#x03d5;</mml:mi>
                                <mml:mi mathvariant="normal">e</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>
</inline-formula> is an arbitrary function, 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e59">Eq. (59)</xref> is reduced to
                    <disp-formula id="e60">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mover accent="true">
                                        <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                        <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                    </mml:mover>
                                    <mml:mn>0</mml:mn>
                                </mml:msub>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mi>g</mml:mi>
                                        <mml:mn>0</mml:mn>
                                    </mml:msub>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                        <mml:mo>,</mml:mo>
                                        <mml:msup>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                        </mml:msup>
                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                    </mml:mrow>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                    <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                    <mml:msup>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                        <mml:mn>2</mml:mn>
                                    </mml:msup>
                                </mml:mrow>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                </mml:msup>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>.</mml:mo>
                        </mml:math>

                        <label>(60)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>In the next section, we will solve 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e60">Eq. (60)</xref> and obtain an explicit formula for 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>g</mml:mi>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                </mml:msup>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>
</inline-formula>.</p>
            </sec>
        </sec>
        <sec id="sec12" sec-type="results">
            <title>III. Results</title>
            <sec id="sec13">
                <title>A. Solution for the correlation function 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>g</mml:mi>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                </mml:msup>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>
</inline-formula>
</title>
                <p>

                    <bold>

                        <italic toggle="yes">1. Homogeneous solution</italic>
</bold>
                </p>
                <p>Now, we are ready to solve 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e60">Eq. (60)</xref>. At first, we will obtain the homogeneous solution to 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e60">Eq. (60)</xref>, namely, the solution to
                    <disp-formula id="e61">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mover accent="true">
                                        <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                        <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                    </mml:mover>
                                    <mml:mn>0</mml:mn>
                                </mml:msub>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mi>g</mml:mi>
                                        <mml:mn>0</mml:mn>
                                    </mml:msub>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                        <mml:mo>,</mml:mo>
                                        <mml:msup>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                        </mml:msup>
                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                    </mml:mrow>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                    <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                    <mml:msup>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                        <mml:mn>2</mml:mn>
                                    </mml:msup>
                                </mml:mrow>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:math>

                        <label>(61)</label>
</disp-formula>where the explicit formula for 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>
</inline-formula> is given in 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e52">Eq. (52)</xref>. The partial derivative of 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e47">Eq. (47)</xref> with respect to 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi mathvariant="normal">&#x03f5;</mml:mi>
                        </mml:math>
</inline-formula> at fixed 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi>Z</mml:mi>
                        </mml:math>
</inline-formula> is given by
                    <disp-formula id="e62">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                            <mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mi>u</mml:mi>
                                        <mml:mn>0</mml:mn>
                                    </mml:msub>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mi>&#x2202;&#x03f5;</mml:mi>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
                                <mml:mi>&#x2202;&#x03f5;</mml:mi>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi>&#x03bb;</mml:mi>
                                <mml:mfrac>
                                    <mml:msup>
                                        <mml:mi>e</mml:mi>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mi>u</mml:mi>
                                            <mml:mn>0</mml:mn>
                                        </mml:msub>
                                    </mml:msup>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                        <mml:msup>
                                            <mml:mi>e</mml:mi>
                                            <mml:msub>
                                                <mml:mi>u</mml:mi>
                                                <mml:mn>0</mml:mn>
                                            </mml:msub>
                                        </mml:msup>
                                    </mml:mrow>
                                </mml:mfrac>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mi>&#x03bb;</mml:mi>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi>e</mml:mi>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mi>u</mml:mi>
                                        <mml:mn>0</mml:mn>
                                    </mml:msub>
                                </mml:msup>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                    <mml:msup>
                                        <mml:mi>e</mml:mi>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mi>u</mml:mi>
                                            <mml:mn>0</mml:mn>
                                        </mml:msub>
                                    </mml:msup>
                                </mml:mrow>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mi>u</mml:mi>
                                        <mml:mn>0</mml:mn>
                                    </mml:msub>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mi>&#x2202;&#x03f5;</mml:mi>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                            <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                            <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mi>u</mml:mi>
                                        <mml:mn>0</mml:mn>
                                    </mml:msub>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mi>&#x2202;&#x03f5;</mml:mi>
                            </mml:mfrac>
                        </mml:math>

                        <label>(62)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>Here, we have used the following relation with fixed 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi>Z</mml:mi>
                        </mml:math>
</inline-formula>.
                    <disp-formula id="e63">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mn>0</mml:mn>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
                                    <mml:mi>Z</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mi>&#x2202;&#x03f5;</mml:mi>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
                                <mml:mi>&#x2202;&#x03f5;</mml:mi>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                            <mml:msup>
                                <mml:mi>e</mml:mi>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi>u</mml:mi>
                                    <mml:mn>0</mml:mn>
                                </mml:msub>
                            </mml:msup>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                            <mml:msup>
                                <mml:mi>e</mml:mi>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi>u</mml:mi>
                                    <mml:mn>0</mml:mn>
                                </mml:msub>
                            </mml:msup>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mi>u</mml:mi>
                                        <mml:mn>0</mml:mn>
                                    </mml:msub>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mi>&#x2202;&#x03f5;</mml:mi>
                            </mml:mfrac>
                        </mml:math>

                        <label>(63)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e62">
Equation (62)</xref> is reduced to
                    <disp-formula id="e64">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi>
                                <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mover accent="true">
                                        <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                        <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                    </mml:mover>
                                    <mml:mn>0</mml:mn>
                                </mml:msub>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mi>u</mml:mi>
                                        <mml:mn>0</mml:mn>
                                    </mml:msub>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mi>&#x2202;&#x03f5;</mml:mi>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:math>

                        <label>(64)</label>
</disp-formula>and the homogeneous solution 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>G</mml:mi>
                                <mml:mi>h</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>
</inline-formula> to 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e61">Eq. (61)</xref> is obtained
                    <disp-formula id="e65">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mi>G</mml:mi>
                                        <mml:mi>h</mml:mi>
                                    </mml:msub>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                    </mml:mrow>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                    <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                    <mml:msup>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                        <mml:mn>2</mml:mn>
                                    </mml:msup>
                                </mml:mrow>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mi>u</mml:mi>
                                        <mml:mn>0</mml:mn>
                                    </mml:msub>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mi>&#x2202;&#x03f5;</mml:mi>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                                <mml:mi mathvariant="normal">&#x03f5;</mml:mi>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                    <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                    <mml:msup>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo>|</mml:mo>
                                            <mml:mi mathvariant="normal">&#x03f5;</mml:mi>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo>|</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mn>2</mml:mn>
                                    </mml:msup>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                    <mml:mo>+</mml:mo>
                                    <mml:msup>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo>|</mml:mo>
                                            <mml:mi mathvariant="normal">&#x03f5;</mml:mi>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo>|</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mn>2</mml:mn>
                                    </mml:msup>
                                </mml:mrow>
                            </mml:mfrac>
                        </mml:math>

                        <label>(65)</label>
</disp-formula>where the explicit formula for 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>u</mml:mi>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                        </mml:math>
</inline-formula> is given by 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e49">Eq. (49)</xref>.</p>
                <p>

                    <bold>

                        <italic toggle="yes">2. Special solution</italic>
</bold>
                </p>
                <p>In the next we will obtain a special solution to 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e60">Eq. (60)</xref> with 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msup>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                            </mml:msup>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:math>
</inline-formula>.</p>
                <p>Consider 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e47">Eq. (47)</xref> with a perturbation 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi mathvariant="italic">c&#x03b4;</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>
</inline-formula> whose solution is denoted by 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>u</mml:mi>
                                <mml:mi>c</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>
</inline-formula>:
                    <disp-formula id="e66">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                            <mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>u</mml:mi>
                                <mml:mi>c</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mi>&#x03bb;</mml:mi>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi>e</mml:mi>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mi>u</mml:mi>
                                            <mml:mi>c</mml:mi>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                    </mml:mrow>
                                </mml:msup>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                    <mml:msup>
                                        <mml:mi>e</mml:mi>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:msub>
                                                <mml:mi>u</mml:mi>
                                                <mml:mi>c</mml:mi>
                                            </mml:msub>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                <mml:msup>
                                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                </mml:msup>
                                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                        </mml:mrow>
                                    </mml:msup>
                                    <mml:mi>d</mml:mi>
                                    <mml:msup>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                        <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                    </mml:msup>
                                </mml:mrow>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi mathvariant="italic">c&#x03b4;</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>

                        <label>(66)</label>
</disp-formula>where 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi>c</mml:mi>
                        </mml:math>
</inline-formula> is a parameter. 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e66">
Equation (66)</xref> is reduced to 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e47">(47)</xref> in the limit of 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi>c</mml:mi>
                            <mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
                            <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:math>
</inline-formula>. A solution of 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e66">(66)</xref> has been discussed by J. Prajapat and G. Tarantello.
                    <sup>
                        <xref ref-type="bibr" rid="ref30">30</xref>
                    </sup> In the case of sufficiently small 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mo>|</mml:mo>
                            <mml:mi>c</mml:mi>
                            <mml:mo>|</mml:mo>
                        </mml:math>
</inline-formula>, the solution of 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e66">Eq. (66)</xref> in 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msup>
                                <mml:mi mathvariant="bold">R</mml:mi>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:msup>
                        </mml:math>
</inline-formula> exists only when
                    <disp-formula id="e67">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mi>&#x03bb;</mml:mi>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mn>8</mml:mn>
                            <mml:mi mathvariant="italic">&#x03c0;n</mml:mi>
                        </mml:math>

                        <label>(67)</label>
</disp-formula>

                    <disp-formula id="e68">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mi>n</mml:mi>
                            <mml:mspace width="0.25em"/>
                            <mml:mo>&#x2254;</mml:mo>
                            <mml:mspace width="0.25em"/>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mi>c</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mn>4</mml:mn>
                                    <mml:mi>&#x03c0;</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                            </mml:mfrac>
                        </mml:math>

                        <label>(68)</label>
</disp-formula>and is given by
                    <disp-formula id="e69">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>u</mml:mi>
                                <mml:mi>c</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mi>c</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                    <mml:mi>&#x03c0;</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mo>ln</mml:mo>
                            <mml:msup>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo>|</mml:mo>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mo>|</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:mrow>
                            </mml:msup>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mo>ln</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mn>8</mml:mn>
                                    <mml:msup>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">&#x03f5;</mml:mi>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mn>2</mml:mn>
                                            <mml:mi>n</mml:mi>
                                        </mml:mrow>
                                    </mml:msup>
                                </mml:mrow>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                        <mml:mn>1</mml:mn>
                                        <mml:mo>+</mml:mo>
                                        <mml:msup>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo>|</mml:mo>
                                                <mml:mi mathvariant="normal">&#x03f5;</mml:mi>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                <mml:mo>|</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mn>2</mml:mn>
                                                <mml:mi>n</mml:mi>
                                            </mml:mrow>
                                        </mml:msup>
                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msup>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                            <mml:mo>ln</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mn>8</mml:mn>
                                    <mml:mi>&#x03c0;</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mi mathvariant="italic">nZ</mml:mi>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mo>.</mml:mo>
                        </mml:math>

                        <label>(69)</label>
</disp-formula>where
                    <disp-formula id="e70">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mi>Z</mml:mi>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                            <mml:msup>
                                <mml:mi>e</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mi>u</mml:mi>
                                        <mml:mi>c</mml:mi>
                                    </mml:msub>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                        <mml:msup>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                        </mml:msup>
                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                    </mml:mrow>
                                </mml:mrow>
                            </mml:msup>
                            <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                            <mml:msup>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                            </mml:msup>
                            <mml:mo>,</mml:mo>
                            <mml:mspace width="2em"/>
                            <mml:mi mathvariant="normal">&#x03f5;</mml:mi>
                            <mml:mo>&gt;</mml:mo>
                            <mml:mn>0</mml:mn>
                            <mml:mo>.</mml:mo>
                        </mml:math>

                        <label>(70)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>The limit 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi>c</mml:mi>
                            <mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
                            <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:math>
</inline-formula> of the partial derivative of 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e66">Eq. (66)</xref> with respect to 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi>c</mml:mi>
                        </mml:math>
</inline-formula> at fixed 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi>Z</mml:mi>
                        </mml:math>
</inline-formula> is given by
                    <disp-formula id="e71">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mtable displaystyle="true" groupalign="{right left}">
                                <mml:mtr>
                                    <mml:mtd>
                                        <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mfrac>
                                                    <mml:mrow>
                                                        <mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
                                                        <mml:msub>
                                                            <mml:mi>u</mml:mi>
                                                            <mml:mi>c</mml:mi>
                                                        </mml:msub>
                                                    </mml:mrow>
                                                    <mml:mrow>
                                                        <mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
                                                        <mml:mi>c</mml:mi>
                                                    </mml:mrow>
                                                </mml:mfrac>
                                                <mml:mo>|</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mi>c</mml:mi>
                                                <mml:mo>=</mml:mo>
                                                <mml:mn>0</mml:mn>
                                            </mml:mrow>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:maligngroup/>
                                        <mml:mo>=</mml:mo>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mfrac>
                                                    <mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
                                                    <mml:mrow>
                                                        <mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
                                                        <mml:mi>c</mml:mi>
                                                    </mml:mrow>
                                                </mml:mfrac>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                    <mml:mi>&#x03bb;</mml:mi>
                                                    <mml:mfrac>
                                                        <mml:msup>
                                                            <mml:mi>e</mml:mi>
                                                            <mml:msub>
                                                                <mml:mi>u</mml:mi>
                                                                <mml:mi>c</mml:mi>
                                                            </mml:msub>
                                                        </mml:msup>
                                                        <mml:mrow>
                                                            <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                                            <mml:msup>
                                                                <mml:mi>e</mml:mi>
                                                                <mml:mrow>
                                                                    <mml:msub>
                                                                        <mml:mi>u</mml:mi>
                                                                        <mml:mi>c</mml:mi>
                                                                    </mml:msub>
                                                                    <mml:mrow>
                                                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                                        <mml:msup>
                                                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                                            <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                                        </mml:msup>
                                                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                                    </mml:mrow>
                                                                </mml:mrow>
                                                            </mml:msup>
                                                            <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                                            <mml:msup>
                                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                            </mml:msup>
                                                        </mml:mrow>
                                                    </mml:mfrac>
                                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                </mml:mrow>
                                                <mml:mo>|</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mi>c</mml:mi>
                                                <mml:mo>=</mml:mo>
                                                <mml:mn>0</mml:mn>
                                            </mml:mrow>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mo>+</mml:mo>
                                        <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                    </mml:mtd>
                                </mml:mtr>
                                <mml:mtr>
                                    <mml:mtd>
                                        <mml:maligngroup/>
                                        <mml:mo>=</mml:mo>
                                        <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                        <mml:mn>2</mml:mn>
                                        <mml:mfrac>
                                            <mml:msup>
                                                <mml:mi>e</mml:mi>
                                                <mml:msub>
                                                    <mml:mi>u</mml:mi>
                                                    <mml:mn>0</mml:mn>
                                                </mml:msub>
                                            </mml:msup>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                                <mml:msup>
                                                    <mml:mi>e</mml:mi>
                                                    <mml:mrow>
                                                        <mml:msub>
                                                            <mml:mi>u</mml:mi>
                                                            <mml:mn>0</mml:mn>
                                                        </mml:msub>
                                                        <mml:mrow>
                                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                            <mml:msup>
                                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                            </mml:msup>
                                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                        </mml:mrow>
                                                    </mml:mrow>
                                                </mml:msup>
                                                <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                                <mml:msup>
                                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                </mml:msup>
                                            </mml:mrow>
                                        </mml:mfrac>
                                        <mml:mo>+</mml:mo>
                                        <mml:mn>8</mml:mn>
                                        <mml:mi>&#x03c0;</mml:mi>
                                        <mml:mfrac>
                                            <mml:msup>
                                                <mml:mi>e</mml:mi>
                                                <mml:msub>
                                                    <mml:mi>u</mml:mi>
                                                    <mml:mn>0</mml:mn>
                                                </mml:msub>
                                            </mml:msup>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                                <mml:msup>
                                                    <mml:mi>e</mml:mi>
                                                    <mml:mrow>
                                                        <mml:msub>
                                                            <mml:mi>u</mml:mi>
                                                            <mml:mn>0</mml:mn>
                                                        </mml:msub>
                                                        <mml:mrow>
                                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                            <mml:msup>
                                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                                <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                            </mml:msup>
                                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                        </mml:mrow>
                                                    </mml:mrow>
                                                </mml:msup>
                                                <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                                <mml:msup>
                                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                                </mml:msup>
                                            </mml:mrow>
                                        </mml:mfrac>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mfrac>
                                                    <mml:mrow>
                                                        <mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
                                                        <mml:msub>
                                                            <mml:mi>u</mml:mi>
                                                            <mml:mi>c</mml:mi>
                                                        </mml:msub>
                                                    </mml:mrow>
                                                    <mml:mrow>
                                                        <mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
                                                        <mml:mi>c</mml:mi>
                                                    </mml:mrow>
                                                </mml:mfrac>
                                                <mml:mo>|</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mi>c</mml:mi>
                                                <mml:mo>=</mml:mo>
                                                <mml:mn>0</mml:mn>
                                            </mml:mrow>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mo>+</mml:mo>
                                        <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                    </mml:mtd>
                                </mml:mtr>
                            </mml:mtable>
                        </mml:math>

                        <label>(71)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>The above equation is reduced to the following form:
                    <disp-formula id="e72">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="normal">&#x0394;</mml:mi>
                                <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mover accent="true">
                                        <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                        <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                    </mml:mover>
                                    <mml:mn>0</mml:mn>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mfrac>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
                                                <mml:msub>
                                                    <mml:mi>u</mml:mi>
                                                    <mml:mi>c</mml:mi>
                                                </mml:msub>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
                                                <mml:mi>c</mml:mi>
                                            </mml:mrow>
                                        </mml:mfrac>
                                        <mml:mo>|</mml:mo>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mi>c</mml:mi>
                                        <mml:mo>=</mml:mo>
                                        <mml:mn>0</mml:mn>
                                    </mml:mrow>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                <mml:mfrac>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mn>4</mml:mn>
                                        <mml:mi>&#x03c0;</mml:mi>
                                    </mml:mrow>
                                </mml:mfrac>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mi>&#x03b4;</mml:mi>
                        </mml:math>

                        <label>(72)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>By employing the practical form of
                    <disp-formula id="e73">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:msub>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mfrac>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
                                            <mml:msub>
                                                <mml:mi>u</mml:mi>
                                                <mml:mi>c</mml:mi>
                                            </mml:msub>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
                                            <mml:mi>c</mml:mi>
                                        </mml:mrow>
                                    </mml:mfrac>
                                    <mml:mo>|</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mi>c</mml:mi>
                                    <mml:mo>=</mml:mo>
                                    <mml:mn>0</mml:mn>
                                </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mn>4</mml:mn>
                                    <mml:mi>&#x03c0;</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                    <mml:mi>&#x03c0;</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mfrac>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mn>1</mml:mn>
                                        <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                        <mml:msup>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo>|</mml:mo>
                                                <mml:mi mathvariant="normal">&#x03f5;</mml:mi>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                <mml:mo>|</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mn>2</mml:mn>
                                        </mml:msup>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mn>1</mml:mn>
                                        <mml:mo>+</mml:mo>
                                        <mml:msup>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo>|</mml:mo>
                                                <mml:mi mathvariant="normal">&#x03f5;</mml:mi>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                <mml:mo>|</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mn>2</mml:mn>
                                        </mml:msup>
                                    </mml:mrow>
                                </mml:mfrac>
                                <mml:mo>ln</mml:mo>
                                <mml:mfrac>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mo>|</mml:mo>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">&#x03f5;</mml:mi>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                        <mml:mo>|</mml:mo>
                                    </mml:mrow>
                                </mml:mfrac>
                                <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>,</mml:mo>
                        </mml:math>

                        <label>(73)</label>
</disp-formula>we obtain the special solution 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>G</mml:mi>
                                <mml:mi>s</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>
</inline-formula> to 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e60">Eq. (60)</xref>
                    <disp-formula id="e74">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mi>G</mml:mi>
                                        <mml:mi>s</mml:mi>
                                    </mml:msub>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                    </mml:mrow>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                    <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                    <mml:msup>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                        <mml:mn>2</mml:mn>
                                    </mml:msup>
                                </mml:mrow>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:msub>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mfrac>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
                                            <mml:msub>
                                                <mml:mi>u</mml:mi>
                                                <mml:mi>c</mml:mi>
                                            </mml:msub>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mi>&#x2202;</mml:mi>
                                            <mml:mi>c</mml:mi>
                                        </mml:mrow>
                                    </mml:mfrac>
                                    <mml:mo>|</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mi>c</mml:mi>
                                    <mml:mo>=</mml:mo>
                                    <mml:mn>0</mml:mn>
                                </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mn>4</mml:mn>
                                    <mml:mi>&#x03c0;</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                    <mml:mi>&#x03c0;</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mfrac>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mn>1</mml:mn>
                                        <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                        <mml:msup>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo>|</mml:mo>
                                                <mml:mi mathvariant="normal">&#x03f5;</mml:mi>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                <mml:mo>|</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mn>2</mml:mn>
                                        </mml:msup>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mn>1</mml:mn>
                                        <mml:mo>+</mml:mo>
                                        <mml:msup>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo>|</mml:mo>
                                                <mml:mi mathvariant="normal">&#x03f5;</mml:mi>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                                <mml:mo>|</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mn>2</mml:mn>
                                        </mml:msup>
                                    </mml:mrow>
                                </mml:mfrac>
                                <mml:mo>ln</mml:mo>
                                <mml:mfrac>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mo>|</mml:mo>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">&#x03f5;</mml:mi>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                        <mml:mo>|</mml:mo>
                                    </mml:mrow>
                                </mml:mfrac>
                                <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>.</mml:mo>
                        </mml:math>

                        <label>(74)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>We conclude that the complete solution 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi>G</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>
</inline-formula> to 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e60">Eq. (60)</xref> is given by the combination of the homogeneous solution 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e65">(65)</xref> and the imhomogeneous solution 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e74">(74)</xref>, namely,

                    <disp-formula id="e75">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mi>G</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>G</mml:mi>
                                <mml:mi>s</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>&#x03b1;</mml:mi>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>G</mml:mi>
                                <mml:mi>h</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>

                        <label>(75)</label>
</disp-formula>where 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi>&#x03b1;</mml:mi>
                        </mml:math>
</inline-formula> is an arbitrary constant.</p>
            </sec>
        </sec>
        <sec id="sec14" sec-type="discussion">
            <title>IV. Discussion</title>
            <sec id="sec15">
                <title>A. Normalization condition for correlation function</title>
                <p>In general, the correlation function satisfies the following two conditions:
                    <disp-formula id="e76">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mi>g</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                    <mml:mn>0</mml:mn>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mn>0</mml:mn>
                            <mml:mspace width="2em"/>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mo>|</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                    <mml:mn>0</mml:mn>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo>|</mml:mo>
                                <mml:mspace width="0.5em"/>
                                <mml:mo>&#x226b;</mml:mo>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>

                        <label>(76)</label>
</disp-formula>

                    <disp-formula id="e77">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:msub>
                                <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">R</mml:mi>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msup>
                            </mml:msub>
                            <mml:mi>w</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi>g</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi>d</mml:mi>
                            <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:math>

                        <label>(77)</label>
</disp-formula>where 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi>w</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>
</inline-formula> is a one-body distribution function in an equilibrium state. The reason why the second condtion 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e77">(77)</xref> holds is discussed in Appendix A. In this section, we examine if the obtained distribution function 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e52">(52)</xref> and correlation function 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e75">(75)</xref> satisfies the above condition.</p>
                <p>To derive the correlation function, we have used an mean field approximation. Mean-field approximation generally fails in systems with strong correlations. That is, we consider that the first condition is already fulfilled.</p>
                <p>Let us examine the second condition. One-body distribution function in an equilibirium state is given by 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e52">Eq. (52)</xref>
                    <disp-formula id="e78">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="normal">&#x03f5;</mml:mi>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msup>
                                <mml:mi>&#x03c0;</mml:mi>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                        <mml:mn>1</mml:mn>
                                        <mml:mo>+</mml:mo>
                                        <mml:msup>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo>|</mml:mo>
                                                <mml:mi mathvariant="normal">&#x03f5;</mml:mi>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                                <mml:mo>|</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mn>2</mml:mn>
                                        </mml:msup>
                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msup>
                            </mml:mfrac>
                        </mml:math>

                        <label>(78)</label>
</disp-formula>where the coefficient is determined to hold the normalization condition
                    <disp-formula id="e79">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:msub>
                                <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">R</mml:mi>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msup>
                            </mml:msub>
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                            <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                            <mml:mo>.</mml:mo>
                        </mml:math>

                        <label>(79)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>Integrating 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e75">Eq. (75)</xref> in 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msup>
                                <mml:mi mathvariant="bold">R</mml:mi>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:msup>
                        </mml:math>
</inline-formula>, we obtain
                    <disp-formula id="e80">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mtable columnalign="left" displaystyle="true">
                                <mml:mtr>
                                    <mml:mtd>
                                        <mml:mspace width="1em"/>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                            <mml:msup>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">R</mml:mi>
                                                <mml:mn>2</mml:mn>
                                            </mml:msup>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mover accent="true">
                                                <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                                <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                            </mml:mover>
                                            <mml:mn>0</mml:mn>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mi>g</mml:mi>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                            <mml:mo>,</mml:mo>
                                            <mml:mn>0</mml:mn>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                    </mml:mtd>
                                </mml:mtr>
                                <mml:mtr>
                                    <mml:mtd>
                                        <mml:mo>=</mml:mo>
                                        <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                        <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                        <mml:msup>
                                            <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                            <mml:mn>2</mml:mn>
                                        </mml:msup>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                            <mml:msup>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">R</mml:mi>
                                                <mml:mn>2</mml:mn>
                                            </mml:msup>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mfrac>
                                            <mml:msup>
                                                <mml:mi mathvariant="normal">&#x03f5;</mml:mi>
                                                <mml:mn>2</mml:mn>
                                            </mml:msup>
                                            <mml:mi>&#x03c0;</mml:mi>
                                        </mml:mfrac>
                                        <mml:mfrac>
                                            <mml:mn>1</mml:mn>
                                            <mml:msup>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                                    <mml:mo>+</mml:mo>
                                                    <mml:msup>
                                                        <mml:mrow>
                                                            <mml:mo>|</mml:mo>
                                                            <mml:mi mathvariant="normal">&#x03f5;</mml:mi>
                                                            <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                                            <mml:mo>|</mml:mo>
                                                        </mml:mrow>
                                                        <mml:mn>2</mml:mn>
                                                    </mml:msup>
                                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                </mml:mrow>
                                                <mml:mn>2</mml:mn>
                                            </mml:msup>
                                        </mml:mfrac>
                                    </mml:mtd>
                                </mml:mtr>
                                <mml:mtr>
                                    <mml:mtd>
                                        <mml:mspace width="2em"/>
                                        <mml:mo>&#x00d7;</mml:mo>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">{</mml:mo>
                                            <mml:mfrac>
                                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                                    <mml:mi>&#x03c0;</mml:mi>
                                                </mml:mrow>
                                            </mml:mfrac>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                <mml:mfrac>
                                                    <mml:mrow>
                                                        <mml:msup>
                                                            <mml:mrow>
                                                                <mml:mo>|</mml:mo>
                                                                <mml:mi mathvariant="normal">&#x03f5;</mml:mi>
                                                                <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                                                <mml:mo>|</mml:mo>
                                                            </mml:mrow>
                                                            <mml:mn>2</mml:mn>
                                                        </mml:msup>
                                                        <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                                        <mml:mn>1</mml:mn>
                                                    </mml:mrow>
                                                    <mml:mrow>
                                                        <mml:msup>
                                                            <mml:mrow>
                                                                <mml:mo>|</mml:mo>
                                                                <mml:mi mathvariant="normal">&#x03f5;</mml:mi>
                                                                <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                                                <mml:mo>|</mml:mo>
                                                            </mml:mrow>
                                                            <mml:mn>2</mml:mn>
                                                        </mml:msup>
                                                        <mml:mo>+</mml:mo>
                                                        <mml:mn>1</mml:mn>
                                                    </mml:mrow>
                                                </mml:mfrac>
                                                <mml:mo>ln</mml:mo>
                                                <mml:mo>|</mml:mo>
                                                <mml:mi mathvariant="normal">&#x03f5;</mml:mi>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                                <mml:mo>|</mml:mo>
                                                <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mo>+</mml:mo>
                                            <mml:mi>&#x03b1;</mml:mi>
                                            <mml:mfrac>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:msup>
                                                        <mml:mrow>
                                                            <mml:mo>|</mml:mo>
                                                            <mml:mi mathvariant="normal">&#x03f5;</mml:mi>
                                                            <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                                            <mml:mo>|</mml:mo>
                                                        </mml:mrow>
                                                        <mml:mn>2</mml:mn>
                                                    </mml:msup>
                                                    <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                                </mml:mrow>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:msup>
                                                        <mml:mrow>
                                                            <mml:mo>|</mml:mo>
                                                            <mml:mi mathvariant="normal">&#x03f5;</mml:mi>
                                                            <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                                            <mml:mo>|</mml:mo>
                                                        </mml:mrow>
                                                        <mml:mn>2</mml:mn>
                                                    </mml:msup>
                                                    <mml:mo>+</mml:mo>
                                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                                </mml:mrow>
                                            </mml:mfrac>
                                            <mml:mo stretchy="true">}</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                    </mml:mtd>
                                </mml:mtr>
                            </mml:mtable>
                        </mml:math>

                        <label>(80)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>Perform a change of variables in the integral
                    <disp-formula id="e81">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mi mathvariant="normal">&#x03f5;</mml:mi>
                            <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mi mathvariant="bold">y</mml:mi>
                            <mml:mo>,</mml:mo>
                            <mml:mspace width="2em"/>
                            <mml:mi>d</mml:mi>
                            <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="normal">&#x03f5;</mml:mi>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msup>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mi>d</mml:mi>
                            <mml:mi mathvariant="bold">y</mml:mi>
                        </mml:math>

                        <label>(81)</label>
</disp-formula>and continue the calculation.
                    <disp-formula id="e82">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mtable columnalign="left" displaystyle="true">
                                <mml:mtr>
                                    <mml:mtd>
                                        <mml:mo>=</mml:mo>
                                        <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                        <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                        <mml:msup>
                                            <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                            <mml:mn>2</mml:mn>
                                        </mml:msup>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                            <mml:msup>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">R</mml:mi>
                                                <mml:mn>2</mml:mn>
                                            </mml:msup>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mfrac>
                                            <mml:mn>1</mml:mn>
                                            <mml:mi>&#x03c0;</mml:mi>
                                        </mml:mfrac>
                                        <mml:mfrac>
                                            <mml:mn>1</mml:mn>
                                            <mml:msup>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                                    <mml:mo>+</mml:mo>
                                                    <mml:msup>
                                                        <mml:mrow>
                                                            <mml:mo>|</mml:mo>
                                                            <mml:mi mathvariant="bold">y</mml:mi>
                                                            <mml:mo>|</mml:mo>
                                                        </mml:mrow>
                                                        <mml:mn>2</mml:mn>
                                                    </mml:msup>
                                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                </mml:mrow>
                                                <mml:mn>2</mml:mn>
                                            </mml:msup>
                                        </mml:mfrac>
                                    </mml:mtd>
                                </mml:mtr>
                                <mml:mtr>
                                    <mml:mtd>
                                        <mml:mspace width="2em"/>
                                        <mml:mo>&#x00d7;</mml:mo>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">{</mml:mo>
                                            <mml:mfrac>
                                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                                    <mml:mi>&#x03c0;</mml:mi>
                                                </mml:mrow>
                                            </mml:mfrac>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                <mml:mfrac>
                                                    <mml:mrow>
                                                        <mml:msup>
                                                            <mml:mrow>
                                                                <mml:mo>|</mml:mo>
                                                                <mml:mi mathvariant="bold">y</mml:mi>
                                                                <mml:mo>|</mml:mo>
                                                            </mml:mrow>
                                                            <mml:mn>2</mml:mn>
                                                        </mml:msup>
                                                        <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                                        <mml:mn>1</mml:mn>
                                                    </mml:mrow>
                                                    <mml:mrow>
                                                        <mml:msup>
                                                            <mml:mrow>
                                                                <mml:mo>|</mml:mo>
                                                                <mml:mi mathvariant="bold">y</mml:mi>
                                                                <mml:mo>|</mml:mo>
                                                            </mml:mrow>
                                                            <mml:mn>2</mml:mn>
                                                        </mml:msup>
                                                        <mml:mo>+</mml:mo>
                                                        <mml:mn>1</mml:mn>
                                                    </mml:mrow>
                                                </mml:mfrac>
                                                <mml:mo>ln</mml:mo>
                                                <mml:mo>|</mml:mo>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">y</mml:mi>
                                                <mml:mo>|</mml:mo>
                                                <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mo>+</mml:mo>
                                            <mml:mi>&#x03b1;</mml:mi>
                                            <mml:mfrac>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:msup>
                                                        <mml:mrow>
                                                            <mml:mo>|</mml:mo>
                                                            <mml:mi mathvariant="bold">y</mml:mi>
                                                            <mml:mo>|</mml:mo>
                                                        </mml:mrow>
                                                        <mml:mn>2</mml:mn>
                                                    </mml:msup>
                                                    <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                                </mml:mrow>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:msup>
                                                        <mml:mrow>
                                                            <mml:mo>|</mml:mo>
                                                            <mml:mi mathvariant="bold">y</mml:mi>
                                                            <mml:mo>|</mml:mo>
                                                        </mml:mrow>
                                                        <mml:mn>2</mml:mn>
                                                    </mml:msup>
                                                    <mml:mo>+</mml:mo>
                                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                                </mml:mrow>
                                            </mml:mfrac>
                                            <mml:mo stretchy="true">}</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mi>d</mml:mi>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">y</mml:mi>
                                    </mml:mtd>
                                </mml:mtr>
                            </mml:mtable>
                        </mml:math>

                        <label>(82)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>Axial symmetry is assumed.
                    <disp-formula id="e83">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mtable columnalign="left" displaystyle="true">
                                <mml:mtr>
                                    <mml:mtd>
                                        <mml:mo>=</mml:mo>
                                        <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                        <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                        <mml:msup>
                                            <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                            <mml:mn>2</mml:mn>
                                        </mml:msup>
                                        <mml:msubsup>
                                            <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                            <mml:mn>0</mml:mn>
                                            <mml:mo>&#x221e;</mml:mo>
                                        </mml:msubsup>
                                        <mml:mfrac>
                                            <mml:mn>1</mml:mn>
                                            <mml:mi>&#x03c0;</mml:mi>
                                        </mml:mfrac>
                                        <mml:mfrac>
                                            <mml:mn>1</mml:mn>
                                            <mml:msup>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                                    <mml:mo>+</mml:mo>
                                                    <mml:msup>
                                                        <mml:mi>r</mml:mi>
                                                        <mml:mn>2</mml:mn>
                                                    </mml:msup>
                                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                </mml:mrow>
                                                <mml:mn>2</mml:mn>
                                            </mml:msup>
                                        </mml:mfrac>
                                    </mml:mtd>
                                </mml:mtr>
                                <mml:mtr>
                                    <mml:mtd>
                                        <mml:mspace width="2em"/>
                                        <mml:mo>&#x00d7;</mml:mo>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">{</mml:mo>
                                            <mml:mfrac>
                                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                                    <mml:mi>&#x03c0;</mml:mi>
                                                </mml:mrow>
                                            </mml:mfrac>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                <mml:mfrac>
                                                    <mml:mrow>
                                                        <mml:msup>
                                                            <mml:mi>r</mml:mi>
                                                            <mml:mn>2</mml:mn>
                                                        </mml:msup>
                                                        <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                                        <mml:mn>1</mml:mn>
                                                    </mml:mrow>
                                                    <mml:mrow>
                                                        <mml:msup>
                                                            <mml:mi>r</mml:mi>
                                                            <mml:mn>2</mml:mn>
                                                        </mml:msup>
                                                        <mml:mo>+</mml:mo>
                                                        <mml:mn>1</mml:mn>
                                                    </mml:mrow>
                                                </mml:mfrac>
                                                <mml:mo>ln</mml:mo>
                                                <mml:mi>r</mml:mi>
                                                <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mo>+</mml:mo>
                                            <mml:mi>&#x03b1;</mml:mi>
                                            <mml:mfrac>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:msup>
                                                        <mml:mi>r</mml:mi>
                                                        <mml:mn>2</mml:mn>
                                                    </mml:msup>
                                                    <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                                </mml:mrow>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:msup>
                                                        <mml:mi>r</mml:mi>
                                                        <mml:mn>2</mml:mn>
                                                    </mml:msup>
                                                    <mml:mo>+</mml:mo>
                                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                                </mml:mrow>
                                            </mml:mfrac>
                                            <mml:mo stretchy="true">}</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mn>2</mml:mn>
                                        <mml:mi mathvariant="italic">&#x03c0;r</mml:mi>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">d</mml:mi>
                                        <mml:mi>r</mml:mi>
                                    </mml:mtd>
                                </mml:mtr>
                            </mml:mtable>
                        </mml:math>

                        <label>(83)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>Perform a change of variables in the integral
                    <disp-formula id="e84">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:msup>
                                <mml:mi>r</mml:mi>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:msup>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mi>s</mml:mi>
                            <mml:mo>,</mml:mo>
                            <mml:mspace width="2em"/>
                            <mml:mn>2</mml:mn>
                            <mml:mi mathvariant="italic">rdr</mml:mi>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mi mathvariant="italic">ds</mml:mi>
                        </mml:math>

                        <label>(84)</label>
</disp-formula>and continue the calculation.
                    <disp-formula id="e85">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mtable columnalign="left" displaystyle="true">
                                <mml:mtr>
                                    <mml:mtd>
                                        <mml:mo>=</mml:mo>
                                        <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                        <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                        <mml:msup>
                                            <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                            <mml:mn>2</mml:mn>
                                        </mml:msup>
                                        <mml:msubsup>
                                            <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                            <mml:mn>0</mml:mn>
                                            <mml:mo>&#x221e;</mml:mo>
                                        </mml:msubsup>
                                        <mml:mfrac>
                                            <mml:mn>1</mml:mn>
                                            <mml:msup>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                                    <mml:mo>+</mml:mo>
                                                    <mml:mi>s</mml:mi>
                                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                </mml:mrow>
                                                <mml:mn>2</mml:mn>
                                            </mml:msup>
                                        </mml:mfrac>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">{</mml:mo>
                                            <mml:mfrac>
                                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                                    <mml:mi>&#x03c0;</mml:mi>
                                                </mml:mrow>
                                            </mml:mfrac>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                <mml:mfrac>
                                                    <mml:mrow>
                                                        <mml:mi>s</mml:mi>
                                                        <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                                        <mml:mn>1</mml:mn>
                                                    </mml:mrow>
                                                    <mml:mrow>
                                                        <mml:mi>s</mml:mi>
                                                        <mml:mo>+</mml:mo>
                                                        <mml:mn>1</mml:mn>
                                                    </mml:mrow>
                                                </mml:mfrac>
                                                <mml:mfrac>
                                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                                </mml:mfrac>
                                                <mml:mo>ln</mml:mo>
                                                <mml:mi>s</mml:mi>
                                                <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mo>+</mml:mo>
                                            <mml:mi>&#x03b1;</mml:mi>
                                            <mml:mfrac>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mi>s</mml:mi>
                                                    <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                                </mml:mrow>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mi>s</mml:mi>
                                                    <mml:mo>+</mml:mo>
                                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                                </mml:mrow>
                                            </mml:mfrac>
                                            <mml:mo stretchy="true">}</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mi mathvariant="italic">ds</mml:mi>
                                    </mml:mtd>
                                </mml:mtr>
                                <mml:mtr>
                                    <mml:mtd>
                                        <mml:mo>=</mml:mo>
                                        <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                        <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                        <mml:msup>
                                            <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                            <mml:mn>2</mml:mn>
                                        </mml:msup>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">{</mml:mo>
                                            <mml:mfrac>
                                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mn>4</mml:mn>
                                                    <mml:mi>&#x03c0;</mml:mi>
                                                </mml:mrow>
                                            </mml:mfrac>
                                            <mml:msubsup>
                                                <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                                <mml:mn>0</mml:mn>
                                                <mml:mo>&#x221e;</mml:mo>
                                            </mml:msubsup>
                                            <mml:mfrac>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mi>s</mml:mi>
                                                    <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                                </mml:mrow>
                                                <mml:msup>
                                                    <mml:mrow>
                                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                        <mml:mi>s</mml:mi>
                                                        <mml:mo>+</mml:mo>
                                                        <mml:mn>1</mml:mn>
                                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                    </mml:mrow>
                                                    <mml:mn>3</mml:mn>
                                                </mml:msup>
                                            </mml:mfrac>
                                            <mml:mo>ln</mml:mo>
                                            <mml:mi mathvariant="italic">sds</mml:mi>
                                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                            <mml:mfrac>
                                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                                    <mml:mi>&#x03c0;</mml:mi>
                                                </mml:mrow>
                                            </mml:mfrac>
                                            <mml:msubsup>
                                                <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                                <mml:mn>0</mml:mn>
                                                <mml:mo>&#x221e;</mml:mo>
                                            </mml:msubsup>
                                            <mml:mfrac>
                                                <mml:mi mathvariant="italic">ds</mml:mi>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                                    <mml:mo>+</mml:mo>
                                                    <mml:mi>s</mml:mi>
                                                </mml:mrow>
                                            </mml:mfrac>
                                            <mml:mo>+</mml:mo>
                                            <mml:mi>&#x03b1;</mml:mi>
                                            <mml:msubsup>
                                                <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                                <mml:mn>0</mml:mn>
                                                <mml:mo>&#x221e;</mml:mo>
                                            </mml:msubsup>
                                            <mml:mfrac>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mi>s</mml:mi>
                                                    <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                                </mml:mrow>
                                                <mml:msup>
                                                    <mml:mrow>
                                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                        <mml:mi>s</mml:mi>
                                                        <mml:mo>+</mml:mo>
                                                        <mml:mn>1</mml:mn>
                                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                    </mml:mrow>
                                                    <mml:mn>3</mml:mn>
                                                </mml:msup>
                                            </mml:mfrac>
                                            <mml:mi mathvariant="italic">ds</mml:mi>
                                            <mml:mo stretchy="true">}</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                    </mml:mtd>
                                </mml:mtr>
                                <mml:mtr>
                                    <mml:mtd>
                                        <mml:mo>=</mml:mo>
                                        <mml:mfrac>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                                                <mml:msup>
                                                    <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                                </mml:msup>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mn>4</mml:mn>
                                                <mml:mi>&#x03c0;</mml:mi>
                                            </mml:mrow>
                                        </mml:mfrac>
                                    </mml:mtd>
                                </mml:mtr>
                            </mml:mtable>
                        </mml:math>

                        <label>(85)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>
We find that the 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi>&#x03b1;</mml:mi>
                        </mml:math>
</inline-formula>-dependence does not remain in the integral result. To overcome this difficulty, cutoff radius 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi>R</mml:mi>
                        </mml:math>
</inline-formula> is introduced. According to this change, we replace the integral domain 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msup>
                                <mml:mi mathvariant="bold">R</mml:mi>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:msup>
                        </mml:math>
</inline-formula> with 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>B</mml:mi>
                                <mml:mi>R</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>
</inline-formula> and search the value of 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi>&#x03b1;</mml:mi>
                        </mml:math>
</inline-formula> which satisfies
                    <disp-formula id="e86">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>G</mml:mi>
                                <mml:mi>R</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mspace width="0.25em"/>
                            <mml:mo>&#x2254;</mml:mo>
                            <mml:mspace width="0.25em"/>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>G</mml:mi>
                                <mml:mi>s</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>+</mml:mo>
                            <mml:mi>&#x03b1;</mml:mi>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>G</mml:mi>
                                <mml:mi>h</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>

                        <label>(86)</label>
</disp-formula>

                    <disp-formula id="e87">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:msub>
                                <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mi>B</mml:mi>
                                        <mml:mi>R</mml:mi>
                                    </mml:msub>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                        <mml:mn>0</mml:mn>
                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                    </mml:mrow>
                                </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>G</mml:mi>
                                <mml:mi>R</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi>d</mml:mi>
                            <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:math>

                        <label>(87)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>Returning to 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e85">Eq. (85)</xref>, we re-evaluate the above integral.
                    <disp-formula id="e88">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mspace width="1em"/>
                            <mml:msub>
                                <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mi>B</mml:mi>
                                        <mml:mi>R</mml:mi>
                                    </mml:msub>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                        <mml:mn>0</mml:mn>
                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                    </mml:mrow>
                                </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                            <mml:msub>
                                <mml:mover accent="true">
                                    <mml:mi>&#x03c9;</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">&#x00af;</mml:mo>
                                </mml:mover>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>G</mml:mi>
                                <mml:mi>R</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi>d</mml:mi>
                            <mml:mi mathvariant="bold-italic">x</mml:mi>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                            <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                            <mml:msup>
                                <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:msup>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
                                <mml:mfrac>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mn>4</mml:mn>
                                        <mml:mi>&#x03c0;</mml:mi>
                                    </mml:mrow>
                                </mml:mfrac>
                                <mml:msubsup>
                                    <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                    <mml:mn>0</mml:mn>
                                    <mml:msup>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mi mathvariant="italic">&#x03f5;R</mml:mi>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mn>2</mml:mn>
                                    </mml:msup>
                                </mml:msubsup>
                                <mml:mfrac>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mi>s</mml:mi>
                                        <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                        <mml:mn>1</mml:mn>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:msup>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mi>s</mml:mi>
                                            <mml:mo>+</mml:mo>
                                            <mml:mn>1</mml:mn>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mn>3</mml:mn>
                                    </mml:msup>
                                </mml:mfrac>
                                <mml:mo>ln</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="italic">sds</mml:mi>
                                <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                <mml:mfrac>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mn>2</mml:mn>
                                        <mml:mi>&#x03c0;</mml:mi>
                                    </mml:mrow>
                                </mml:mfrac>
                                <mml:msubsup>
                                    <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                    <mml:mn>0</mml:mn>
                                    <mml:msup>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mi mathvariant="italic">&#x03f5;R</mml:mi>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mn>2</mml:mn>
                                    </mml:msup>
                                </mml:msubsup>
                                <mml:mfrac>
                                    <mml:mi mathvariant="italic">ds</mml:mi>
                                    <mml:msup>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mi>s</mml:mi>
                                            <mml:mo>+</mml:mo>
                                            <mml:mn>1</mml:mn>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mn>2</mml:mn>
                                    </mml:msup>
                                </mml:mfrac>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mspace width="2em"/>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo>+</mml:mo>
                                <mml:mi>&#x03b1;</mml:mi>
                                <mml:msubsup>
                                    <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                    <mml:mn>0</mml:mn>
                                    <mml:msup>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mi mathvariant="italic">&#x03f5;R</mml:mi>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mn>2</mml:mn>
                                    </mml:msup>
                                </mml:msubsup>
                                <mml:mfrac>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mi>s</mml:mi>
                                        <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                        <mml:mn>1</mml:mn>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:msup>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mi>s</mml:mi>
                                            <mml:mo>+</mml:mo>
                                            <mml:mn>1</mml:mn>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mn>3</mml:mn>
                                    </mml:msup>
                                </mml:mfrac>
                                <mml:mi mathvariant="italic">ds</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">}</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>

                        <label>(88)</label>
</disp-formula>

                    <disp-formula id="e89">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                            <mml:mi>&#x03b2;</mml:mi>
                            <mml:msup>
                                <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:msup>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">{</mml:mo>
                                <mml:mfrac>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mn>4</mml:mn>
                                        <mml:mi>&#x03c0;</mml:mi>
                                    </mml:mrow>
                                </mml:mfrac>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                    <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                    <mml:mfrac>
                                        <mml:msup>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                <mml:mi mathvariant="italic">&#x03f5;R</mml:mi>
                                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mn>2</mml:mn>
                                        </mml:msup>
                                        <mml:msup>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                <mml:msup>
                                                    <mml:mrow>
                                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                        <mml:mi mathvariant="italic">&#x03f5;R</mml:mi>
                                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                    </mml:mrow>
                                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                                </mml:msup>
                                                <mml:mo>+</mml:mo>
                                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mn>2</mml:mn>
                                        </mml:msup>
                                    </mml:mfrac>
                                    <mml:mo>ln</mml:mo>
                                    <mml:mo>|</mml:mo>
                                    <mml:mi mathvariant="italic">&#x03b5;R</mml:mi>
                                    <mml:mo>|</mml:mo>
                                    <mml:mo>+</mml:mo>
                                    <mml:mfrac>
                                        <mml:msup>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                <mml:mi mathvariant="italic">&#x03f5;R</mml:mi>
                                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mn>2</mml:mn>
                                        </mml:msup>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:msup>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                    <mml:mi mathvariant="italic">&#x03f5;R</mml:mi>
                                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                </mml:mrow>
                                                <mml:mn>2</mml:mn>
                                            </mml:msup>
                                            <mml:mo>+</mml:mo>
                                            <mml:mn>1</mml:mn>
                                        </mml:mrow>
                                    </mml:mfrac>
                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                        <mml:mfrac>
                                            <mml:mn>1</mml:mn>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mn>2</mml:mn>
                                                <mml:mi>&#x03c0;</mml:mi>
                                            </mml:mrow>
                                        </mml:mfrac>
                                        <mml:mfrac>
                                            <mml:msup>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                    <mml:mi mathvariant="normal">&#x03f5;</mml:mi>
                                                    <mml:mi>R</mml:mi>
                                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                </mml:mrow>
                                                <mml:mn>2</mml:mn>
                                            </mml:msup>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:msup>
                                                    <mml:mrow>
                                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                        <mml:mi mathvariant="normal">&#x03f5;</mml:mi>
                                                        <mml:mi>R</mml:mi>
                                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                    </mml:mrow>
                                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                                </mml:msup>
                                                <mml:mo>+</mml:mo>
                                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                            </mml:mrow>
                                        </mml:mfrac>
                                        <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                        <mml:mi>&#x03b1;</mml:mi>
                                        <mml:mfrac>
                                            <mml:msup>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                    <mml:mi mathvariant="normal">&#x03f5;</mml:mi>
                                                    <mml:mi>R</mml:mi>
                                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                </mml:mrow>
                                                <mml:mn>2</mml:mn>
                                            </mml:msup>
                                            <mml:msup>
                                                <mml:mrow>
                                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                    <mml:msup>
                                                        <mml:mrow>
                                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                            <mml:mi mathvariant="normal">&#x03f5;</mml:mi>
                                                            <mml:mi>R</mml:mi>
                                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                        </mml:mrow>
                                                        <mml:mn>2</mml:mn>
                                                    </mml:msup>
                                                    <mml:mo>+</mml:mo>
                                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                                </mml:mrow>
                                                <mml:mn>2</mml:mn>
                                            </mml:msup>
                                        </mml:mfrac>
                                        <mml:mo stretchy="true">}</mml:mo>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mo>=</mml:mo>
                                    <mml:mn>0</mml:mn>
                                </mml:mrow>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>

                        <label>(89)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>Thus, we obtain 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi>&#x03b1;</mml:mi>
                        </mml:math>
</inline-formula> satisfying condition 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e87">(87)</xref>.
                    <disp-formula id="e90">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mi>&#x03b1;</mml:mi>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mn>4</mml:mn>
                                    <mml:mi>&#x03c0;</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mo>ln</mml:mo>
                            <mml:msup>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                    <mml:mi mathvariant="normal">&#x03f5;</mml:mi>
                                    <mml:mi>R</mml:mi>
                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:msup>
                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                            <mml:mfrac>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mn>4</mml:mn>
                                    <mml:mi>&#x03c0;</mml:mi>
                                </mml:mrow>
                            </mml:mfrac>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                        <mml:mi mathvariant="normal">&#x03f5;</mml:mi>
                                        <mml:mi>R</mml:mi>
                                        <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                    </mml:mrow>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msup>
                                <mml:mo>+</mml:mo>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>

                        <label>(90)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>By introducing a conditional probability that assumes the presence of a particle at the origin as the source of perturbation, the two-body distribution function effectively reduces to a one-body distribution function. Applying the above condition to 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e29">Eq. (29)</xref> yields
                    <disp-formula id="e91">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>P</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                    <mml:mo>,</mml:mo>
                                    <mml:mn>0</mml:mn>
                                </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mn>0</mml:mn>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                </mml:msup>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                            <mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>P</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                    <mml:mo>,</mml:mo>
                                    <mml:mn>0</mml:mn>
                                </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                </mml:msup>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                <mml:mo>+</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi>g</mml:mi>
                                    <mml:mn>0</mml:mn>
                                </mml:msub>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                    <mml:mn>0</mml:mn>
                                    <mml:mo>,</mml:mo>
                                    <mml:msup>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                        <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                    </mml:msup>
                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>P</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                    <mml:mo>,</mml:mo>
                                    <mml:mn>0</mml:mn>
                                </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                </mml:msup>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                <mml:mo>+</mml:mo>
                                <mml:mi>G</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                    <mml:msup>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                        <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                    </mml:msup>
                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>

                        <label>(91)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>Among the terms in the above expression, 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>P</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                    <mml:mo>,</mml:mo>
                                    <mml:mn>0</mml:mn>
                                </mml:mrow>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                </mml:msup>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi>G</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                </mml:msup>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>
</inline-formula> corresponds to the linear response part, where 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi>G</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                </mml:msup>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>
</inline-formula> is defined in 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e75">Eq. (75)</xref>. 
                    <xref ref-type="fig" rid="f4">
Figure 4</xref> shows a plot of this function. As anticipated, a region with negative correlation forms in the vicinity of the origin in response to the perturbation imposed at the origin. It should be noted that since the term 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi>G</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                    <mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
                                </mml:msup>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>
</inline-formula> is proportional to 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi mathvariant="normal">&#x03a9;</mml:mi>
                            <mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
                            <mml:mi>O</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                <mml:mo>/</mml:mo>
                                <mml:mi>N</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>
</inline-formula>, the magnitute of the response is small compared to the leading-order term of 1. Thus, although we successfully obtained the two-body correlation function 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi>G</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi mathvariant="bold">r</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>
</inline-formula> analytically, its effect is small and only qualitative agreement is achieved. In other words, additional quantitative analysis may be required to refine the explanation for the formation of the depleted region observed in the experiments.</p>
                <fig fig-type="figure" id="f4" orientation="portrait" position="float">
                    <label>
Figure 4. </label>
                    <caption>
                        <title>The profiles of the function 

                            <italic toggle="yes">P</italic>
                            <sub>1</sub>
                            <italic toggle="yes">
                                <sub>,</sub>
                            </italic>
                            <sub>0</sub>(
                            <inline-formula>

                                <mml:math display="inline">
                                    <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                </mml:math>
</inline-formula>)
                            <italic toggle="yes">G</italic>(
                            <inline-formula>

                                <mml:math display="inline">
                                    <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                </mml:math>
</inline-formula>) for parameters 
                            <inline-formula>

                                <mml:math display="inline">
                                    <mml:mi mathvariant="normal">&#x03f5;</mml:mi>
                                </mml:math>
</inline-formula> = 4
                            <italic toggle="yes">.</italic>5 and 6
                            <italic toggle="yes">.</italic>0 are shown.</title>
                        <p>The value of 
                            <italic toggle="yes">R</italic> is 1
                            <italic toggle="yes">.</italic>0. As anticipated, a region with negative correlation forms in the vicinity of the origin in response to the perturbation imposed at the origin.</p>
                    </caption>
                    <graphic id="gr4" orientation="portrait" position="float" xlink:href="https://f1000research-files.f1000.com/manuscripts/194250/e506d776-2267-4bb1-9abc-4e051a801bd3_figure4.gif"/>
                </fig>
            </sec>
            <sec id="sec16">
                <title>B. Future work</title>
                <p>Further efforts are necessary to quantitatively explain the experimental results. The two-body correlation function that we analytically derived in this work remains within the linear response regime and does not address the longer-time dynamics. Since analytical treatment of the time evolution of the system is expected to be difficult, we are preparing large-scale numerical simulations using a supercomputer equipped with the latest PEZY-SC4s processor, a platform that one of the authors (Y.Y.) has been utilizing. Numerical simulations will enable us to capture the detailed particle transport behavior, allowing us to investigate in detail aspects such as the destination of particles during the formation of the depleted region.</p>
            </sec>
        </sec>
        <sec id="sec17">
            <title>Ethical considerations</title>
            <p>Not applicable. This study is purely theoretical and does not involve human participants.</p>
        </sec>
    </body>
    <back>
        <sec id="sec20" sec-type="data-availability">
            <title>Data availability</title>
            <sec id="sec21">
                <title>Underlying data</title>
                <p>Kanazawa University Repository for Academic Resources (KURA): Experimental data on &#x201c;Analytical Derivation of Correlation Function for Vorticity-Depleted Regions Formed Around Strong Vortex&#x201d; 
                    <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://doi.org/10.24517/0002003728">https://doi.org/
10.24517/0002003728</ext-link>.
                    <sup>
                        <xref ref-type="bibr" rid="ref31">31</xref>
                    </sup>
                </p>
                <p>The project contains the following underlying data:</p>
                <p>

                    <bold>RingHole0001.pdf:</bold> (Experimental data shown in Figure 2 (a). Visualization of electron density distribution from FITS format files, obtained by subtracting Charge Coupled Device (CCD) background noise from CCD camera images. The same applies to panels (b)-(e).)</p>
                <p>

                    <bold>RingHole0007.pdf:</bold> (Experimental data shown in Figure 2 (b))</p>
                <p>

                    <bold>RingHole0022.pdf:</bold> (Experimental data shown in Figure 2 (c))</p>
                <p>

                    <bold>RingHole0024.pdf:</bold> (Experimental data shown in Figure 2 (d))</p>
                <p>

                    <bold>RingHole0030.pdf:</bold> (Experimental data shown in Figure 2 (e))</p>
                <p>Data are available under the terms of the 
                    <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">Creative Commons Attribution 4.0 International license</ext-link> (CC-BY 4.0).</p>
            </sec>
            <sec id="sec22">
                <title>Reporting guidelines</title>
                <p>Not applicable. This article presents a theoretical analysis of two-dimensional vortex dynamics and does not involve clinical trials, animal studies, observational studies, or qualitative research. Therefore, the listed reporting guidelines (CONSORT, ARRIVE, STROBE, COREQ, SRQR) do not apply.</p>
            </sec>
        </sec>
        <app-group>
            <app id="app1">
                <title>Appendix A: Condition satisfied by the correlation function</title>
                <p>The second condition that should be satisfied by the correlation function 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e77">(77)</xref> is derived as follows.</p>
                <p>Coordinates of 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi>N</mml:mi>
                        </mml:math>
</inline-formula> particles arranged in 6 dimensional phase space are represented by
                    <disp-formula id="e92">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:msub>
                                <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">q</mml:mi>
                                    <mml:mi>i</mml:mi>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">p</mml:mi>
                                    <mml:mi>i</mml:mi>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mspace width="2em"/>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                                <mml:mo>=</mml:mo>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:mi>N</mml:mi>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>

                        <label>(A1)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>Distribution of 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi>N</mml:mi>
                        </mml:math>
</inline-formula> particles in this space is specified by 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi>N</mml:mi>
                        </mml:math>
</inline-formula>-body distribution function 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>P</mml:mi>
                                <mml:mi>N</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                    <mml:mi>N</mml:mi>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>
</inline-formula>. The one- and two-body distribution functions 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>P</mml:mi>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>
</inline-formula> and 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>P</mml:mi>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>
</inline-formula> are defined by 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>P</mml:mi>
                                <mml:mi>N</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                    <mml:mi>N</mml:mi>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>
</inline-formula>:
                    <disp-formula id="e93">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>P</mml:mi>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:msub>
                                <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">R</mml:mi>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mn>6</mml:mn>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mi>N</mml:mi>
                                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                            <mml:mn>1</mml:mn>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                    </mml:mrow>
                                </mml:msup>
                            </mml:msub>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>P</mml:mi>
                                <mml:mi>N</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                    <mml:mi>N</mml:mi>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi>d</mml:mi>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
                            <mml:mi>d</mml:mi>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                <mml:mi>N</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>,</mml:mo>
                        </mml:math>

                        <label>(A2)</label>
</disp-formula>

                    <disp-formula id="e94">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>P</mml:mi>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:msub>
                                <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">R</mml:mi>
                                    <mml:mrow>
                                        <mml:mn>6</mml:mn>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mi>N</mml:mi>
                                            <mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
                                            <mml:mn>2</mml:mn>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                    </mml:mrow>
                                </mml:msup>
                            </mml:msub>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>P</mml:mi>
                                <mml:mi>N</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                    <mml:mi>N</mml:mi>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi>d</mml:mi>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                <mml:mn>3</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>&#x22ef;</mml:mo>
                            <mml:mi>d</mml:mi>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                <mml:mi>N</mml:mi>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>.</mml:mo>
                        </mml:math>

                        <label>(A3)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>Let&#x2019;s introduce conditional probability. The conditional probability 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi>P</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                    <mml:mi>i</mml:mi>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo>|</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                    <mml:mi>j</mml:mi>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>
</inline-formula> represents the probability of finding the 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi>i</mml:mi>
                        </mml:math>
</inline-formula>-th particle at position 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                <mml:mi>i</mml:mi>
                            </mml:msub>
                        </mml:math>
</inline-formula>, given that the 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi>j</mml:mi>
                        </mml:math>
</inline-formula>-th particle is located at position 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:msub>
                                <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                <mml:mi>j</mml:mi>
                            </mml:msub>
                        </mml:math>
</inline-formula>. The two-body distribution function is related to the conditional probability and one-body distribution function:
                    <disp-formula id="e95">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>P</mml:mi>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mi>P</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo>|</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>P</mml:mi>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>

                        <label>(A4)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>In general, the two-body distribution function does not equal the product of one-body distribution functions. This is because the presence of a certain particle 1 affects another particle 2 through interactions such as Coulomb forces or gravity. The two-body correlation function 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi>g</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>
</inline-formula> is introduced as a quantity that characterizes the deviation from the product of one-body distribution functions. If the particle system is perfectly uniformly distributed, it becomes uncorrelated, yielding 
                    <inline-formula>

                        <mml:math display="inline">
                            <mml:mi>g</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:math>
</inline-formula>.
                    <disp-formula id="e96">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>P</mml:mi>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>P</mml:mi>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>P</mml:mi>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                <mml:mo>+</mml:mo>
                                <mml:mi>g</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                        <mml:mn>1</mml:mn>
                                    </mml:msub>
                                    <mml:mo>,</mml:mo>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                        <mml:mn>2</mml:mn>
                                    </mml:msub>
                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>

                        <label>(A5)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>Substituting (A4) into (A5), we obtain the relation
                    <disp-formula id="e97">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mi>P</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo>|</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>P</mml:mi>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                <mml:mo>+</mml:mo>
                                <mml:mi>g</mml:mi>
                                <mml:mrow>
                                    <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                        <mml:mn>1</mml:mn>
                                    </mml:msub>
                                    <mml:mo>,</mml:mo>
                                    <mml:msub>
                                        <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                        <mml:mn>2</mml:mn>
                                    </mml:msub>
                                    <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                </mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                        </mml:math>

                        <label>(A6)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>Normalization condition for the conditional probability is give by
                    <disp-formula id="e98">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:msub>
                                <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">R</mml:mi>
                                    <mml:mn>6</mml:mn>
                                </mml:msup>
                            </mml:msub>
                            <mml:mi>P</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo>|</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi>d</mml:mi>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mn>1</mml:mn>
                        </mml:math>

                        <label>(A7)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>Inserting the relation 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e97">(A6)</xref> into the above integral, we obtain the following relation:
                    <disp-formula id="e99">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:mtable columnalign="left" displaystyle="true">
                                <mml:mtr>
                                    <mml:mtd>
                                        <mml:mspace width="1em"/>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                            <mml:msup>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">R</mml:mi>
                                                <mml:mn>6</mml:mn>
                                            </mml:msup>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mi>P</mml:mi>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:msub>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                                <mml:mn>2</mml:mn>
                                            </mml:msub>
                                            <mml:mo>|</mml:mo>
                                            <mml:msub>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                            </mml:msub>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mi>d</mml:mi>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                            <mml:mn>2</mml:mn>
                                        </mml:msub>
                                    </mml:mtd>
                                </mml:mtr>
                                <mml:mtr>
                                    <mml:mtd>
                                        <mml:mo>=</mml:mo>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                            <mml:msup>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">R</mml:mi>
                                                <mml:mn>6</mml:mn>
                                            </mml:msup>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mi>P</mml:mi>
                                            <mml:mn>1</mml:mn>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:msub>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                                <mml:mn>2</mml:mn>
                                            </mml:msub>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:mn>1</mml:mn>
                                            <mml:mo>+</mml:mo>
                                            <mml:mi>g</mml:mi>
                                            <mml:mrow>
                                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                                <mml:msub>
                                                    <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                                </mml:msub>
                                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                                <mml:msub>
                                                    <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                                </mml:msub>
                                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                            </mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mi>d</mml:mi>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                            <mml:mn>2</mml:mn>
                                        </mml:msub>
                                    </mml:mtd>
                                </mml:mtr>
                                <mml:mtr>
                                    <mml:mtd>
                                        <mml:mo>=</mml:mo>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                            <mml:msup>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">R</mml:mi>
                                                <mml:mn>6</mml:mn>
                                            </mml:msup>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mi>P</mml:mi>
                                            <mml:mn>1</mml:mn>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:msub>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                                <mml:mn>2</mml:mn>
                                            </mml:msub>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mi>d</mml:mi>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                            <mml:mn>2</mml:mn>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mo>+</mml:mo>
                                        <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mi>P</mml:mi>
                                            <mml:mn>1</mml:mn>
                                        </mml:msub>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:msub>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                                <mml:mn>2</mml:mn>
                                            </mml:msub>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mi>g</mml:mi>
                                        <mml:mrow>
                                            <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                            <mml:msub>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                                <mml:mn>1</mml:mn>
                                            </mml:msub>
                                            <mml:mo>,</mml:mo>
                                            <mml:msub>
                                                <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                                <mml:mn>2</mml:mn>
                                            </mml:msub>
                                            <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                                        </mml:mrow>
                                        <mml:mi>d</mml:mi>
                                        <mml:msub>
                                            <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                            <mml:mn>2</mml:mn>
                                        </mml:msub>
                                    </mml:mtd>
                                </mml:mtr>
                            </mml:mtable>
                        </mml:math>

                        <label>(A8)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>The first term in the last line in 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e99">(A8)</xref> equals 1 due to the normalization condition for the one-body distribution function. Thus we obtain finnaly the relation
                    <disp-formula id="e100">

                        <mml:math display="block">
                            <mml:msub>
                                <mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
                                <mml:msup>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">R</mml:mi>
                                    <mml:mn>6</mml:mn>
                                </mml:msup>
                            </mml:msub>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi>P</mml:mi>
                                <mml:mn>1</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi>g</mml:mi>
                            <mml:mrow>
                                <mml:mo stretchy="true">(</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                    <mml:mn>1</mml:mn>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo>,</mml:mo>
                                <mml:msub>
                                    <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                    <mml:mn>2</mml:mn>
                                </mml:msub>
                                <mml:mo stretchy="true">)</mml:mo>
                            </mml:mrow>
                            <mml:mi>d</mml:mi>
                            <mml:msub>
                                <mml:mi mathvariant="bold">x</mml:mi>
                                <mml:mn>2</mml:mn>
                            </mml:msub>
                            <mml:mo>=</mml:mo>
                            <mml:mn>0</mml:mn>
                        </mml:math>

                        <label>(A9)</label>
</disp-formula>
                </p>
                <p>Thus, the relation 
                    <xref ref-type="disp-formula" rid="e77">(77)</xref> holds.</p>
            </app>
        </app-group>
        <ref-list>
            <title>References</title>
            <ref id="ref1">
                <label>1</label>
                <mixed-citation publication-type="book">
                    <person-group person-group-type="author">

                        <name name-style="western">
                            <surname>Richardson</surname>
                            <given-names>LF</given-names>
                        </name>
</person-group>:
                    <source>

                        <italic toggle="yes">Weather Prediction by Numerical Process.</italic>
</source>
                    <publisher-loc>Cambridge</publisher-loc>:
                    <publisher-name>Cambridge University Press</publisher-name>;<year>1922</year>.</mixed-citation>
            </ref>
            <ref id="ref2">
                <label>2</label>
                <mixed-citation publication-type="journal">
                    <person-group person-group-type="author">

                        <name name-style="western">
                            <surname>Kolmogolov</surname>
                            <given-names>AN</given-names>
                        </name>
</person-group>:
                    <source>

                        <italic toggle="yes">Dokl. Akad. Nauk SSSR.</italic>
</source>
                    <year>1941</year>;<volume>30</volume>:<fpage>301</fpage>.</mixed-citation>
            </ref>
            <ref id="ref3">
                <label>3</label>
                <mixed-citation publication-type="journal">
                    <person-group person-group-type="author">

                        <name name-style="western">
                            <surname>Lundgren</surname>
                            <given-names>TS</given-names>
                        </name>

                        <name name-style="western">
                            <surname>Pointin</surname>
                            <given-names>YB</given-names>
                        </name>
</person-group>:
                    <source>

                        <italic toggle="yes">J. Stat. Phys.</italic>
</source>
                    <year>1977</year>;<volume>17</volume>:<fpage>323</fpage>.</mixed-citation>
            </ref>
            <ref id="ref4">
                <label>4</label>
                <mixed-citation publication-type="journal">
                    <person-group person-group-type="author">

                        <name name-style="western">
                            <surname>Tabeling</surname>
                            <given-names>P</given-names>
                        </name>
</person-group>:
                    <source>

                        <italic toggle="yes">Phys. Rep.</italic>
</source>
                    <year>2002</year>;<volume>362</volume>:<fpage>1</fpage>.</mixed-citation>
            </ref>
            <ref id="ref5">
                <label>5</label>
                <mixed-citation publication-type="book">
                    <person-group person-group-type="author">

                        <name name-style="western">
                            <surname>Davidson</surname>
                            <given-names>RC</given-names>
                        </name>
</person-group>:
                    <source>

                        <italic toggle="yes">Physics of nonneutral plasmas.</italic>
</source>
                    <publisher-loc>Reading</publisher-loc>:
                    <publisher-name>Addison-Wesley</publisher-name>;<year>1990</year>.</mixed-citation>
            </ref>
            <ref id="ref6">
                <label>6</label>
                <mixed-citation publication-type="journal">
                    <person-group person-group-type="author">

                        <name name-style="western">
                            <surname>Levy</surname>
                            <given-names>RH</given-names>
                        </name>
</person-group>:
                    <article-title>Two New Results in Cylindrical Diocotron Theory.</article-title>
                    <source>

                        <italic toggle="yes">Phys. Fluids.</italic>
</source>
                    <year>1968</year>;<volume>11</volume>:<fpage>920</fpage>&#x2013;<lpage>921</lpage>.
                    <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.1692026</pub-id>
                </mixed-citation>
            </ref>
            <ref id="ref7">
                <label>7</label>
                <mixed-citation publication-type="journal">
                    <person-group person-group-type="author">

                        <name name-style="western">
                            <surname>Briggs</surname>
                            <given-names>RJ</given-names>
                        </name>

                        <name name-style="western">
                            <surname>Daugherty</surname>
                            <given-names>JD</given-names>
                        </name>

                        <name name-style="western">
                            <surname>Levy</surname>
                            <given-names>RH</given-names>
                        </name>
</person-group>:
                    <article-title>Role of Landau Damping in Crossed-Field Electron Beams and Inviscid Shear Flow.</article-title>
                    <source>

                        <italic toggle="yes">Phys. Fluids.</italic>
</source>
                    <year>1970</year>;<volume>13</volume>:<fpage>421</fpage>&#x2013;<lpage>432</lpage>.
                    <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.1692936</pub-id>
                </mixed-citation>
            </ref>
            <ref id="ref8">
                <label>8</label>
                <mixed-citation publication-type="journal">
                    <person-group person-group-type="author">

                        <name name-style="western">
                            <surname>Driscoll</surname>
                            <given-names>CF</given-names>
                        </name>
</person-group>:
                    <article-title>Observation of an unstable l=1 diocotron mode on a hollow electron column.</article-title>
                    <source>

                        <italic toggle="yes">Phys. Rev. Lett.</italic>
</source>
                    <year>1990</year>;<volume>64</volume>:<fpage>645</fpage>&#x2013;<lpage>648</lpage>.
                    <pub-id pub-id-type="pmid">10042037</pub-id>
                </mixed-citation>
            </ref>
            <ref id="ref9">
                <label>9</label>
                <mixed-citation publication-type="journal">
                    <person-group person-group-type="author">

                        <name name-style="western">
                            <surname>Kiwamoto</surname>
                            <given-names>Y</given-names>
                        </name>

                        <name name-style="western">
                            <surname>Ito</surname>
                            <given-names>K</given-names>
                        </name>

                        <name name-style="western">
                            <surname>Sanpei</surname>
                            <given-names>A</given-names>
                        </name>

                        <etal/>
</person-group>:
                    <article-title>Dynamics of electron-plasma vortex in background vorticity distribution.</article-title>
                    <source>

                        <italic toggle="yes">Phys. Rev. Lett.</italic>
</source>
                    <year>2000</year>;<volume>85</volume>:<fpage>3173</fpage>&#x2013;<lpage>3176</lpage>.
                    <pub-id pub-id-type="pmid">11019294</pub-id>
                </mixed-citation>
            </ref>
            <ref id="ref10">
                <label>10</label>
                <mixed-citation publication-type="journal">
                    <person-group person-group-type="author">

                        <name name-style="western">
                            <surname>Sanpei</surname>
                            <given-names>A</given-names>
                        </name>

                        <name name-style="western">
                            <surname>Kiwamoto</surname>
                            <given-names>Y</given-names>
                        </name>

                        <name name-style="western">
                            <surname>Ito</surname>
                            <given-names>K</given-names>
                        </name>

                        <etal/>
</person-group>:
                    <article-title>Formation of a vortex crystal cell assisted by a background vorticity distribution.</article-title>
                    <source>

                        <italic toggle="yes">Phys. Rev. E.</italic>
</source>
                    <year>2003</year>;<volume>68</volume>:<fpage>016404</fpage>.
                    <pub-id pub-id-type="doi">10.1103/PhysRevE.68.016404</pub-id>
                </mixed-citation>
            </ref>
            <ref id="ref11">
                <label>11</label>
                <mixed-citation publication-type="journal">
                    <person-group person-group-type="author">

                        <name name-style="western">
                            <surname>Soga</surname>
                            <given-names>Y</given-names>
                        </name>

                        <name name-style="western">
                            <surname>Kiwamoto</surname>
                            <given-names>Y</given-names>
                        </name>

                        <name name-style="western">
                            <surname>Sanpei</surname>
                            <given-names>A</given-names>
                        </name>

                        <etal/>
</person-group>:
                    <article-title>Merger and binary structure formation of two discrete vortices in a background vorticity distribution of a pure electron plasma.</article-title>
                    <source>

                        <italic toggle="yes">Phys. Plasmas.</italic>
</source>
                    <year>2003</year>;<volume>10</volume>:<fpage>3922</fpage>&#x2013;<lpage>3926</lpage>.
                    <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.1611181</pub-id>
                </mixed-citation>
            </ref>
            <ref id="ref12">
                <label>12</label>
                <mixed-citation publication-type="journal">
                    <person-group person-group-type="author">

                        <name name-style="western">
                            <surname>Driscoll</surname>
                            <given-names>CF</given-names>
                        </name>

                        <name name-style="western">
                            <surname>Jin</surname>
                            <given-names>D</given-names>
                        </name>

                        <name name-style="western">
                            <surname>Schecter</surname>
                            <given-names>DA</given-names>
                        </name>

                        <etal/>
</person-group>:
                    <article-title>Vortex dynamics of 2D electron plasmas.</article-title>
                    <source>

                        <italic toggle="yes">Physica C.</italic>
</source>
                    <year>2002</year>;<volume>369</volume>:<fpage>21</fpage>&#x2013;<lpage>27</lpage>.
                    <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/S0921-4534(01)01216-3</pub-id>
                </mixed-citation>
            </ref>
            <ref id="ref13">
                <label>13</label>
                <mixed-citation publication-type="journal">
                    <person-group person-group-type="author">

                        <name name-style="western">
                            <surname>Driscoll</surname>
                            <given-names>CF</given-names>
                        </name>

                        <name name-style="western">
                            <surname>Fine</surname>
                            <given-names>KS</given-names>
                        </name>
</person-group>:
                    <article-title>Experiments on vortex dynamics in pure electron plasmas.</article-title>
                    <source>

                        <italic toggle="yes">Phys. Fluids B.</italic>
</source>
                    <year>1990</year>;<volume>2</volume>:<fpage>1359</fpage>&#x2013;<lpage>1366</lpage>.
                    <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.859556</pub-id>
                </mixed-citation>
            </ref>
            <ref id="ref14">
                <label>14</label>
                <mixed-citation publication-type="journal">
                    <person-group person-group-type="author">

                        <name name-style="western">
                            <surname>Schecter</surname>
                            <given-names>DA</given-names>
                        </name>

                        <name name-style="western">
                            <surname>Dubin</surname>
                            <given-names>DHE</given-names>
                        </name>

                        <name name-style="western">
                            <surname>Fine</surname>
                            <given-names>KS</given-names>
                        </name>

                        <etal/>
</person-group>:
                    <article-title>Vortex crystals from 2D Euler flow: Experiment and simulation.</article-title>
                    <source>

                        <italic toggle="yes">Phys. Fluids.</italic>
</source>
                    <year>1999</year>;<volume>11</volume>:<fpage>905</fpage>&#x2013;<lpage>914</lpage>.
                    <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.869961</pub-id>
                </mixed-citation>
            </ref>
            <ref id="ref15">
                <label>15</label>
                <mixed-citation publication-type="journal">
                    <person-group person-group-type="author">

                        <name name-style="western">
                            <surname>Onsager</surname>
                            <given-names>L</given-names>
                        </name>
</person-group>:
                    <source>

                        <italic toggle="yes">Nuovo Cimento Suppl.</italic>
</source>
                    <year>1949</year>;<volume>6</volume>:<fpage>279</fpage>.</mixed-citation>
            </ref>
            <ref id="ref16">
                <label>16</label>
                <mixed-citation publication-type="journal">
                    <person-group person-group-type="author">

                        <name name-style="western">
                            <surname>Eyink</surname>
                            <given-names>GL</given-names>
                        </name>

                        <name name-style="western">
                            <surname>Sreenivasan</surname>
                            <given-names>KR</given-names>
                        </name>
</person-group>:
                    <source>

                        <italic toggle="yes">Rev. Mod. Phys.</italic>
</source>
                    <year>2006</year>;<volume>78</volume>:<fpage>87</fpage>.</mixed-citation>
            </ref>
            <ref id="ref17">
                <label>17</label>
                <mixed-citation publication-type="journal">
                    <person-group person-group-type="author">

                        <name name-style="western">
                            <surname>Eyink</surname>
                            <given-names>GL</given-names>
                        </name>

                        <name name-style="western">
                            <surname>Spohn</surname>
                            <given-names>H</given-names>
                        </name>
</person-group>:
                    <source>

                        <italic toggle="yes">J. Stat. Phys.</italic>
</source>
                    <year>1993</year>;<volume>70</volume>:<fpage>833</fpage>.</mixed-citation>
            </ref>
            <ref id="ref18">
                <label>18</label>
                <mixed-citation publication-type="journal">
                    <person-group person-group-type="author">

                        <name name-style="western">
                            <surname>Joyce</surname>
                            <given-names>G</given-names>
                        </name>

                        <name name-style="western">
                            <surname>Montgomery</surname>
                            <given-names>D</given-names>
                        </name>
</person-group>:
                    <source>

                        <italic toggle="yes">Aust. J. Plant Physiol.</italic>
</source>
                    <year>1973</year>;<volume>10</volume>:<fpage>107</fpage>.</mixed-citation>
            </ref>
            <ref id="ref19">
                <label>19</label>
                <mixed-citation publication-type="journal">
                    <person-group person-group-type="author">

                        <name name-style="western">
                            <surname>Montgomery</surname>
                            <given-names>D</given-names>
                        </name>

                        <name name-style="western">
                            <surname>Joyce</surname>
                            <given-names>G</given-names>
                        </name>
</person-group>:
                    <article-title>Statistical mechanics of &#x201c;negative temperature&#x201d; states.</article-title>
                    <source>

                        <italic toggle="yes">Phys. Fluids.</italic>
</source>
                    <year>1974</year>;<volume>17</volume>:<fpage>1139</fpage>&#x2013;<lpage>1145</lpage>.
                    <pub-id pub-id-type="doi">10.1063/1.1694856</pub-id>
                </mixed-citation>
            </ref>
            <ref id="ref20">
                <label>20</label>
                <mixed-citation publication-type="journal">
                    <person-group person-group-type="author">

                        <name name-style="western">
                            <surname>Yatsuyanagi</surname>
                            <given-names>Y</given-names>
                        </name>

                        <name name-style="western">
                            <surname>Kiwamoto</surname>
                            <given-names>Y</given-names>
                        </name>

                        <name name-style="western">
                            <surname>Tomita</surname>
                            <given-names>H</given-names>
                        </name>

                        <etal/>
</person-group>:
                    <article-title>Dynamics of two-sign point vortices in positive and negative temperature states.</article-title>
                    <source>

                        <italic toggle="yes">Phys. Rev. Lett.</italic>
</source>
                    <year>2005</year>;<volume>94</volume>:<fpage>054502</fpage>.
                    <pub-id pub-id-type="pmid">15783647</pub-id>
                </mixed-citation>
            </ref>
            <ref id="ref21">
                <label>21</label>
                <mixed-citation publication-type="journal">
                    <person-group person-group-type="author">

                        <name name-style="western">
                            <surname>Yatsuyanagi</surname>
                            <given-names>Y</given-names>
                        </name>

                        <name name-style="western">
                            <surname>Hatori</surname>
                            <given-names>T</given-names>
                        </name>

                        <name name-style="western">
                            <surname>Chavanis</surname>
                            <given-names>PH</given-names>
                        </name>
</person-group>:
                    <source>

                        <italic toggle="yes">J. Phys. Soc. Jpn.</italic>
</source>
                    <year>2015</year>;<volume>84</volume>:<fpage>014402</fpage>.</mixed-citation>
            </ref>
            <ref id="ref22">
                <label>22</label>
                <mixed-citation publication-type="journal">
                    <person-group person-group-type="author">

                        <name name-style="western">
                            <surname>Yatsuyanagi</surname>
                            <given-names>Y</given-names>
                        </name>

                        <name name-style="western">
                            <surname>Hatori</surname>
                            <given-names>T</given-names>
                        </name>
</person-group>:
                    <source>

                        <italic toggle="yes">Fluid Dyn. Res.</italic>
</source>
                    <year>2015</year>;<volume>47</volume>:<fpage>065506</fpage>.</mixed-citation>
            </ref>
            <ref id="ref23">
                <label>23</label>
                <mixed-citation publication-type="journal">
                    <person-group person-group-type="author">

                        <name name-style="western">
                            <surname>Sanpei</surname>
                            <given-names>A</given-names>
                        </name>

                        <name name-style="western">
                            <surname>Kiwamoto</surname>
                            <given-names>Y</given-names>
                        </name>

                        <name name-style="western">
                            <surname>Ito</surname>
                            <given-names>K</given-names>
                        </name>
</person-group>:
                    <source>

                        <italic toggle="yes">J. Phys. Soc. Jpn.</italic>
</source>
                    <year>2001</year>;<volume>70</volume>:<fpage>2813</fpage>.</mixed-citation>
            </ref>
            <ref id="ref24">
                <label>24</label>
                <mixed-citation publication-type="book">
                    <person-group person-group-type="author">

                        <name name-style="western">
                            <surname>Kiwamoto</surname>
                            <given-names>Y</given-names>
                        </name>

                        <name name-style="western">
                            <surname>Mohri</surname>
                            <given-names>A</given-names>
                        </name>

                        <name name-style="western">
                            <surname>Ito</surname>
                            <given-names>K</given-names>
                        </name>

                        <etal/>
</person-group>:
                    <chapter-title>Yuyama.</chapter-title>
                    <source>

                        <italic toggle="yes">Non-neutral Plasma Physics.</italic>
</source>
                    <publisher-name>AIP</publisher-name>;<year>1999</year>;<volume>III</volume>: pp.<fpage>99</fpage>&#x2013;<lpage>105</lpage>.</mixed-citation>
            </ref>
            <ref id="ref25">
                <label>25</label>
                <mixed-citation publication-type="journal">
                    <person-group person-group-type="author">

                        <name name-style="western">
                            <surname>Kiwamoto</surname>
                            <given-names>Y</given-names>
                        </name>

                        <name name-style="western">
                            <surname>Ito</surname>
                            <given-names>K</given-names>
                        </name>

                        <name name-style="western">
                            <surname>Sanpei</surname>
                            <given-names>A</given-names>
                        </name>

                        <etal/>
</person-group>:
                    <source>

                        <italic toggle="yes">J. Phys. Soc. Jpn.</italic>
</source>
                    <year>1999</year>;<volume>85</volume>:<fpage>3173</fpage>.</mixed-citation>
            </ref>
            <ref id="ref26">
                <label>26</label>
                <mixed-citation publication-type="book">
                    <person-group person-group-type="author">

                        <name name-style="western">
                            <surname>Bellac</surname>
                            <given-names>ML</given-names>
                        </name>

                        <name name-style="western">
                            <surname>Mortessagne</surname>
                            <given-names>F</given-names>
                        </name>

                        <name name-style="western">
                            <surname>Batrouni</surname>
                            <given-names>GG</given-names>
                        </name>
</person-group>:
                    <source>

                        <italic toggle="yes">Equilibrium and non-equilibrium statistical thermodynamics.</italic>
</source>
                    <publisher-loc>Cambridge</publisher-loc>:
                    <publisher-name>Cambridge University</publisher-name>;<year>2004</year>. Chap. 9.1 and A.6.</mixed-citation>
            </ref>
            <ref id="ref27">
                <label>27</label>
                <mixed-citation publication-type="book">
                    <person-group person-group-type="author">

                        <name name-style="western">
                            <surname>Thompson</surname>
                            <given-names>CJ</given-names>
                        </name>
</person-group>:
                    <source>

                        <italic toggle="yes">Classical Equilibrium Statistical Mechanics.</italic>
</source>
                    <publisher-loc>Oxfird</publisher-loc>:
                    <publisher-name>Clarendon Press</publisher-name>;<year>1988</year>.</mixed-citation>
            </ref>
            <ref id="ref28">
                <label>28</label>
                <mixed-citation publication-type="book">
                    <person-group person-group-type="author">

                        <name name-style="western">
                            <surname>Stanley</surname>
                            <given-names>HE</given-names>
                        </name>
</person-group>:
                    <source>

                        <italic toggle="yes">Introduction to Phase Transitions and Critical Phenomena.</italic>
</source>
                    <publisher-loc>Oxfird</publisher-loc>:
                    <publisher-name>Oxford University</publisher-name>;<year>1992</year>.</mixed-citation>
            </ref>
            <ref id="ref29">
                <label>29</label>
                <mixed-citation publication-type="journal">
                    <person-group person-group-type="author">

                        <name name-style="western">
                            <surname>Chen</surname>
                            <given-names>W</given-names>
                        </name>

                        <name name-style="western">
                            <surname>Li</surname>
                            <given-names>C</given-names>
                        </name>
</person-group>:
                    <source>

                        <italic toggle="yes">Duke Math. J.</italic>
</source>
                    <year>1991</year>;<volume>63</volume>:<fpage>615</fpage>.</mixed-citation>
            </ref>
            <ref id="ref30">
                <label>30</label>
                <mixed-citation publication-type="journal">
                    <person-group person-group-type="author">

                        <name name-style="western">
                            <surname>Prajapat</surname>
                            <given-names>J</given-names>
                        </name>

                        <name name-style="western">
                            <surname>Tarantello</surname>
                            <given-names>G</given-names>
                        </name>
</person-group>:
                    <article-title>On a class of elliptic problems in R2: symmetry and uniqueness results.</article-title>
                    <source>

                        <italic toggle="yes">Proc. R. Soc. Edinburgh A.</italic>
</source>
                    <year>2001</year>;<volume>131</volume>:<fpage>967</fpage>&#x2013;<lpage>985</lpage>.
                    <pub-id pub-id-type="doi">10.1017/S0308210500001219</pub-id>
                </mixed-citation>
            </ref>
            <ref id="ref31">
                <label>31</label>
                <mixed-citation publication-type="data">
                    <person-group person-group-type="author">

                        <name name-style="western">
                            <surname>Sanpei</surname>
                            <given-names>A</given-names>
                        </name>
</person-group>:
                    <data-title>Experimental data on&#x201d;Analytical Derivation of Correlation Function for Vorticity-Depleted Regions Formed Around Strong Vortex&#x201d;.</data-title>[Dataset].
                    <publisher-name>Kanazawa University Repository for Academic Resources (KURA)</publisher-name>;<year>2024</year>.
                    <pub-id pub-id-type="doi">10.24517/0002003728</pub-id>
                </mixed-citation>
            </ref>
        </ref-list>
    </back>
</article>
