About this Journal Submit a Manuscript Table of Contents
ISRN Mathematical Analysis
Volumeย 2012ย (2012), Article IDย 634316, 9 pages
doi:10.5402/2012/634316
Research Article

On Maximum Principles for ๐‘š -Metaharmonic Equations

Department of Mathematics and Computer Science, Pennsylvania State University, Middletown, PA 17057, USA

Received 27 November 2011; Accepted 29 December 2011

Academic Editor: E.ย Beretta

Copyright ยฉ 2012 A. Mareno. This is an open access article distributed under the Creative Commons Attribution License, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

Abstract

We study homogeneous linear elliptic partial differential equations of even order. Several maximum principle results are deduced for such equations as well as a priori bounds for certain boundary value problems.

1. Introduction

The ๐‘ƒ -function technique for obtaining subharmonic functions defined on the solution of certain partial differential equations of order โ‰ฅ 4 is well established. In [1] Miranda shows that the functional ๐‘ƒ = ๐‘ข , ๐‘– ๐‘ข , ๐‘– โˆ’ ๐‘ข ฮ” ๐‘ข is subharmonic where ๐‘ข is a solution to the biharmonic equation ฮ” 2 ๐‘ข = 0 . Later, in [2], Payne uses functionals containing the square of the second gradient of the solution to semilinear equations of the form ฮ” 2 ๐‘ข = ๐‘“ ( ๐‘ข ) ( 1 . 1 ) to deduce integral bounds on ( ฮ” ๐‘ข ) 2 .

Other works such as [3, 4] develop maximum principle results for the sixth-order equations of the form ฮ” 3 ๐‘ข โˆ’ ๐‘Ž ฮ” 2 ๐‘ข + ๐‘ ฮ” ๐‘ข โˆ’ ๐‘ ๐‘ข = 0 ( 1 . 2 ) with constant coefficients. In [5, 6], ๐‘ƒ -functions containing the squares of terms of the form ฮ” ๐‘– ๐‘ข are used to obtain a priori that bounds for solutions to the constant coefficient ๐‘š -metaharmonic equation ฮ” ๐‘š ๐‘ข + ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 1 ฮ” ๐‘š โˆ’ 1 ๐‘ข + โ‹… โ‹… โ‹… + ๐‘Ž 0 ๐‘ข = 0 . ( 1 . 3 )

Most recently the authors in [7] obtain maximum principles results for the more general variable coefficient ๐‘š -metaharmonic equation ฮ” ๐‘š ๐‘ข โˆ’ ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 1 ( ๐‘ฅ ) ฮ” ๐‘š โˆ’ 1 ๐‘ข + ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 2 ( ๐‘ฅ ) ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข โˆ’ โ‹… โ‹… โ‹… + ( โˆ’ 1 ) ๐‘š ๐‘Ž 0 ( ๐‘ฅ ) ๐‘ข = 0 ( 1 . 4 ) using ๐‘ƒ -functions containing terms of the form ( ฮ” ๐‘– ๐‘ข ) 2 . For three special cases, namely, when ๐‘š = 3 , ๐‘š = 4 , and when (1.4) reduces to the equation ฮ” ๐‘š ๐‘ข = 0 for any integer ๐‘š โ‰ฅ 2 , a more complicated class of ๐‘ƒ -functions containing the squares of certain gradient terms is used. An open question arising from [7] is whether maximum principle results for (1.4) can be obtained for say any integer ๐‘š > 4 for the latter class of ๐‘ƒ -functions. In this work, we establish such results by requiring that certain bounds and differential inequalities for the the coefficient functions ๐‘Ž 0 ( ๐‘ฅ ) , โ€ฆ , ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 2 ( ๐‘ฅ ) hold. Then we obtain integral bounds on various gradient terms.

2. Assumptions and Results

Throughout this work we assume that ฮฉ is a bounded domain in ๐‘ ๐ง whose boundary ๐œ• ฮฉ is sufficiently smooth, that the integer ๐‘› โ‰ฅ 2 is even (without loss of generality), and that the integer ๐‘š > 4 . We identify the products of the first, second, and third gradients of the functions ๐‘ฃ and ๐‘ค as follows: ๐‘ฃ , ๐‘– ๐‘ค , ๐‘– โ‰ก โˆ‡ ๐‘ฃ โ‹… โˆ‡ ๐‘ค , ๐‘ฃ , ๐‘– ๐‘— ๐‘ค , ๐‘– ๐‘— โ‰ก โˆ‡ 2 ๐‘ฃ โˆถ โˆ‡ 2 ๐‘ค , ๐‘ฃ , ๐‘– ๐‘— ๐‘˜ ๐‘ค , ๐‘– ๐‘— ๐‘˜ โ‰ก โˆ‡ 3 ๐‘ฃ โ‹ฎ โˆ‡ 3 ๐‘ค , ( 2 . 1 ) where the commas denote partial differentiation.

For functions ๐‘Ž ๐‘– ( ๐‘ฅ ) โˆˆ ๐ถ 2 ( ฮฉ ) we impose the boundedness conditions ๐‘š โˆ’ 3 ๎“ ๐‘– = 0 ๐‘Ž 2 ๐‘– โ‰ค ๐›ฝ , ๐‘š โˆ’ 1 ๎“ ๐‘– = 0 โˆ‡ ๐‘Ž ๐‘– โ‹… โˆ‡ ๐‘Ž ๐‘– โ‰ค ๐›พ , ( 2 . 2 ) for constants ๐›พ โ‰ฅ 0 , ๐›ฝ > 0 .

Finally, ฮ” denotes the Laplace operator, ฮ” ๐‘š โ‰ก ฮ” ( ฮ” ๐‘š โˆ’ 1 ) , and ฮ” 0 โ‰ก ๐ผ .

Now we derive two general maximum principle results for (1.4).

Theorem 2.1. Suppose that ๐‘ข โˆˆ ๐ถ 2 ๐‘š + 1 ( ฮฉ ) โˆฉ ๐ถ 2 ๐‘š โˆ’ 1 ( ฮฉ ) is a solution of (1.4). Furthermore for ๐‘› > 4 one defines ๐‘ƒ = โˆ‡ 2 ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ โ‹… โˆ‡ 2 ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ ๎€ท ฮ” โˆ’ โˆ‡ ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ ๎€ท ฮ” โ‹… โˆ‡ m โˆ’ 1 ๐‘ข ๎€ธ + ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 1 2 โˆ‡ ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ ๎€ท ฮ” โ‹… โˆ‡ ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ + ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 3 2 โˆ‡ ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 3 ๐‘ข ๎€ธ ๎€ท ฮ” โ‹… โˆ‡ ๐‘š โˆ’ 3 ๐‘ข ๎€ธ + ๐‘š โˆ’ 2 ๎“ ๐‘– = 0 ๐œ™ ๐‘– ( ฮ” ๐‘– ๐‘ข ) 2 + ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 2 ๎‚€ ๐‘› โˆ’ 4 ๎‚ ๐‘› + 2 ( ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ) 2 โˆ’ ( 4 โˆ’ ๐‘› ) 2 ( ๐‘› + 2 ) ( ฮ” ๐‘š โˆ’ 1 ๐‘ข ) 2 , ( 2 . 3 ) where the functions ๐œ™ 0 ( ๐‘ฅ ) , โ€ฆ , ๐œ™ ๐‘š โˆ’ 2 ( ๐‘ฅ ) โˆˆ ๐ถ 2 ( ฮฉ ) โˆฉ ๐ถ 0 ( ฮฉ ) satisfy โˆ‘ ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘– = 0 ๐œ™ 2 ๐‘– + 1 โ‰ค ๐›ผ for some positive constant ๐›ผ .
Additionally, one imposes the conditions ๐œ™ ๐‘– โ‰ฅ ๐›ฝ 2 ๐‘Ž ( ๐‘– = 0 , โ€ฆ , ๐‘š โˆ’ 2 ) , ๐‘š โˆ’ 2 ๎‚€ ๐‘Ž โ‰ฅ 1 , ๐‘š โˆ’ 1 โˆ’ 1 2 ๎‚ โ‰ฅ ๐›พ 2 ๎‚€ ๐‘› + 2 ๎‚ , ๐‘› โˆ’ 4 ฮ” ๐‘Ž ๐‘– 2 โˆ’ โˆ‡ ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ ๐‘– โ‹… โˆ‡ ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ ๐‘– ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ ๐‘– โ‰ฅ 0 ( ๐‘– = 1 , 3 ) , ฮ” ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 2 โˆ’ 4 โˆ‡ ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 2 โ‹… โˆ‡ ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 2 โ‰ฅ 0 , ฮ” ๐œ™ ๐‘– 3 ๎‚ป ๐›ฝ โ‰ฅ m a x 2 ๎‚€ ๐‘› โˆ’ 4 ๎‚ + ๐›พ ๐‘› + 2 2 , ๐›ผ , 4 โˆ‡ ๐œ™ ๐‘– โ‹… โˆ‡ ๐œ™ ๐‘– ๐œ™ ๐‘– ๎‚ผ ( ๐‘– = 0 , โ€ฆ , ๐‘š โˆ’ 2 ) . ( 2 . 4 )
Then, ๐‘ƒ is subharmonic in ฮฉ .

Proof. A straightforward calculation yields ฮ” ๐‘ƒ = 2 โˆ‡ 3 ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ โ‹ฎ โˆ‡ 3 ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ โˆ’ ๎‚€ 6 ๎‚ โˆ‡ ๎€ท ฮ” ๐‘› + 2 ๐‘š โˆ’ 1 ๐‘ข ๎€ธ ๎€ท ฮ” โ‹… โˆ‡ ๐‘š โˆ’ 1 ๐‘ข ๎€ธ ๎€ท ฮ” โˆ’ โˆ‡ ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ โ‹… โˆ‡ ( ฮ” ๐‘š ๎‚€ ๐‘ข ) โˆ’ 4 โˆ’ ๐‘› ๎‚ ฮ” ๐‘› + 2 ๐‘š โˆ’ 1 ๐‘ข ฮ” ๐‘š ๐‘ข + ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 1 โˆ‡ 2 ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ โˆถ โˆ‡ 2 ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ + ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 1 โˆ‡ ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ ๎€ท ฮ” โ‹… โˆ‡ ๐‘š โˆ’ 1 ๐‘ข ๎€ธ + ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 3 โˆ‡ 2 ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 3 ๐‘ข ๎€ธ โˆถ โˆ‡ 2 ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 3 ๐‘ข ๎€ธ + ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 3 โˆ‡ ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 3 ๐‘ข ๎€ธ ๎€ท ฮ” โ‹… โˆ‡ ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ + ๐‘š โˆ’ 2 ๎“ ๐‘– = 0 ๎‚€ ฮ” ๐œ™ ๐‘– ๎€ท ฮ” ๐‘– ๐‘ข ๎€ธ 2 ๎€ท ๐œ™ + 4 โˆ‡ ๐‘– ๎€ธ ๎€ท ฮ” โ‹… โˆ‡ ๐‘– ๐‘ข ๎€ธ ฮ” ๐‘– ๐‘ข + 2 ๐œ™ ๐‘– โˆ‡ ๎€ท ฮ” ๐‘– ๐‘ข ๎€ธ ๎€ท ฮ” โ‹… โˆ‡ ๐‘– ๐‘ข ๎€ธ ๎‚ + ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 2 ๎‚€ ๐‘› โˆ’ 4 ๎‚ ๎€บ โˆ‡ ๎€ท ฮ” ๐‘› + 2 ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ ๎€ท ฮ” โ‹… โˆ‡ ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ + ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ฮ” ๐‘š โˆ’ 1 ๐‘ข ๎€ป + ๎‚€ ๐‘› โˆ’ 4 ๎‚ ๐‘› + 2 ฮ” ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 2 ( ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ) 2 ๎‚€ + 4 ๐‘› โˆ’ 4 ๎‚ ๐‘› + 2 โˆ‡ ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 2 ๎€ท ฮ” โ‹… โˆ‡ ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข + 1 2 ฮ” ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 1 โˆ‡ ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ ๎€ท ฮ” โ‹… โˆ‡ ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ + 1 2 ฮ” ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 3 โˆ‡ ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 3 ๐‘ข ๎€ธ ๎€ท ฮ” โ‹… โˆ‡ ๐‘š โˆ’ 3 ๐‘ข ๎€ธ + 2 โˆ‡ ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 1 โˆ‡ ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ โˆถ โˆ‡ 2 ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ + 2 โˆ‡ ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 3 โˆ‡ ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 3 ๐‘ข ๎€ธ โˆถ โˆ‡ 2 ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 3 ๐‘ข ๎€ธ + ๐‘š โˆ’ 2 ๎“ ๐‘– = 0 2 ๐œ™ ๐‘– ฮ” ๐‘– ๐‘ข ฮ” ๐‘– + 1 ๐‘ข . ( 2 . 5 ) Using the well-known inequality (see [2]) โˆ‡ 3 ๐‘ค โ‹ฎ โˆ‡ 3 3 ๐‘ค โ‰ฅ ๐‘› + 2 โˆ‡ ( ฮ” ๐‘ค ) โ‹… โˆ‡ ( ฮ” ๐‘ค ) , f o r a l l f u n c t i o n s ๐‘ค โˆˆ ๐ถ 3 ( ฮฉ ) , ( 2 . 6 ) and (1.4) we deduce the inequality ๎€ท ฮ” ฮ” ๐‘ƒ โ‰ฅ โˆ’ โˆ‡ ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ โ‹… ๎ƒฌ ๐‘š โˆ’ 1 ๎“ ๐‘– = 0 ( โˆ’ 1 ) ๐‘– + 1 โˆ‡ ๎€ท ๐‘Ž ๐‘– ๎€ธ ฮ” ๐‘– ๐‘ข + ๐‘š โˆ’ 1 ๎“ ๐‘– = 0 ( โˆ’ 1 ) ๐‘– + 1 ๐‘Ž ๐‘– โˆ‡ ๎€ท ฮ” ๐‘– ๐‘ข ๎€ธ ๎ƒญ + ๎‚€ ๐‘› โˆ’ 4 ๎‚ ฮ” ๐‘› + 2 ๐‘š โˆ’ 1 ๐‘ข ๎ƒฌ ๐‘š โˆ’ 1 ๎“ ๐‘– = 0 ( โˆ’ 1 ) ๐‘– + 1 ๐‘Ž ๐‘– ฮ” ๐‘– ๐‘ข ๎ƒญ + ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 1 โˆ‡ 2 ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ โˆถ โˆ‡ 2 ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ + ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 1 โˆ‡ ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ ๎€ท ฮ” โ‹… โˆ‡ ๐‘š โˆ’ 1 ๐‘ข ๎€ธ + ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 3 โˆ‡ 2 ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 3 ๐‘ข ๎€ธ โˆถ โˆ‡ 2 ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 3 ๐‘ข ๎€ธ + ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 3 โˆ‡ ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 3 ๐‘ข ๎€ธ ๎€ท ฮ” โ‹… โˆ‡ ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ + ๐‘š โˆ’ 2 ๎“ ๐‘– = 0 ๎‚€ ฮ” ๐œ™ ๐‘– ( ฮ” ๐‘– ๐‘ข ) 2 ๎€ท ๐œ™ + 4 โˆ‡ ๐‘– ๎€ธ ๎€ท ฮ” โ‹… โˆ‡ ๐‘– ๐‘ข ๎€ธ ฮ” ๐‘– ๐‘ข + 2 ๐œ™ ๐‘– โˆ‡ ๎€ท ฮ” ๐‘– ๐‘ข ๎€ธ ๎€ท ฮ” โ‹… โˆ‡ ๐‘– ๐‘ข ๎€ธ ๎‚ + ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 2 ๎‚€ ๐‘› โˆ’ 4 ๎‚ ๎€บ โˆ‡ ๎€ท ฮ” ๐‘› + 2 ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ ๎€ท ฮ” โ‹… โˆ‡ ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ + ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ฮ” ๐‘š โˆ’ 1 ๐‘ข ๎€ป + ๎‚€ ๐‘› โˆ’ 4 ๎‚ ๐‘› + 2 ฮ” ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 2 ( ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ) 2 ๎‚€ + 4 ๐‘› โˆ’ 4 ๎‚ ๐‘› + 2 โˆ‡ ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 2 ๎€ท ฮ” โ‹… โˆ‡ ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข + 1 2 ฮ” ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 1 โˆ‡ ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ ๎€ท ฮ” โ‹… โˆ‡ ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ + 1 2 ฮ” ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 3 โˆ‡ ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 3 ๐‘ข ๎€ธ ๎€ท ฮ” โ‹… โˆ‡ ๐‘š โˆ’ 3 ๐‘ข ๎€ธ + 2 โˆ‡ ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 1 โˆ‡ ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ โˆถ โˆ‡ 2 ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ + 2 โˆ‡ ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 3 โˆ‡ ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 3 ๐‘ข ๎€ธ โˆถ โˆ‡ 2 ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 3 ๐‘ข ๎€ธ + ๐‘š โˆ’ 2 ๎“ ๐‘– = 0 2 ๐œ™ ๐‘– ฮ” ๐‘– ๐‘ข ฮ” ๐‘– + 1 ๐‘ข . ( 2 . 7 ) The right side of (2.7) is = ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 2 ๎‚€ 1 + ๐‘› โˆ’ 4 ๎‚ โˆ‡ ๎€ท ฮ” ๐‘› + 2 ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ ๎€ท ฮ” โ‹… โˆ‡ ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ + ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 1 ๎‚€ ๐‘› โˆ’ 4 ๎‚ ๎€ท ฮ” ๐‘› + 2 ๐‘š โˆ’ 1 ๐‘ข ๎€ธ 2 + ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 1 โˆ‡ 2 ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ โˆถ โˆ‡ 2 ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ + ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 3 โˆ‡ 2 ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 3 ๐‘ข ๎€ธ โˆถ โˆ‡ 2 ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 3 ๐‘ข ๎€ธ + ๐‘š โˆ’ 2 ๎“ ๐‘– = 0 ๎‚€ ฮ” ๐œ™ ๐‘– ๎€ท ฮ” ๐‘– ๐‘ข ๎€ธ 2 ๎€ท ๐œ™ + 4 โˆ‡ ๐‘– ๎€ธ ๎€ท ฮ” โ‹… โˆ‡ ๐‘– ๐‘ข ๎€ธ ฮ” ๐‘– ๐‘ข + 2 ๐œ™ ๐‘– โˆ‡ ๎€ท ฮ” ๐‘– ๐‘ข ๎€ธ ๎€ท ฮ” โ‹… โˆ‡ ๐‘– ๐‘ข ๎€ธ ๎‚ + ๎‚€ ๐‘› โˆ’ 4 ๎‚ ฮ” ๐‘› + 2 ๐‘š โˆ’ 1 ๐‘ข ๐‘š โˆ’ 3 ๎“ ๐‘– = 0 ( โˆ’ 1 ) ๐‘– + 1 ๐‘Ž ๐‘– ฮ” ๐‘– ๎€ท ฮ” ๐‘ข โˆ’ โˆ‡ ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ โ‹… ๐‘š โˆ’ 1 ๎“ ๐‘– = 0 ( โˆ’ 1 ) ๐‘– + 1 โˆ‡ ๎€ท ๐‘Ž ๐‘– ๎€ธ ฮ” ๐‘– ๐‘ข + ๎‚€ ๐‘› โˆ’ 4 ๎‚ ๐‘› + 2 ฮ” ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 2 ( ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ) 2 ๎‚€ + 4 ๐‘› โˆ’ 4 ๎‚ ๐‘› + 2 โˆ‡ ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 2 ๎€ท ฮ” โ‹… โˆ‡ ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข + 1 2 ฮ” ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 1 โˆ‡ ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ ๎€ท ฮ” โ‹… โˆ‡ ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ + 1 2 ฮ” ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 3 โˆ‡ ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 3 ๐‘ข ๎€ธ ๎€ท ฮ” โ‹… โˆ‡ ๐‘š โˆ’ 3 ๐‘ข ๎€ธ + 2 โˆ‡ ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 1 โˆ‡ ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ โˆถ โˆ‡ 2 ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ + 2 โˆ‡ ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 3 โˆ‡ ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 3 ๐‘ข ๎€ธ โˆถ โˆ‡ 2 ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 3 ๐‘ข ๎€ธ ๎€ท ฮ” โˆ’ โˆ‡ ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ โ‹… ๐‘š โˆ’ 4 ๎“ ๐‘– = 0 ( โˆ’ 1 ) ๐‘– + 1 ๐‘Ž ๐‘– โˆ‡ ๎€ท ฮ” ๐‘– ๐‘ข ๎€ธ + ๐‘š โˆ’ 2 ๎“ ๐‘– = 0 2 ๐œ™ ๐‘– ฮ” ๐‘– ๐‘ข ฮ” ๐‘– + 1 ๐‘ข . ( 2 . 8 ) Subsequently, we obtain ๎‚ƒ ๐‘Ž ฮ” ๐‘ƒ โ‰ฅ ๐‘š โˆ’ 2 ๎‚€ 1 + ๐‘› โˆ’ 4 ๎‚ ๎‚„ โˆ‡ ๎€ท ฮ” ๐‘› + 2 โˆ’ 1 ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ ๎€ท ฮ” โ‹… โˆ‡ ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ + ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 1 โˆ‡ 2 ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ โˆถ โˆ‡ 2 ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ + ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 3 โˆ‡ 2 ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 3 ๐‘ข ๎€ธ โˆถ โˆ‡ 2 ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 3 ๐‘ข ๎€ธ + ๎‚ƒ ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 1 โˆ’ 1 2 ๎‚„ ๎‚€ ๐‘› โˆ’ 4 ๎‚ ๐‘› + 2 ( ฮ” ๐‘š โˆ’ 1 ๐‘ข ) 2 โˆ’ 1 2 ๎ƒฉ ๐‘š โˆ’ 1 ๎“ ๐‘– = 0 ( โˆ’ 1 ) ๐‘– + 1 โˆ‡ ๎€ท ๐‘Ž ๐‘– ๎€ธ ฮ” ๐‘– ๐‘ข ๎ƒช 2 โˆ’ 1 2 ๎‚ƒ ๐‘› โˆ’ 4 ๎‚„ ๎ƒฉ ๐‘› + 2 ๐‘š โˆ’ 3 ๎“ ๐‘– = 0 ( โˆ’ 1 ) ๐‘– + 1 ๐‘Ž ๐‘– ๎€ท ฮ” ๐‘– ๐‘ข ๎€ธ ๎ƒช 2 โˆ’ 1 2 ๎ƒฉ ๐‘š โˆ’ 4 ๎“ ๐‘– = 0 ( โˆ’ 1 ) ๐‘– + 1 ๐‘Ž ๐‘– โˆ‡ ๎€ท ฮ” ๐‘– ๐‘ข ๎€ธ ๎ƒช 2 + ๐‘š โˆ’ 2 ๎“ ๐‘– = 0 ฮ” ๐œ™ ๐‘– ๎€ท ฮ” ๐‘– ๐‘ข ๎€ธ 2 ๎€ท ๐œ™ + 4 โˆ‡ ๐‘– ๎€ธ ๎€ท ฮ” โ‹… โˆ‡ ๐‘– ๐‘ข ๎€ธ ฮ” ๐‘– ๐‘ข + 2 ๐œ™ ๐‘– โˆ‡ ๎€ท ฮ” ๐‘– ๐‘ข ๎€ธ ๎€ท ฮ” โ‹… โˆ‡ ๐‘– ๐‘ข ๎€ธ + ๎‚€ ๐‘› โˆ’ 4 ๎‚ ๐‘› + 2 ฮ” ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 2 ( ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ) 2 ๎‚€ + 4 ๐‘› โˆ’ 4 ๎‚ ๐‘› + 2 โˆ‡ ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 2 ๎€ท ฮ” โ‹… โˆ‡ ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข + 1 2 ฮ” ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 1 โˆ‡ ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ ๎€ท ฮ” โ‹… โˆ‡ ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ + 1 2 ฮ” ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 3 โˆ‡ ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 3 ๐‘ข ๎€ธ ๎€ท ฮ” โ‹… โˆ‡ ๐‘š โˆ’ 3 ๐‘ข ๎€ธ + 2 โˆ‡ ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 1 โˆ‡ ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ โˆถ โˆ‡ 2 ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ + 2 โˆ‡ ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 3 โˆ‡ ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 3 ๐‘ข ๎€ธ โˆถ โˆ‡ 2 ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 3 ๐‘ข ๎€ธ + ๐‘š โˆ’ 2 ๎“ ๐‘– = 0 2 ๐œ™ ๐‘– ฮ” ๐‘– ๐‘ข ฮ” ๐‘– + 1 ๐‘ข . ( 2 . 9 ) We now state a series of inequalities to demonstrate that ฮ” ๐‘ƒ โ‰ฅ 0 . First we note ๐‘š โˆ’ 2 ๎“ ๐‘– = 0 2 ๐œ™ ๐‘– ฮ” ๐‘– ๐‘ข ฮ” ๐‘– + 1 ๎ƒฉ ๐‘ข โ‰ฅ โˆ’ ๐‘š โˆ’ 2 ๎“ ๐‘– = 0 ๎€ท ๐œ™ ๐‘– ๎€ธ 2 ๎ƒช + 1 ๐‘š โˆ’ 2 ๎“ ๐‘– = 0 ( ฮ” ๐‘– ๐‘ข ) 2 . ( 2 . 1 0 ) Similarly, we obtain โˆ’ 1 2 ๎ƒฉ ๐‘š โˆ’ 1 ๎“ ๐‘– = 0 ( โˆ’ 1 ) ๐‘– + 1 โˆ‡ ๎€ท ๐‘Ž ๐‘– ๎€ธ ฮ” ๐‘– ๐‘ข ๎ƒช 2 1 โ‰ฅ โˆ’ 2 ๎ƒฉ ๐‘š โˆ’ 1 ๎“ ๐‘– = 0 ๎€บ โˆ‡ ๎€ท ๐‘Ž ๐‘– ๎€ธ ๎€ท ๐‘Ž โ‹… โˆ‡ ๐‘– ๎ƒช ๎€ธ ๎€ป ( ฮ” ๐‘š โˆ’ 1 ๐‘ข ) 2 โˆ’ 1 2 ๎ƒฉ ๐‘š โˆ’ 1 ๎“ ๐‘– = 0 ๎€บ โˆ‡ ๎€ท ๐‘Ž ๐‘– ๎€ธ ๎€ท ๐‘Ž โ‹… โˆ‡ ๐‘– ๎ƒช ๎€ธ ๎€ป ๐‘š โˆ’ 2 ๎“ ๐‘– = 0 ฮ” ๐‘– ๐‘ข ฮ” ๐‘– ๐‘ข , ( 2 . 1 1 ) โˆ’ 1 2 ๎‚ƒ ๐‘› โˆ’ 4 ๎‚„ ๎ƒฉ ๐‘› + 2 ๐‘š โˆ’ 3 ๎“ ๐‘– = 0 ( โˆ’ 1 ) ๐‘– + 1 a ๐‘– ฮ” ๐‘– ๐‘ข ๎ƒช 2 1 โ‰ฅ โˆ’ 2 ๎‚ƒ ๐‘› โˆ’ 4 ๎‚„ ๐‘› + 2 ๐‘š โˆ’ 3 ๎“ ๐‘– = 0 ๐‘Ž 2 ๐‘– ๐‘š โˆ’ 3 ๎“ ๐‘– = 0 ( ฮ” ๐‘– ๐‘ข ) 2 , ( 2 . 1 2 ) โˆ’ 1 2 ๎ƒฉ ๐‘š โˆ’ 4 ๎“ ๐‘– = 0 ( โˆ’ 1 ) ๐‘– + 1 ๐‘Ž ๐‘– โˆ‡ ๎€ท ฮ” ๐‘– ๐‘ข ๎€ธ ๎ƒช 2 1 โ‰ฅ โˆ’ 2 ๐‘š โˆ’ 4 ๎“ ๐‘– = 0 ๐‘Ž 2 ๐‘– ๐‘š โˆ’ 4 ๎“ ๐‘– = 0 โˆ‡ ๎€ท ฮ” ๐‘– ๐‘ข ๎€ธ ๎€ท ฮ” โ‹… โˆ‡ ๐‘– ๐‘ข ๎€ธ , ( 2 . 1 3 ) + ๐‘š โˆ’ 2 ๎“ ๐‘– = 0 ๎€ท ฮ” ๐œ™ ๐‘– ๎€ธ ( ฮ” ๐‘– ๐‘ข ) 2 ๎€ท ๐œ™ + 4 โˆ‡ ๐‘– ๎€ธ ๎€ท ฮ” โ‹… โˆ‡ ๐‘– ๐‘ข ๎€ธ ฮ” ๐‘– ๐‘ข + ๐œ™ ๐‘– โˆ‡ ๎€ท ฮ” ๐‘– ๐‘ข ๎€ธ ๎€ท ฮ” โ‹… โˆ‡ ๐‘– ๐‘ข ๎€ธ โ‰ฅ ๐‘š โˆ’ 2 ๎“ ๐‘– = 0 ( ฮ” ๐‘– ๐‘ข ) 2 ๎ƒฌ ฮ” ๐œ™ ๐‘– 3 โˆ’ ๎€ท ๐œ™ 4 โˆ‡ ๐‘– ๎€ธ ๎€ท ๐œ™ โ‹… โˆ‡ ๐‘– ๎€ธ ๐œ™ ๐‘– ๎ƒญ . ( 2 . 1 4 ) We also have that 1 2 ฮ” ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 1 โˆ‡ ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ ๎€ท ฮ” โ‹… โˆ‡ ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ + 2 โˆ‡ ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 1 โˆ‡ ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ โˆถ โˆ‡ 2 ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ + ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 1 โˆ‡ 2 ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ โˆถ โˆ‡ 2 ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ ๎€ท ฮ” โ‰ฅ โˆ‡ ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ ๎€ท ฮ” โ‹… โˆ‡ ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ ๎‚ธ ฮ” ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 1 2 โˆ’ โˆ‡ ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 1 โ‹… โˆ‡ ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 1 ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 1 ๎‚น . ( 2 . 1 5 ) Additional inequalities analogous to (2.15) can be developed for the remaining terms in (2.9) involving ฮ” ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 2 and ฮ” ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 3 .
From (2.2), (2.10)–(2.15) and upon inclusion of the aforementioned additional inequalities we deduce that ๎ƒฉ ๎‚ƒ ๐‘Ž ฮ” ๐‘ƒ โ‰ฅ ๐‘š โˆ’ 1 โˆ’ 1 2 ๎‚„ ๎‚€ ๐‘› โˆ’ 4 ๎‚ โˆ’ 1 ๐‘› + 2 2 ๐‘š โˆ’ 1 ๎“ ๐‘– = 0 โˆ‡ ๎€ท ๐‘Ž ๐‘– ๎€ธ ๎€ท ๐‘Ž โ‹… โˆ‡ ๐‘– ๎€ธ ๎ƒช ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 1 ๐‘ข ๎€ธ 2 + ๐‘š โˆ’ 2 ๎“ ๐‘– = 0 ๎‚ธ ฮ” ๐œ™ ๐‘– 3 โˆ’ ๐›ฝ 2 ๎‚€ ๐‘› โˆ’ 4 ๎‚ โˆ’ ๐›พ ๐‘› + 2 2 ๎‚น ๎€ท ฮ” ๐‘– ๐‘ข ๎€ธ 2 + ๐‘š โˆ’ 2 ๎“ ๐‘– = 0 ๎‚ธ ๐œ™ ๐‘– โˆ’ ๐›ฝ 2 ๎‚น ๎€ท ฮ” ๐‘– ๐‘ข ๎€ธ 2 + ๐‘š โˆ’ 2 ๎“ ๐‘– = 0 ๎‚ธ ฮ” ๐œ™ ๐‘– 3 ๎‚น ๎€ท ฮ” โˆ’ ๐›ผ ๐‘– ๐‘ข ๎€ธ 2 + ๐‘š โˆ’ 2 ๎“ ๐‘– = 0 ๎€ท ฮ” ๐‘– ๐‘ข ๎€ธ 2 ๎ƒฌ ฮ” ๐œ™ ๐‘– 3 โˆ’ ๎€ท ๐œ™ 4 โˆ‡ ๐‘– ๎€ธ ๎€ท ๐œ™ โ‹… โˆ‡ ๐‘– ๎€ธ ๐œ™ ๐‘– ๎ƒญ + ๎€ท ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 2 ๎€ธ โˆ‡ ๎€ท ฮ” โˆ’ 1 ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ ๎€ท ฮ” โ‹… โˆ‡ ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ ๎€ท ฮ” + โˆ‡ ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ ๎€ท ฮ” โ‹… โˆ‡ ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ ๎‚ธ ฮ” ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 1 2 โˆ’ โˆ‡ ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 1 โ‹… โˆ‡ ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 1 ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 1 ๎‚น ๎€ท ฮ” + โˆ‡ ๐‘š โˆ’ 3 ๐‘ข ๎€ธ ๎€ท ฮ” โ‹… โˆ‡ ๐‘š โˆ’ 3 ๐‘ข ๎€ธ ๎‚ธ ฮ” ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 3 2 โˆ’ โˆ‡ ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 3 โ‹… โˆ‡ ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 3 ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 3 ๎‚น + ๎‚€ ๐‘› โˆ’ 4 ๎‚ ๐‘› + 2 ( ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ) 2 ๎‚ธ ฮ” ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 2 โˆ’ 4 โˆ‡ ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 2 โ‹… โˆ‡ ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘Ž ๐‘š โˆ’ 2 ๎‚น . ( 2 . 1 6 ) Utilizing (2.4) the conclusion follows.

Now we handle the case where ๐‘› โ‰ค 4 in the following theorem.

Theorem 2.2. Suppose that ๐‘ข โˆˆ ๐ถ 2 ๐‘š + 1 ( ฮฉ ) โˆฉ ๐ถ 2 ๐‘š โˆ’ 1 ( ฮฉ ) is a solution of (1.4) where ๐‘› โ‰ค 4 . For ๐œ™ 0 ( ๐‘ฅ ) , โ€ฆ , ๐œ™ ๐‘š โˆ’ 1 ( ๐‘ฅ ) โˆˆ ๐ถ 2 ( ฮฉ ) โˆฉ ๐ถ 0 ( ฮฉ ) satisfying the inequality โˆ‘ ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘– = 0 ๐œ™ 2 ๐‘– + 1 โ‰ค ๐›ผ for some positive constant ๐›ผ , one defines ๐‘ƒ = โˆ‡ 2 ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ โˆถ โˆ‡ 2 ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ ๎€ท ฮ” โˆ’ โˆ‡ ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ ๎€ท ฮ” โ‹… โˆ‡ ๐‘š โˆ’ 1 ๐‘ข ๎€ธ + ๐‘š โˆ’ 1 ๎“ ๐‘– = 0 ๐œ™ ๐‘– ๎€ท ฮ” ๐‘– ๐‘ข ๎€ธ 2 + 1 2 ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ 2 . ( 2 . 1 7 ) Then if ๐œ™ ๐‘– โ‰ฅ ๐›ผ 2 , f o r ๐‘– = 0 , โ€ฆ , ๐‘š โˆ’ 1 , ฮ” ๐œ™ ๐‘š โˆ’ ๐‘– 3 โˆ’ 1 2 โ‰ฅ 0 , f o r ๐‘– = 1 , 2 , ฮ” ๐œ™ ๐‘– 3 โˆ’ 4 โˆ‡ ๐œ™ ๐‘– โ‹… โˆ‡ ๐œ™ ๐‘– ๐œ™ ๐‘– โ‰ฅ 0 , f o r ๐‘– = 0 , โ€ฆ , ๐‘š โˆ’ 1 , ( 2 . 1 8 ) ๐‘ƒ is subharmonic in ฮฉ .

Proof. A calculation similar to that of Theorem 2.1 yields ฮ” ๐‘ƒ = 2 โˆ‡ 3 ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ โ‹ฎ โˆ‡ 3 ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ ๎€ท ฮ” โˆ’ โˆ‡ ๐‘š โˆ’ 1 ๐‘ข ๎€ธ ๎€ท ฮ” โ‹… โˆ‡ ๐‘š โˆ’ 1 ๐‘ข ๎€ธ ๎€ท ฮ” โˆ’ โˆ‡ ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ โ‹… ๐‘š โˆ’ 1 ๎“ ๐‘– = 0 ( โˆ’ 1 ) ๐‘– + 1 โˆ‡ ๐‘Ž ๐‘– ฮ” ๐‘– ๎€ท ฮ” ๐‘ข + โˆ‡ ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ ๎€ท ฮ” โ‹… โˆ‡ ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ ๎€ท ฮ” โˆ’ โˆ‡ ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ โ‹… ๐‘š โˆ’ 1 ๎“ ๐‘– = 0 ๎€บ ( โˆ’ 1 ) ๐‘– + 1 ๐‘Ž ๐‘– โˆ‡ ๎€ท ฮ” ๐‘– ๐‘ข ๎€ธ ๎€ป + ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ฮ” ๐‘š โˆ’ 1 ๐‘ข + ๐‘š โˆ’ 1 ๎“ ๐‘– = 0 ฮ” ๐œ™ ๐‘– ( ฮ” ๐‘– ๐‘ข ) 2 ๎€ท ๐œ™ + 4 โˆ‡ ๐‘– ๎€ธ ๎€ท ฮ” โ‹… โˆ‡ ๐‘– ๐‘ข ๎€ธ ฮ” ๐‘– ๐‘ข + ๐‘š โˆ’ 1 ๎“ ๐‘– = 0 2 ๐œ™ ๐‘– โˆ‡ ๎€ท ฮ” ๐‘– ๐‘ข ๎€ธ ๎€ท ฮ” โ‹… โˆ‡ ๐‘– ๐‘ข ๎€ธ + 2 ๐œ™ ๐‘– ฮ” ๐‘– ๐‘ข ฮ” ๐‘– + 1 ๐‘ข . ( 2 . 1 9 ) Using (2.6), (2.10), (2.11), (2.13), and (2.14) we obtain ฮ” ๐‘ƒ โ‰ฅ ๐‘š โˆ’ 1 ๎“ ๐‘– = 0 ๎€ท ฮ” ๐‘– ๐‘ข ๎€ธ 2 ๎‚ธ ฮ” ๐œ™ ๐‘– 3 โˆ’ 4 โˆ‡ ๐œ™ ๐‘– โ‹… โˆ‡ ๐œ™ ๐‘– ๐œ™ ๐‘– ๎‚น + ๐‘š โˆ’ 1 ๎“ ๐‘– = 0 2 ฮ” ๐œ™ ๐‘– 3 ๎€ท ฮ” ๐‘– ๐‘ข ๎€ธ 2 + ๐‘š โˆ’ 1 ๎“ ๐‘– = 0 ๐œ™ ๐‘– โˆ‡ ๎€ท ฮ” ๐‘– ๐‘ข ๎€ธ ๎€ท ฮ” โ‹… โˆ‡ ๐‘– ๐‘ข ๎€ธ ๎€ท ฮ” โˆ’ โˆ‡ ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ ๎€ท ฮ” โ‹… โˆ‡ ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ โˆ’ 1 2 ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ 2 โˆ’ 1 2 ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 1 ๐‘ข ๎€ธ 2 ๎€ท ฮ” + โˆ‡ ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ ๎€ท ฮ” โ‹… โˆ‡ ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ โˆ’ 1 2 ๎ƒฉ ๐‘š โˆ’ 1 ๎“ ๐‘– = 0 โˆ‡ ๐‘Ž ๐‘– โ‹… โˆ‡ ๐‘Ž ๐‘– ๎ƒช ๐‘š โˆ’ 1 ๎“ ๐‘– = 0 ๎€ท ฮ” ๐‘– ๐‘ข ๎€ธ 2 โˆ’ 1 2 ๎ƒฉ ๐‘š โˆ’ 1 ๎“ ๐‘– = 0 ๐‘Ž 2 ๐‘– ๎ƒช ๐‘š โˆ’ 1 ๎“ ๐‘– = 0 โˆ‡ ๎€ท ฮ” ๐‘– ๐‘ข ๎€ธ ๎€ท ฮ” โ‹… โˆ‡ ๐‘– ๐‘ข ๎€ธ โ‰ฅ ๐‘š โˆ’ 1 ๎“ ๐‘– = 0 ๎€ท ฮ” ๐‘– ๐‘ข ๎€ธ 2 ๎‚ธ ฮ” ๐œ™ ๐‘– 3 โˆ’ 4 โˆ‡ ๐œ™ ๐‘– โ‹… โˆ‡ ๐œ™ ๐‘– ๐œ™ ๐‘– ๎‚น + ๐‘š โˆ’ 1 ๎“ ๐‘– = 0 ๎‚ƒ ๐œ™ ๐‘– โˆ’ ๐›ผ 2 ๎‚„ โˆ‡ ( ฮ” ๐‘ข ) โ‹… โˆ‡ ( ฮ” ๐‘ข ) + ๐‘š โˆ’ 1 ๎“ ๐‘– = 0 ๎‚ธ ฮ” ๐œ™ ๐‘– 3 โˆ’ ๐›พ 2 ๎‚น ๎€ท ฮ” ๐‘– ๐‘ข ๎€ธ 2 + ๎‚ต ฮ” ๐œ™ ๐‘š โˆ’ 2 3 โˆ’ 1 2 ๎‚ถ ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ 2 + ๎‚ต ฮ” ๐œ™ ๐‘š โˆ’ 1 3 โˆ’ 1 2 ๎‚ถ ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 1 ๐‘ข ๎€ธ 2 . ( 2 . 2 0 ) Hence by (2.18), we conclude that ฮ” ๐‘ƒ โ‰ฅ 0 .

3. Applications

Here we briefly indicate how theorem 1 and theorem 2 can be used to obtain integral bounds on the square of the second gradient of ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข . suppose that the hypotheses of theorem 1 are satisfied and that the ๐‘š conditions ฮ” ๐‘– ๐‘ข = 0 , f o r ฮ” ๐‘– = 0 , โ€ฆ , ๐‘š โˆ’ 5 , ๐‘š โˆ’ 2 ฮ” ๐‘ข = ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๐œ• ๐‘› = 0 , ฮ” ๐‘š โˆ’ 3 ฮ” ๐‘ข = ๐‘š โˆ’ 3 ๐‘ข ๐œ• ๐‘› = 0 ( 3 . 1 ) hold on ๐œ• ฮฉ . Let ๐ด denote the area of ฮฉ . As a consequence of integration by parts, Theorem 2.1 implies that ๎€œ ฮฉ | | โˆ‡ 2 ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ | | 2 ๐ด ๐‘‘ ๐‘ฅ โ‰ค 2 m a x ๐œ• ฮฉ ๎‚ธ | | โˆ‡ 2 ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ | | 2 + ๐œ™ ๐‘š โˆ’ 4 ๎€ท ฮ” ( ๐‘ฅ ) ๐‘š โˆ’ 4 ๐‘ข ๎€ธ 2 + ๐‘› โˆ’ 4 2 ( n ๎€ท ฮ” ๎€ท ฮ” + 2 ) ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ ๎€ธ 2 ๎‚น . ( 3 . 2 )

Now, if the hypotheses of Theorem 2.2 hold and if we impose the ๐‘š conditions ฮ” ๐‘– ๐‘ข = 0 , f o r ฮ” ๐‘– = 0 , โ€ฆ , ๐‘š โˆ’ 3 , ๐‘š โˆ’ 2 ฮ” ๐‘ข = ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๐œ• ๐‘› = 0 ( 3 . 3 ) on ๐œ• ฮฉ we can deduce the inequality ๎€œ ฮฉ | | โˆ‡ 2 ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ | | 2 ๐ด ๐‘‘ ๐‘ฅ โ‰ค 2 m a x ๐œ• ฮฉ ๎‚ƒ | | โˆ‡ 2 ๎€ท ฮ” ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ | | 2 + ๐œ™ ๐‘š โˆ’ 1 ( ๎€ท ฮ” ๎€ท ฮ” ๐‘ฅ ) ๐‘š โˆ’ 2 ๐‘ข ๎€ธ ๎€ธ 2 ๎‚„ , ( 3 . 4 ) from Theorem 2.2.

References

  1. C. Miranda, โ€œFormule di maggiorazione e teorema di esistenza per le funzioni biarmoniche de due variabili,โ€ Giornale di Matematiche di Battaglini, vol. 2, no. 78, pp. 97โ€“118, 1948.
  2. L. E. Payne, โ€œSome remarks on maximum principles,โ€ Journal d'Analyse Mathématique, vol. 30, pp. 421โ€“433, 1976. View at Publisher ยท View at Google Scholar ยท View at Zentralblatt MATH
  3. A. Mareno, โ€œMaximum principles for some higher-order semilinear elliptic equations,โ€ Glasgow Mathematical Journal, vol. 53, no. 2, pp. 313โ€“320, 2011. View at Publisher ยท View at Google Scholar ยท View at Zentralblatt MATH
  4. P. W. Schaefer, โ€œUniqueness in some higher order elliptic boundary value problems,โ€ Zeitschrift für Angewandte Mathematik und Physik, vol. 29, no. 4, pp. 693โ€“697, 1978. View at Publisher ยท View at Google Scholar ยท View at Zentralblatt MATH
  5. D. R. Dunninger and S. N. Chow, โ€œA maximum principle for n-metaharmonic functions,โ€ Proceedings of the American Mathematical Society, vol. 43, pp. 79โ€“83, 1974.
  6. S. Tseng and C.-S. Lin, โ€œOn a subharmonic functional of some even order elliptic problems,โ€ Journal of Mathematical Analysis and Applications, vol. 207, no. 1, pp. 127โ€“157, 1997. View at Publisher ยท View at Google Scholar ยท View at Zentralblatt MATH ยท View at MathSciNet
  7. C. P. Danet and A. Mareno, โ€œMaximum principles for a class of linear elliptic equations of even order,โ€ submitted.