Resolviendo la ecuación biharmónica en Mathematica

Question

Estoy intentando resolver la ecuación biharmónica lineal en Mathematica usando DSOLVE. Creo que este problema no solo se limita a la ecuación biharmónica, sino que Mathematica simplemente escupe la ecuación cuando intento resolverla.

He intentado resolver otras ecuaciones diferenciales parciales y no hubo problemas.

La ecuación biharmónica es solo:

Laplacian^2[f]=0

Aquí está mi ecuación:

DSolve[
 D[f[x, y], {x, 4}] + 2 D[D[f[x, y], {x, 2}, {y, 2}]] + 
   D[f[x, y], {y, 4}] == 0,
 f,
 {x, y}]

La solución es escupir como

DSolve[(f^(0,4))[x,y]+2 (f^(2,2))[x,y]+(f^(4,0))[x,y]==0,f,{x,y}]

Obviamente, esa no es la solución. ¿Lo que da? ¿Qué me estoy perdiendo? He resuelto otros PDE sin condiciones de contorno.

Answer 1

¿Qué tal probarlo en coordenadas polares? Si f(r, \[Theta]) es simétrico con respecto al azimut \[Theta], la ecuación biharmónica se reduce a algo que Mathematca puede resolver simbólicamente (cf http://mathworld.wolfram.com/biharmonicequation.html):

In[22]:= eq = D[r D[D[r D[f[r],r],r]/r,r],r]/r;
eq//FullSimplify//TraditionalForm

Out[23]//TraditionalForm= f^(4)(r) + (2 r^2 f^(3)(r) - r f''(r)
                           + f'(r))/r^3

In[24]:= DSolve[eq==0,f,r]
Out[24]= {{f -> Function[{r}, 
                 1/2 r^2 C[2] - 1/4 r^2 C[3] + C[4] + C[1] Log[r] 
                   + 1/2 r^2 C[3] Log[r]
                ]}}

In[25]:= ReplaceAll[
    1/2 r^2 C[2]-1/4 r^2 C[3]+C[4]+C[1] Log[r]+1/2 r^2 C[3] Log[r],
    r->Sqrt[x^2+y^2]
]
Out[25]= 1/2 (x^2+y^2) C[2]-1/4 (x^2+y^2) C[3]+C[4]+C[1] Log[Sqrt[x^2+y^2]]+ 
1/2 (x^2+y^2) C[3] Log[Sqrt[x^2+y^2]]