Να υπολογιστεί το άθροισμα.

Συντονιστές: grigkost, Κοτρώνης Αναστάσιος

Άβαταρ μέλους
Σεραφείμ
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 1872
Εγγραφή: Τετ Μάιος 20, 2009 9:14 am
Τοποθεσία: Θεσσαλονίκη - Γιάννενα

Να υπολογιστεί το άθροισμα.

#1

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Σεραφείμ »

Να υπολογιστεί το άθροισμα \displaystyle{{S = \sum\limits_{n =  - \infty }^\infty  {\frac{{\log \left( {{{\left( {n + \frac{1}{3}} \right)}^2}} \right)}}{{n + \frac{1}{3}}}} }}
Τελευταία επεξεργασία από το μέλος Σεραφείμ την Σάβ Απρ 22, 2017 12:04 pm, έχει επεξεργασθεί 1 φορά συνολικά.
Σεραφείμ Τσιπέλης

Ετικέτες:
Άβαταρ μέλους
Σεραφείμ
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 1872
Εγγραφή: Τετ Μάιος 20, 2009 9:14 am
Τοποθεσία: Θεσσαλονίκη - Γιάννενα

Re: Να υπολογιστεί το άθροισμα.

#2

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Σεραφείμ »


\displaystyle{\sum\limits_{n =  - \infty }^\infty  {\frac{{\log \left( {{{\left( {n + \frac{1}{3}} \right)}^2}} \right)}}{{n + \frac{1}{3}}}}  = \frac{{\log \left( {{{\left( {\frac{1}{3}} \right)}^2}} \right)}}{{\frac{1}{3}}} + \sum\limits_{n = 1}^\infty  {\left( {\frac{{\log \left( {{{\left( {n + \frac{1}{3}} \right)}^2}} \right)}}{{n + \frac{1}{3}}} + \frac{{\log \left( {{{\left( { - n + \frac{1}{3}} \right)}^2}} \right)}}{{ - n + \frac{1}{3}}}} \right)}  = }

\displaystyle{ =  - 3\log \left( 9 \right) + \sum\limits_{n = 1}^\infty  {\left( {\frac{{\log \left( {{{\left( {n + \frac{1}{3}} \right)}^2}} \right)}}{{n + \frac{1}{3}}} - \frac{{\log \left( {{{\left( {n - \frac{1}{3}} \right)}^2}} \right)}}{{n - \frac{1}{3}}}} \right)}  =  - 3\log \left( 9 \right) + 6\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\left( {\frac{{\log \left( {\frac{{3n + 1}}{3}} \right)}}{{3n + 1}} - \frac{{\log \left( {\frac{{3n - 1}}{3}} \right)}}{{3n - 1}}} \right)}  = }

\displaystyle{ =  - 6\log \left( 3 \right) + 6\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\left( {\frac{{\log \left( {3n + 1} \right) - \log 3}}{{3n + 1}} - \frac{{\log \left( {3n - 1} \right) - \log 3}}{{3n - 1}}} \right)}  = }

\displaystyle{ =  - 6\log \left( 3 \right) + 6\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\left( {\frac{{\log 3}}{{3n - 1}} - \frac{{\log 3}}{{3n + 1}}} \right)}  + 6\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\left( {\frac{{\log \left( {3n + 1} \right)}}{{3n + 1}} - \frac{{\log \left( {3n - 1} \right)}}{{3n - 1}}} \right)} }

Όμως \displaystyle{ - 6\log \left( 3 \right) + 6\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\left( {\frac{{\log 3}}{{3n - 1}} - \frac{{\log 3}}{{3n + 1}}} \right)}  =  - 6\log \left( 3 \right)\left( {1 + \sum\limits_{n = 1}^\infty  {\left( {\frac{1}{{3n + 1}} - \frac{1}{{3n - 1}}} \right)} } \right) = }

\displaystyle{ =  - 6\log \left( 3 \right)\frac{2}{{\sqrt 3 }}\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{\sin \frac{{2n\pi }}{3}}}{n}}  =  - \frac{{4\sqrt 3 \log \left( 3 \right)}}{{2i}}\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{{e^{2i\pi n/3}} - {e^{ - 2i\pi n/3}}}}{n}}  =  - \frac{{4\sqrt 3 \log \left( 3 \right)}}{{2i}}\log \frac{{1 - {e^{ - 2i\pi /3}}}}{{1 - {e^{2i\pi /3}}}} = }

\displaystyle{ =  - \frac{{4\sqrt 3 \log \left( 3 \right)}}{{2i}}\log \left( { - {e^{{e^{ - 2i\pi /3}}}}} \right) =  - \frac{{4\sqrt 3 \log \left( 3 \right)}}{{2i}}\log \left( {{e^{i\pi /3}}} \right) =  - \frac{{4\sqrt 3 \log \left( 3 \right)}}{{2i}}\left( {i\frac{\pi }{3}} \right) =  - \frac{{2\pi \log 3}}{{\sqrt 3 }}}

Οπότε \displaystyle{\sum\limits_{n =  - \infty }^\infty  {\frac{{\log \left( {{{\left( {n + \frac{1}{3}} \right)}^2}} \right)}}{{n + \frac{1}{3}}}}  =  - \frac{{2\pi \log 3}}{{\sqrt 3 }} + 6\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\left( {\frac{{\log \left( {3n + 1} \right)}}{{3n + 1}} - \frac{{\log \left( {3n - 1} \right)}}{{3n - 1}}} \right)}  =  - \frac{{2\pi \log 3}}{{\sqrt 3 }} + 4\sqrt 3 \sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{\log n \cdot \sin \frac{{2n\pi }}{3}}}{n}} }

Από την φόρμουλα του Kummer http://www.math.titech.ac.jp/~tosho/Pre ... df/128.pdf έχουμε

\displaystyle{\log \Gamma \left( x \right) = \frac{1}{\pi }\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{\log n \cdot \sin \left( {2\pi nx} \right)}}{n}}  + \frac{{\log 2\pi  + \gamma }}{\pi }\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{\sin \left( {2\pi nx} \right)}}{n}}  + \frac{1}{2}\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{\cos \left( {2\pi nx} \right)}}{n}}  + \frac{1}{2}\log 2\pi }

Οπότε για \displaystyle{x = \frac{1}{3}} προκύπτει \displaystyle{\log \Gamma \left( {\frac{1}{3}} \right) = \frac{1}{\pi }\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{\log n \cdot \sin \left( {\frac{{2\pi n}}{3}} \right)}}{n}}  + \frac{{\log 2\pi  + \gamma }}{\pi }\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{\sin \left( {\frac{{2\pi n}}{3}} \right)}}{n}}  + \frac{1}{2}\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{\cos \left( {\frac{{2\pi n}}{3}} \right)}}{n}}  + \frac{1}{2}\log 2\pi }

Ισχύει \displaystyle{\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{\sin nx}}{n}}  = \frac{{\pi  - x}}{2}} , επομένως \displaystyle{\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{\sin \left( {\frac{{2\pi n}}{3}} \right)}}{n}}  = \frac{{\pi  - 2\pi /3}}{2} = \frac{\pi }{6}}

καθώς και \displaystyle{\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{\cos nx}}{n}}  =  - \log \left( {2\left| {\sin \frac{x}{2}} \right|} \right)} , δηλαδή \displaystyle{\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{\cos \left( {\frac{{2\pi n}}{3}} \right)}}{n}}  =  - \log \left( {2\sin \frac{\pi }{3}} \right) =  - \frac{1}{2}\log 3}

τα παραπάνω δυο αθροίσματα έχουν αποδειχθεί στο mathematica

οπότε \displaystyle{\log \Gamma \left( {\frac{1}{3}} \right) = \frac{1}{\pi }\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{\log n \cdot \sin \left( {\frac{{2\pi n}}{3}} \right)}}{n}}  + \frac{{\log 2\pi  + \gamma }}{\pi }\frac{\pi }{6} - \frac{1}{4}\log 3 + \frac{1}{2}\log 2\pi }

δηλαδή \displaystyle{\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{\log n \cdot \sin \left( {\frac{{2\pi n}}{3}} \right)}}{n}}  = \frac{\pi }{{12}}\left( {12\log \Gamma \left( {\frac{1}{3}} \right) - 2\gamma  + 3\log 3 - 8\log 2\pi } \right)}

Τελικά \displaystyle{\sum\limits_{n =  - \infty }^\infty  {\frac{{\log \left( {{{\left( {n + \frac{1}{3}} \right)}^2}} \right)}}{{n + \frac{1}{3}}}}  = \frac{\pi }{{\sqrt 3 }}\left( {12\;\log \left( {\Gamma \left( {\frac{1}{3}} \right)} \right) + \log 3 - 2\;\gamma  - 8\log 2\pi } \right)} :)


Σεραφείμ Τσιπέλης
Απάντηση

Επιστροφή στο “ΑΝΑΛΥΣΗ”

Μέλη σε σύνδεση

Μέλη σε αυτήν τη Δ. Συζήτηση: Δεν υπάρχουν εγγεγραμμένα μέλη και 2 επισκέπτες