Υπολογισμός αθροίσματος (10)

Συντονιστές: grigkost, Κοτρώνης Αναστάσιος

Άβαταρ μέλους
Κοτρώνης Αναστάσιος
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 3203
Εγγραφή: Κυρ Φεβ 22, 2009 11:11 pm
Τοποθεσία: Μπροστά στο πισί...
Επικοινωνία:

Υπολογισμός αθροίσματος (10)

#1

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Κοτρώνης Αναστάσιος »

Ας υπολογισθεί το άθροισμα \displaystyle{\sum_{n=1}^{+\infty}\frac{H_{n}\left(\zeta(2)-\sum_{k=1}^{n}\frac{1}{k^2}\right)}{n}}.

Του OVIDIU FURDUI από το LA GACETA DE LA RSME
Εσύ....; Θα γίνεις κανίβαλος....;

Ετικέτες:
Άβαταρ μέλους
chris_gatos
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 6970
Εγγραφή: Κυρ Δεκ 21, 2008 9:03 pm
Τοποθεσία: Ανθούπολη

Re: Υπολογισμός αθροίσματος (10)

#2

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από chris_gatos »

Aναστάση,πολύ σάπιο το αθροισματάκι!!
Χρήστος Κυριαζής
Άβαταρ μέλους
Σεραφείμ
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 1872
Εγγραφή: Τετ Μάιος 20, 2009 9:14 am
Τοποθεσία: Θεσσαλονίκη - Γιάννενα

Re: Υπολογισμός αθροίσματος (10)

#3

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Σεραφείμ »

Ήταν πολύ δύσκολο, όντως !!

Λήμμα : \displaystyle{\sum\limits_{n = 1}^\infty  {{a_n}\sum\limits_{k = n + 1}^\infty  {{b_k}} }  = \sum\limits_{n = 1}^\infty  {{b_n}\sum\limits_{k = 1}^n {{a_k}} }  - \sum\limits_{n = 1}^\infty  {\left( {{a_n}{b_n}} \right)} } διότι \displaystyle{\sum\limits_{n = 1}^\infty  {{a_n}\sum\limits_{k = n + 1}^\infty  {{b_k}} }  = {a_1}\left( {{b_2} + {b_3} + {b_4} + ..} \right) + {a_2}\left( {{b_3} + {b_4} + {b_5} + ..} \right) + .. = }
\displaystyle{ = {b_2}{a_1} + {b_3}\left( {{a_1} + {a_2}} \right) + .. = \sum\limits_{n = 2}^\infty  {{b_n}\sum\limits_{k = 1}^{n - 1} {{a_k}} }  = \sum\limits_{n = 2}^\infty  {{b_n}\left( { - {a_n} + \sum\limits_{k = 1}^n {{a_k}} } \right)}  = .. = \sum\limits_{n = 1}^\infty  {{b_n}\sum\limits_{k = 1}^n {{a_k}} }  - \sum\limits_{n = 1}^\infty  {{b_n}{a_n}} }
_______________________________________________________________________________________________________________________________

Τότε \displaystyle{\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{{H_n}}}{n}\left( {\zeta \left( 2 \right) - \sum\limits_{k = 1}^n {\frac{1}{{{k^2}}}} } \right)}  = \sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{{H_n}}}{n}\left( {\sum\limits_{k = 1}^\infty  {\frac{1}{{{k^2}}}}  - \sum\limits_{k = 1}^n {\frac{1}{{{k^2}}}} } \right)}  = \sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{{H_n}}}{n}\left( {\sum\limits_{k = n + 1}^\infty  {\frac{1}{{{k^2}}}} } \right)} \mathop  = \limits^{\left\lfloor {lemma} \right\rfloor } \sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{1}{{{n^2}}}\left( {\sum\limits_{k = 1}^n {\frac{{{H_k}}}{k}} } \right)}  - \sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{{H_n}}}{{{n^3}}}} }
_______________________________________________________________________________________________________________________________

Όμως ισχύει \displaystyle{\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{{H_n}}}{{{n^3}}}}  = \frac{1}{{72}}{\pi ^4}} και γενικότερα (Euler) \displaystyle{2\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{{H_n}}}{{{n^m}}}}  = \left( {m + 2} \right)\zeta \left( {m + 1} \right) - \sum\limits_{n = 1}^{m - 2} {\zeta \left( {m - n} \right)\zeta \left( {n + 1} \right)} }
αναφέρεται και εδώ http://mathworld.wolfram.com/HarmonicNumber.html αποδεικνύεται εδώ http://projecteuclid.org/DPubS/Reposito ... 1102636166
_______________________________________________________________________________________________________________________________

Επίσης \displaystyle{\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{1}{{{n^2}}}\left( {\sum\limits_{k = 1}^n {\frac{{{H_k}}}{k}} } \right)} \mathop  = \limits^{\left\lfloor 1 \right\rfloor }  - \sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{1}{{{n^2}}}\left( {\sum\limits_{k = 1}^n {\int\limits_0^1 {{x^{k - 1}}\ln \left( {1 - x} \right)dx} } } \right)}  =  - \int\limits_0^1 {\ln \left( {1 - x} \right)\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{1}{{{n^2}}}} \left( {\sum\limits_{k = 1}^n {{x^{k - 1}}} } \right)dx}  = }

\displaystyle{ =  - \int\limits_0^1 {\frac{{\ln \left( {1 - x} \right)}}{{1 - x}}\left( {\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{1 - {x^n}}}{{{n^2}}}} } \right)dx}  = \frac{1}{2}\int\limits_0^1 {{{\left( {{{\ln }^2}\left( {1 - x} \right)} \right)}{'}}\left( {\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{1 - {x^n}}}{{{n^2}}}} } \right)dx} \mathop  = \limits^{\left\lfloor 2 \right\rfloor } \frac{1}{2}\int\limits_0^1 {{{\ln }^2}\left( {1 - x} \right)\left( {\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{{x^{n - 1}}}}{n}} } \right)dx}  = }

\displaystyle{ = \frac{1}{2}\int\limits_0^1 {\frac{{{{\ln }^2}\left( {1 - x} \right)}}{x}\left( {\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{{x^n}}}{n}} } \right)dx}  =  - \frac{1}{2}\int\limits_0^1 {\frac{{{{\ln }^3}\left( {1 - x} \right)}}{x}dx}  =  - \frac{1}{2}\int\limits_0^1 {\frac{{{{\ln }^3}\left( x \right)}}{{1 - x}}dx}  =  - \frac{1}{2}\int\limits_0^1 {{{\ln }^3}\left( x \right)\sum\limits_{n = 0}^\infty  {{x^n}} dx}  = }

\displaystyle{ =  - \frac{1}{2}\sum\limits_{n = 0}^\infty  {\left( {\int\limits_0^1 {{{\ln }^3}\left( x \right){x^n}dx} } \right)} \mathop  = \limits^{\left\lfloor 3 \right\rfloor } 3\sum\limits_{n = 0}^\infty  {\frac{1}{{{{\left( {n + 1} \right)}^4}}}}  = 3\zeta \left( 4 \right) = \frac{{{\pi ^4}}}{{30}}}

Και τελικά \displaystyle{\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{{H_n}}}{n}\left( {\zeta \left( 2 \right) - \sum\limits_{k = 1}^n {\frac{1}{{{k^2}}}} } \right)}  = \sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{1}{{{n^2}}}\left( {\sum\limits_{k = 1}^n {\frac{{{H_k}}}{k}} } \right)}  - \sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{{H_n}}}{{{n^3}}}}  = \frac{{{\pi ^4}}}{{30}} - \frac{{{\pi ^4}}}{{72}} \Rightarrow \boxed{\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{{H_n}}}{n}\left( {\zeta \left( 2 \right) - \sum\limits_{k = 1}^n {\frac{1}{{{k^2}}}} } \right)}  = \frac{{7{\pi ^4}}}{{360}}}}

________________________________________________________________________________________________________________________

\displaystyle{\left\lfloor 1 \right\rfloor :} Διότι \displaystyle{{H_k} = 1 + \frac{1}{2} + \frac{1}{3} + .. + \frac{1}{k} = \int\limits_0^1 {\left( {1 + x + {x^2} + .. + {x^{k - 1}}} \right)dx}  = \int\limits_0^1 {\frac{{1 - {x^k}}}{{1 - x}}dx}  =  - \int\limits_0^1 {\left( {1 - {x^k}} \right){{\left( {\ln \left( {1 - x} \right)} \right)}{'}}dx}  = }
\displaystyle{ =  - k\int\limits_0^1 {{x^{k - 1}}\ln \left( {1 - x} \right)dx}  \Rightarrow \boxed{\frac{{{H_k}}}{k} =  - \int\limits_0^1 {{x^{k - 1}}\ln \left( {1 - x} \right)dx} }}

\displaystyle{\left\lfloor 2 \right\rfloor :} Παραγοντική ολοκλήρωση με σχετικά απλά όρια.

\displaystyle{\left\lfloor 3 \right\rfloor :} Διότι \displaystyle{\int\limits_0^1 {{{\ln }^3}\left( x \right){x^n}dx}  = \frac{1}{{n + 1}}\int\limits_0^1 {{{\ln }^3}\left( x \right){{\left( {{x^{n + 1}}} \right)}{'}}dx}  = \frac{{ - 3}}{{n + 1}}\int\limits_0^1 {{{\ln }^2}\left( x \right){x^n}dx}  = .. \Rightarrow \boxed{\int\limits_0^1 {{{\ln }^3}\left( x \right){x^n}dx}  = \frac{{ - 6}}{{{{\left( {n + 1} \right)}^4}}}}}.
Σεραφείμ Τσιπέλης
Άβαταρ μέλους
Κοτρώνης Αναστάσιος
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 3203
Εγγραφή: Κυρ Φεβ 22, 2009 11:11 pm
Τοποθεσία: Μπροστά στο πισί...
Επικοινωνία:

Re: Υπολογισμός αθροίσματος (10)

#4

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Κοτρώνης Αναστάσιος »

Σεραφείμ πολύ ωραία λύση! :clap2: :clap2:
Εσύ....; Θα γίνεις κανίβαλος....;
Άβαταρ μέλους
Σεραφείμ
Επιμελητής
Δημοσιεύσεις: 1872
Εγγραφή: Τετ Μάιος 20, 2009 9:14 am
Τοποθεσία: Θεσσαλονίκη - Γιάννενα

Re: Υπολογισμός αθροίσματος (10)

#5

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από Σεραφείμ »

Παρεμπιπτόντως ο Wolfran το υπολογίζει απελπιστικά λάθος. Δίδει αποτέλεσμα \displaystyle{\sum\limits_{n = 1}^\infty  {\frac{{{H_n}}}{n}\left( {\zeta \left( 2 \right) - \sum\limits_{k = 1}^n {\frac{1}{{{k^2}}}} } \right)}  = \frac{\gamma }{2}\left( {{\pi ^2}\ln 2 - 4\zeta \left( 3 \right)} \right)} :no: :no:

Είναι αλήθεια πως με παρέσυρε ..
Τελευταία επεξεργασία από το μέλος Σεραφείμ την Τρί Ιουν 12, 2012 7:06 am, έχει επεξεργασθεί 2 φορές συνολικά.
Σεραφείμ Τσιπέλης
Άβαταρ μέλους
parmenides51
Δημοσιεύσεις: 6238
Εγγραφή: Πέμ Απρ 23, 2009 9:13 pm
Τοποθεσία: Πεύκη
Επικοινωνία:

Re: Υπολογισμός αθροίσματος (10)

#6

Μη αναγνωσμένη δημοσίευση από parmenides51 »

Wolfram έγραψε:Σεραφείμ :notworthy:
Απάντηση

Επιστροφή στο “ΑΝΑΛΥΣΗ”

Μέλη σε σύνδεση

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