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Generalizando$\sum_{n=1}^{\infty}\frac{H_n{2n \choose n}}{2^{2n}(2n-1)}=2$

Estaba buscando en este documento en la sección [17],

$$\sum_{n=1}^{\infty}\frac{H_n{2n \choose n}}{2^{2n}(2n-1)}=2\tag1$$

Vamos a generalizar $(1)$

$$\sum_{n=1}^{\infty}\frac{H_n{2n \choose n}}{2^{2n}(2n-1)(2n-3)(2n-5)\cdots [2n-(2k+1)]}\tag2$$

Donde $k\ge 0$

Yo conjeturó que la forma cerrada para $(2)$ a

$$\sum_{n=1}^{\infty}\frac{H_n{2n \choose n}}{2^{2n}(2n-1)(2n-3)\cdots [2n-(2k+1)]}=\frac{2(-1)^k}{(2k+1)!!(2k+1)}\tag3$$

Aquí hay un primer par de valores de $k=1,2$ e $3$

$$\begin{align} \sum_{n=1}^{\infty}\frac{H_n{2n \choose n}}{2^{2n}(2n-1)(2n-3)}&=-\frac{2}{9}\tag4\\ \sum_{n=1}^{\infty}\frac{H_n{2n \choose n}}{2^{2n}(2n-1)(2n-3)(2n-5)}&=\frac{2}{75}\tag5\\ \sum_{n=1}^{\infty}\frac{H_n{2n \choose n}}{2^{2n}(2n-1)(2n-3)(2n-5)(2n-7)}&=-\frac{2}{735}\tag6 \end{align}$$

¿Cómo vamos a demostrar esta conjetura $(3)?$

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Roger Hoover Puntos 56

¿Qué acerca de la indización y la inducción? Los términos de $\frac{1}{(2n-1)\cdots(2n-2k-1)}$ tiene una buena estructura telescópica: por el teorema de los residuos $$ \frac{1}{(2n-1)(2n-3)\cdots(2n-2k-1)}=(-1)^k\sum_{h=0}^{k}\frac{(-1)^h}{(2n-2h-1)}\cdot\frac{1}{2^{k+1}(2h)!!(2k-2h)!!} $$ es igual $$ \frac{(-1)^k}{2^{2k+1}k!} \sum_{h=0}^{k}\frac{(-1)^h}{(2n-2h-1)}\binom{k}{h}.$$ La tentación natural es ahora para calcular $$ \sum_{n\geq 1}\frac{H_n}{4^{n}}\binom{2n}{n}\frac{1}{2n-2h-1}$$ a través de $\frac{-\log(1-z)}{1-z}=\sum_{n\geq 1}H_n z^n$ e $\frac{1}{4^n}\binom{2n}{n}=\frac{2}{\pi}\int_{0}^{\pi/2}\left(\cos\theta\right)^{2n}\,d\theta$, se multiplican ambos lados por $(-1)^k \binom{k}{h}$, el importe en $h=0,1,\ldots,k$ y terminar invocando el teorema de Fubini (permite cambiar las integrales con respecto a $d\theta$ e $dz$) y la serie de Fourier $\sum_{m\geq 1}\frac{\cos(m\varphi)}{m}$ e $\sum_{m\geq 1}\frac{\sin(m\varphi)}{m}$.

La única obstrucción es que $\frac{1}{2n-2h-1}=\int_{0}^{1}z^n\left[\frac{1}{2z^{h+3/2}}\right]\,dz$ no posee incondicionalmente: habría sido más feliz en tener el aumento de Pochhammer símbolos en lugar de caer. Por otro lado, la indización corrige este problema. Desde $\binom{2n+2}{n+1} = \frac{2(2n+1)}{n+1}\binom{2n}{n}$, la serie original puede ser escrito como

$$ \sum_{n\geq 1}\frac{H_n \binom{2n}{n}}{4^n(2n-1)} = \sum_{n\geq 0}\frac{2H_{n+1}\binom{2n}{n}}{4^{n+1}(n+1)}=-\frac{1}{\pi}\int_{0}^{1}\sum_{n\geq 0}\int_{0}^{\pi/2}z^n\left(\cos\theta\right)^{2n}\log(1-z)\,d\theta\,dz $$ o $$ -\frac{1}{\pi}\int_{0}^{1}\int_{0}^{\pi/2}\frac{\log(1-z)}{1-z\cos^2\theta}\,d\theta\,dz =-\frac{1}{2}\int_{0}^{1}\frac{\log(1-z)}{\sqrt{1-z}}\,dz,$$ claramente dada por un derivado de la función Beta. Este enfoque funciona también mediante la sustitución de $(2n-1)$ con $(2n-1)\cdots(2n-2k-1)$, usted sólo tiene que tener cuidado en el manejo de las constantes dependiendo $k$.

En el segundo pensamiento, acabo de aplicar el binomio de transformación en el disfraz.

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