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Una integral logarítmica, generalización de un resultado de Shalev.

Como muchos de ustedes ya saben, yo y Marco Cantarini actualmente están trabajando en las aplicaciones de las fracciones de los operadores de la serie hipergeométrica, la ampliación de la clase de $\phantom{}_{p+1} F_p$s cuya forma cerrada es proporcionada por FL-expansiones (como las que aparecen aquí, pronto en Bollettino UMI). Dicho esto, cualquier perspicaz contribución aquí puede fácilmente resultar en una colaboración, o al menos una cita, en nuestro próximo trabajo. Fracciones de los operadores permiten afirmar que una forma cerrada para cualquier de las siguientes integrales

$$ \int_{0}^{1}\frac{-\log u}{\sqrt{1+6u+u^2}}\,du \tag{A} $$ $$ \int_{0}^{1}\frac{\operatorname{arctanh}(u)}{\sqrt{(1-u^2)(2-u^2)}}\,du\tag{B} $$ $$ \int_{0}^{+\infty}\frac{z}{\sqrt{3+\cosh z}}\,dz\tag{C} $$ $$ \int_{0}^{1}\frac{K(x)}{\sqrt{x}(2-x)}\,dx\tag{D} $$ (donde $K(x)=\int_{0}^{\pi/2}\frac{d\theta}{\sqrt{1-x\sin^2\theta}}$) resultado en forma cerrada para muchos $\phantom{}_3 F_2$s con el trimestre entero parámetros. Sin embargo, no hemos sido capaces de encontrar una forma cerrada para cualquiera de los anteriores integrales. Es relevante señalar que $$\int_{0}^{1}\frac{-\log x}{\sqrt{x}\sqrt{1-x\sin^2\theta}}\,dx = \frac{4}{\sin\theta}\left[\theta\log(2\sin\theta)+\frac{1}{2}\operatorname{Im}\operatorname{Li}_2(e^{2i\theta})\right]$$ para cualquier $\theta\in\left(0,\frac{\pi}{2}\right)$ gracias a Shalev/nospoon, y los coeficientes de la serie de Maclaurin de $\frac{1}{\sqrt{1+6u+u^2}}$ son dadas por la central Delannoy números, es decir, polinomios de Legendre evaluados en $3$. Supongo que este es el contexto suficiente, así que:

¿Cómo podemos expresar $(A),(B),(C)$ o $(D)$ en términos de la norma constantes matemáticas y valores de la $\Gamma$ función y polylogarithms?

Pequeña actualización en contexto de expansión: si atacamos $(D)$ a través de la serie de Taylor, el problema se reduce a encontrar el trenzado de la serie hipergeométrica $$ \sum_{n\geq 0}\left[\frac{1}{4^n}\binom{2n}{n}\right]^2\frac{\mathscr{H}_n}{2^n},\qquad \mathscr{H}_n=\sum_{k=0}^{n}\frac{1}{2k+1} \tag{E} $$ mientras que en el fin de abordar $(C)$ través $\int_{0}^{+\infty}\frac{x\,dx}{(\cosh x)^m}$ podría ser vale la pena explotar integral de representaciones para la Riemann $\zeta$ función de Dirichlet y L-función de $L(\chi_4,s)$, como $$ \int_{0}^{+\infty}\frac{x^s}{\cosh^2 x}\,dx = \zeta(s)\frac{2(2^s-2)\Gamma(s+1)}{4^s}, $$ $$ \int_{0}^{+\infty}\frac{x^s}{\cosh x}\,dx = 2\,\Gamma(s+1)\,L(\chi_4,s+1)$$ y la integración por partes.

17 de marzo de 2019 Actualización: me doy cuenta de que hubo un error en la pregunta original. $(A)$ debería haber sido $$ \int_{0}^{1}\frac{-\log u}{\sqrt{\color{red}{u}(1+6u+u^2)}}\,du \tag{A} $$ pero estoy seguro de que Shalev la sustitución de $u=\frac{(1-t)}{t(1+t)}$ simplifica la estructura de la integral en este caso, también.

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nospoon Puntos 1966

Voy a utilizar el ingenioso método de usuario @FDP de el IntegralsAndSeries foro.

La idea es hacer la siguiente cadena de sustituciones: $$ x = \frac{ 1 + \sqrt{2} \cos y }{ 1 - \sqrt{2} \cos y} $$ $$ z = \frac{y}{2} - \frac{\pi}{8} $$ $$ t = \tan z $$

Junto con las siguientes observaciones: $$ \frac{ 1 + \sqrt{2} \cos y }{ 1 - \sqrt{2} \cos y} = \cot \left( \frac{y}{2}+\frac{\pi}{8}\right)\cot \left( \frac{y}{2}-\frac{\pi}{8}\right) \tag1 $$ $$ 1 + \sqrt{2} \cos y = 2 \sqrt{2} \cos \left( \frac{y}{2}+\frac{\pi}{8}\right)\cos \left( \frac{y}{2}-\frac{\pi}{8}\right) \tag2$$ $$ \sqrt{2} \cos z \cos \left( z + \frac{\pi}{4} \right) = \frac{ 1 - \tan z}{ 1 + \tan^2 z} \tag3$$

Nos encontramos con que $$\begin{align} I=\int_0^1 \frac{- \ln x}{\sqrt{1+ 6 x +x^2}} \mathrm{d}x \\&= \int_1^\infty \frac{\ln x}{x\sqrt{1+ 6 x +x^2}} \mathrm{d}x \\&= \int_{\frac{\pi}{4}}^{\frac{\pi}{2}} \dfrac{\ln \left( \dfrac{ 1 + \sqrt{2} \cos y }{ 1 - \sqrt{2} \cos y}\right)}{1+ \sqrt{2} \cos y} \mathrm{d}y \\&= \int_{\frac{\pi}{4}}^{\frac{\pi}{2}} \frac{\ln \left( \cot \left( \frac{y}{2}+\frac{\pi}{8}\right)\cot \left( \frac{y}{2}-\frac{\pi}{8}\right)\right)}{2 \sqrt{2} \cos \left( \frac{y}{2}+\frac{\pi}{8}\right)\cos \left( \frac{y}{2}-\frac{\pi}{8}\right)}\mathrm{d}y \\&= \int_0^{\frac{\pi}{8}} \frac{\ln \left( \cot z \cot \left( z + \frac{\pi}{4} \right) \right)}{ \sqrt{2} \cos z \cos \left( z + \frac{\pi}{4} \right)} \mathrm{d}z \\&= \int_0^{\frac{\pi}{8}} \frac{\ln \left( \frac{1}{\tan z} \frac{1-\tan z}{1+\tan z} \right)}{1- \tan z} (1+ \tan^2 z) \mathrm{d}z \\&= \int_0^{\sqrt{2}-1} \frac{ \ln \left( \frac{1}{t} \frac{1-t}{1+t} \right)}{1-t} \mathrm{d}t \\&= \frac{\pi^2}{12} +\frac12 \ln(2+\sqrt{2}) \ln(2-\sqrt{2}) + \operatorname{Li}_2\left(\frac{1}{\sqrt{2}}\right)-\operatorname{Li}_2 \left( 2-\sqrt{2}\right). \end{align}$$ Acabamos con basic polylog cosas.


Edit.

Ahora que lo pienso de ella, podríamos haber hecho de la simple sustitución de Euler $$\sqrt{ x^2 + 6 x +1} = x +t$$ a conseguir $$ I = \int_1^{2 \sqrt{2}-1} \frac{ \ln \left( \frac{1-t^2}{2 (t-3)} \right)}{t-3} \mathrm{d}t $$ Y a partir de aquí la integral puede ser reducido a polylogs con un poco de dificultad.

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