Expansión de la serie

Question

Un viejo problema de Whittaker y Watson estoy teniendo problemas con el. Cualquier orientación sería apreciada.

Demostrar que la función $$ f(x)=\int_0^\infty \left\{ \log u +\log\left(\frac{1}{1-e^{-u}} \right) \right\}\frac{du}{u}e^{-xu} $$ tiene la expansión asintótica $$ f(x)=\frac{1}{2x}-\frac{B_1}{2^2x^2}+\frac{B_3}{4^2x^4}-\frac{B_5}{6^2x^6}+\;... \;, $$ donde $$B_1, B_3, ...$$ son los números de Bernoulli.

Muestran también que f(x) puede ser desarrollada como una absolutamente convergente la serie de la forma $$ f(x)=\sum_{k=1}^\infty\frac{c_k}{(x+1)(x+2)...(x+k)} $$

Answer 1

Tenga en cuenta que:$$\frac{d}{du} \left\{ \ln u + \ln \left( \frac{1}{1- e^{-u}}\right) \right\} = \frac{1}{u} - \frac{1}{e^u - 1} = -\sum_{n = 1}^{+\infty} \frac{B_n u^{n-1}}{n!}$ $ luego:$$\ln u + \ln \left( \frac{1}{1- e^{-u}}\right) = -\sum_{n=1}^{+\infty} \frac{B_n}{n! \cdot n} u^n $ $

así que podemos reescribir la integral como:$$-\int_0^{+\infty} \sum_{n=1}^{+\infty} \frac{B_n}{n! \cdot n} u^n \cdot \frac{e^{-xu}}{u} \, du = - \sum_{n=1}^{+\infty} \frac{B_n}{n! \cdot n} \cdot \frac{(n-1)!}{x^n} = - \sum_{n=1}^{+\infty} \frac{B_n}{n^2 x^n}$ $ En otras palabras, es igual a:$$f(x) = \frac{1}{2x} - \frac{B_2}{2^2 \cdot x^2} + \frac{B_4}{4^2 \cdot x^4} - \ldots$ $

He usado la misma notación para los números de Bernoulli que en MathWorld .