7 votos

¿Cuál es el valor de

La serie $\sum_{k=1}^{\infty }\frac{(-1)^{k+1}}{2k-1}=\frac{1}{1}-\frac{1}{3}+\frac{1}{5}-\frac{1}{7}+\dots$ converge a $\frac{\pi}{4}$ . Aquí, el signo alterna cada término.

La serie $\sum_{k=1}^{\infty }\frac{(-1)^\frac{k^2+k+2}{2}}{2k-1}=\frac{1}{1}+\frac{1}{3}-\frac{1}{5}-\frac{1}{7}+\dots$ también converge. Aquí, el signo alterna cada dos términos.

¿Cuál es el valor de convergencia, explícitamente, de la segunda serie?

La primera suma se señala arriba, porque podría ser una información útil para evaluar la segunda suma.

15voto

saulspatz Puntos 116

Deja $$\begin{align} S_1&=1-\frac15+\frac19-{1\over13}+\dots\\ S_2&=\frac13-\frac17+{1\over11}-{1\over15}+\dots \end{align}$$ so that the sum we seek is $S_1+S_2.$ T0 calcular $S_1,$ consideran $$f(x) = 1-{x^5\over5}+{x^9\over9}-{x^{13}\over13}+\dots$$ so that $$f'(x)=-x^4+x^8-x^{12}+\dots={-x^4\over1+x^4},\ |x|<1$$ y $$f(x)=\int_0^x{-t^4\over1+t^4}\mathrm{dt}+f(0),\ |x|<1$$ Por Abel el teorema del límite, $$S_1=\lim_{x\to1-}\int_0^x{-t^4\over1+t^4}\mathrm{dt}+f(0)=1-\int_0^1{t^4\over1+t^4}\mathrm{dt}$$ and we can do a similar calculation for $S_2$ to get $$S_2=\int_0^1{t^2\over1+t^4}\mathrm{dt}$$

Las integrales son primarias, pero tedioso, y le dejo a usted. (Francamente, me gustaría hacerlo escribiendo en la WolframAlpha. Usted puede conseguir el indefinido integrales, y se les echa por la diferenciación, si lo desea.) Si usted realmente quiere hacer a mano, creo que es más fácil considerar sólo las integrales definidas, y dividir el denominador en factores lineales utilizando números complejos, pero no sé si usted ha aprendido acerca de los complejos integrales todavía.

8voto

E.H.E Puntos 8642

Insinuación:

PS

PS

PS

$$\frac{1}{1}+\frac{1}{3}-\frac{1}{5}-\frac{1}{7}+\dots=\sum_{k=1}^{\infty }\frac{1}{8k-7}+\frac{1}{8k-5}-\frac{1}{8k-3}-\frac{1}{8k-1}$ $ $$=\sum_{k=1}^{\infty }(\frac{1}{8k-7}-\frac{1}{8k-1})+(\frac{1}{8k-5}-\frac{1}{8k-3})$ $

luego use $$=\sum_{k=1}^{\infty }(1+\frac{1}{8k+1}-\frac{1}{8k-1})+(\frac{1}{3}+\frac{1}{8k+3}-\frac{1}{8k-3})$ $

4voto

Anthony Shaw Puntos 858

$$ \begin{align} &\sum_{k=0}^\infty\left(\frac1{8k+1}+\frac1{8k+3}-\frac1{8k+5}-\frac1{8k+7}\right)\\ &=\sum_{k=0}^\infty\left(\frac1{8k+1}-\frac1{8k+7}\right)+\sum_{k=0}^\infty\left(\frac1{8k+3}-\frac1{8k+5}\right)\tag1\\ &=\sum_{k\in\mathbb{Z}}\frac1{8k+1}+\sum_{k\in\mathbb{Z}}\frac1{8k+3}\tag2\\ &=\frac18\sum_{k\in\mathbb{Z}}\frac1{k+\frac18}+\frac18\sum_{k\in\mathbb{Z}}\frac1{k+\frac38}\tag3\\ &=\frac\pi8\left[\cot\left(\frac\pi8\right)+\cot\left(\frac{3\pi}8\right)\right]\tag4\\[6pt] &=\frac{\pi\sqrt2}4\tag5 \end{align} $$ Explicación:
$(1)$: separar los dos absolutamente convergente la serie
$(2)$: cada serie se puede escribir como una suma de $\mathbb{Z}$
$(3)$: factor de $\frac18$ de cada serie
$(4)$: aplicar $(7)$ a partir de esta respuesta
$(5)$: evaluar; $\cot\left(\frac\pi8\right)=1+\sqrt2$ e $\cot\left(\frac{3\pi}8\right)=-1+\sqrt2$

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