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Demostrar que $\displaystyle{\sum_{n=1}^{\infty}}(-1)^{n-1} \dfrac{H_n}{n} = \dfrac{\pi^2}{12} - \dfrac{1}{2}\ln^2 2$

Sabemos que $H_n = \sum_{j=1}^{n}{1 \over j}$. Artículo en La Suma de algunas Series Relacionadas Con la Armónica de los Números de Omran Kolba, tenemos la prueba de identidad que involucra a algunos de los más avanzados conceptos.

Traté de girar a la suma en una integral definida, y no podía. Agradezco cualquier ayuda.

$$ \sum_{n=1}^{\infty}(-1)^{n-1} \dfrac{H_n}{n} = \sum_{n=1}^{\infty}\dfrac{(-1)^{n-1}}{n}\sum_{i=2}^{n+1}\dfrac{1}{i+1} = \sum_{n=1}^{\infty}\dfrac{(-1)^{n-1}}{n}\sum_{i=2}^{n+1}\int_{0}^{1}x^{i}dx = ? $$

11voto

Renan Puntos 6004

Usted puede considerar que el estándar de la identidad $$\sum_{n=1}^{\infty}H_n x^{n-1} = -\dfrac{\ln(1-x)}{x(1-x)} \quad -1 < x<1,\,x\neq0.$$ Then integrate from $x=-1$ to $x=0$ to obtain easily$$\sum_{n=1}^{\infty}(-1)^{n-1} \dfrac{H_n}{n} \!= -\! \int_{-1}^{0}\dfrac{\ln(1-x)}{x(1-x)} dx = -\!\int_{-1}^{0}\left(\dfrac{\ln(1-x)}{x}\! + \!\dfrac{\ln(1-x)}{1-x}\right) \! dx=\dfrac{\pi^2}{12} - \dfrac{1}{2}\ln^2 2.$$

9voto

Felix Marin Puntos 32763

$\newcommand{\+}{^{\daga}} \newcommand{\ángulos}[1]{\left\langle\, nº 1 \,\right\rangle} \newcommand{\llaves}[1]{\left\lbrace\, nº 1 \,\right\rbrace} \newcommand{\bracks}[1]{\left\lbrack\, nº 1 \,\right\rbrack} \newcommand{\ceil}[1]{\,\left\lceil\, nº 1 \,\right\rceil\,} \newcommand{\dd}{{\rm d}} \newcommand{\down}{\downarrow} \newcommand{\ds}[1]{\displaystyle{#1}} \newcommand{\expo}[1]{\,{\rm e}^{#1}\,} \newcommand{\fermi}{\,{\rm f}} \newcommand{\piso}[1]{\,\left\lfloor #1 \right\rfloor\,} \newcommand{\mitad}{{1 \over 2}} \newcommand{\ic}{{\rm i}} \newcommand{\iff}{\Longleftrightarrow} \newcommand{\imp}{\Longrightarrow} \newcommand{\isdiv}{\,\left.\a la derecha\vert\,} \newcommand{\cy}[1]{\left\vert #1\right\rangle} \newcommand{\ol}[1]{\overline{#1}} \newcommand{\pars}[1]{\left (\, nº 1 \,\right)} \newcommand{\partiald}[3][]{\frac{\partial^{#1} #2}{\parcial #3^{#1}}} \newcommand{\pp}{{\cal P}} \newcommand{\raíz}[2][]{\,\sqrt[#1]{\vphantom{\large Un}\,#2\,}\,} \newcommand{\sech}{\,{\rm sech}} \newcommand{\sgn}{\,{\rm sgn}} \newcommand{\totald}[3][]{\frac{{\rm d}^{#1} #2}{{\rm d} #3^{#1}}} \newcommand{\ul}[1]{\underline{#1}} \newcommand{\verts}[1]{\left\vert\, nº 1 \,\right\vert} \newcommand{\wt}[1]{\widetilde{#1}}$ $\ds{}$ Tenga en cuenta que \begin{align} H_{n}&=\int_{0}^{1}{1 - t^{n} \over 1 - t}\,\dd t =-n\int_{0}^{1}\ln\pars{1 - t}t^{n - 1}\,\dd t \end{align} donde integramos por partes.

tal que \begin{align} \color{#66f}{\large\sum_{n = 1}^{\infty}\pars{-1}^{n - 1}\,{H_{n} \over n}}& =-\int_{0}^{1}\ln\pars{1 - t}\sum_{n = 1}^{\infty}\pars{-t}^{n - 1}\,\dd t =-\int_{0}^{1}{\ln\pars{1 - t} \over 1 + t}\,\dd t \\[3mm]&=-\int_{0}^{1}{\ln\pars{t} \over 2 - t}\,\dd t =-\int_{0}^{1/2}{\ln\pars{2t} \over 1 - t}\,\dd t =-\int_{0}^{1/2}{\ln\pars{1 - t} \over t}\,\dd t \\[3mm]&=\int_{0}^{1/2}{{\rm Li}_{1}\pars{t} \over t}\,\dd t =\int_{0}^{1/2}{\rm Li}_{2}'\pars{t}\,\dd t={\rm Li}_{2}\pars{\half} =\\[3mm]&=\color{#66f}{\large{\pi^{2} \over 12} - \half\,\ln^{2}\pars{2}} \approx 0.5822 \end{align}

$\large\mbox{See this link}$.

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