Informática

Question

Estoy tratando de calcular:

$$ \sum_{m=0}^{\infty} \sum_{n=0}^{\infty}\frac{1}{\Gamma \left(\frac{m+n}{2}\right)\Gamma \left(\frac{1+m+n}{2} \right)}$$

(De CMJ)

Utilizando la fórmula de duplicación:

$$ \Gamma(x)\Gamma \left(x+\frac{1}{2} \right)=\frac{\sqrt{\pi}}{2^{2x-1}}\Gamma(2x)$$

$$ \frac{1}{\Gamma \left(\frac{m+n}{2}\right)\Gamma \left(\frac{1+m+n}{2} \right)}=\frac{1}{\sqrt{\pi}}\frac{2^{m+n-1}}{\Gamma(m+n)}=\frac{1}{\sqrt{\pi}}\frac{2^{m+n-1}}{(m+n-1)!}$$

Por lo tanto:

$$ \sum_{m=0}^{\infty}\frac{1}{\Gamma \left(\frac{m+n}{2}\right)\Gamma \left(\frac{1+m+n}{2} \right)}=\frac{1}{\sqrt{\pi}}\sum_{m=0}^{\infty}\frac{2^{m+n-1}}{(m+n-1)!}=\frac{1}{\sqrt{\pi}}\sum_{m=n-1}^{\infty} \frac{2^m}{m!}$$

$$ \frac{1}{\sqrt{\pi}}\sum_{m=n-1}^{\infty} \frac{2^m}{m!} \sim_{n\rightarrow\infty} \frac{1}{\sqrt{\pi}} \frac{2^{n-1}}{(n-1)!}$$

La serie $$ \sum_{n\geq1} \frac{1}{\sqrt{\pi}} \frac{2^{n-1}}{(n-1)!}$ $ es convergente por lo que:

$$ \sum_{m=0}^{\infty} \sum_{n=0}^{\infty}\frac{1}{\Gamma \left(\frac{m+n}{2}\right)\Gamma \left(\frac{1+m+n}{2} \right)}=\frac{1}{\sqrt{\pi}} \sum_{n=1}^{\infty} \sum_{m=n-1}^{\infty} \frac{2^m}{m!}$$

¿Hay una forma sencilla de calcular esta cantidad?

Answer 1

Reordenando los términos y los $k = m+n$ Armando (y dejando de lado uno donde $k=0$), obtenemos

$$\sum_{m=0}^{\infty} \sum_{n=0}^{\infty} \frac{1}{\Gamma(\frac{m+n}{2})\Gamma(\frac{1+m+n}{2})} = \sum_{m=0}^{\infty} \sum_{n=0}^{\infty} \frac{2^{m+n-1}}{\Gamma(m+n)\sqrt{\pi}}$$ $$= \sum_{k=1}^{\infty} \frac{(k+1)2^{k-1}}{(k-1)!\sqrt{\pi}} = \sum_{k=1}^{\infty} \frac{(k-1)2^{k-1}}{(k-1)!\sqrt{\pi}} + 2\sum_{k=1}^{\infty} \frac{2^{k-1}}{(k-1)!\sqrt{\pi}}$$$$ = \frac{2}{\sqrt{\pi}}\sum_{k=2}^{\infty} \frac{2^{k-2}}{(k-2)!} + \frac{2}{\sqrt{\pi}}e^2=\frac{4e^2}{\sqrt{\pi}}.$$