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Evaluar $\int_0^1 \frac{\ln \left(1+x+x^2+\cdots +x^{n} \right)}{x}dx$

Cómo evaluar $$\int_0^1 \frac{\ln \left(1+x+x^2+\cdots +x^{n} \right)}{x}dx$$ Mi intento: \begin{align*} \int_0^1 \frac{\ln \left(1+x+x^2+\cdots +x^{n} \right)}{x}dx &= \int_0^1 \frac{\ln \left(\dfrac{1-x^{n+1}}{1-x} \right)}{x}dx \\ &= \int_0^1 \frac{\ln \left({1-x^{n+1}} \right)}{x}dx -\int_0^1 \frac{\ln \left({1-x} \right)}{x}dx \\ &=\frac{1}{n+1} \int_0^1 \frac{\ln \left({1-x} \right)}{x}dx -\int_0^1 \frac{\ln \left({1-x} \right)}{x}dx \end{align*> pero ¿qué sigue? Llevo atascado aquí un rato.

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¿Cómo probar que $\ln{(1-x^{n+1})}=\frac{1}{n+1}\ln{(1-x)}$? Creo que utilizaste esto en tu derivación pero no sé cómo demostrarlo. Por favor, proporciona detalles sobre los pasos necesarios para demostrarlo o proporciona alguna referencia. Gracias de antemano

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Si $u=x^{n+1}$ entonces $\frac{du}{u}=(n+1)\frac{dx}{x}$. @FrankMoses Pero estoy de acuerdo, ese paso no fue obvio.

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@Frank Moses La igualdad que mencionaste es incorrecta. La idea de OP es correcta. Después de hacer la sustitución sugerida por Thomas Andrews, eventualmente obtenemos $$\int_0^1\frac{\ln(1-x^{n+1})}{x}dx=\frac{1}{n+1}\int_0^1\frac{\ln(1-x)}{x}dx$$

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SignalLost. Puntos 28

Tenga en cuenta que $$-\mathrm{Li}_{2}\left ( 1 \right )=\int_{0}^{1}\frac{\ln\left ( 1-x \right )}{x}\, \mathrm{d}x=-\sum_{n=1}^{\infty }\frac{1}{n}\int_{0}^{1}x^{n-1}\, \mathrm{d}x=-\sum_{n=1}^{\infty }\frac{1}{n^{2}}=-\frac{\pi ^{2}}{6}$$ y la respuesta seguirá.

6voto

Leg Puntos 14825

$$\int_0^1 \dfrac{\ln(1-x)}xdx = \int_0^1 \left(-\sum_{k=1}^{\infty} \dfrac{x^{k-1}}k\right)dx = -\sum_{k=1}^{\infty} \dfrac1k\int_0^1 x^{k-1}dx = - \sum_{k=1}^{\infty} \dfrac1{k^2} = -\zeta(2)$$

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