En Vladimir A. Smirnov libro de Herramientas de Analítica para las Integrales de Feynman (página 38), la siguiente identidad se sugiere realizar parcial de las fracciones de descomposición $$ \begin{split} \frac{1}{(x+x_1)^{a_1}(x+x_2)^{a_2}}&=\sum_{i=0}^{a_1-1}\binom{a_2-1+i}{a_2-1} \frac{(-1)^i}{(x_2-x_1)^{a_2+i}(x+x_1)^{a_1-i}} \\ &\qquad+\sum_{i=0}^{a_2-1} \binom{a_1-1+i}{a_1-1}\frac{(-1)^{a_1}}{(x_2-x_1)^{a_1+i}(x+x_2)^{a_2-i}} \end{split} $$ donde $a_1$, $a_2>0$ y $\binom{n}{j}$ es un coeficiente binomial. Cómo demostrar esta identidad?
Respuesta
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Podemos escribir \begin{align} f(z)=\frac{1}{(z+r_1)^{n_1}(z+r_2)^{n_2}}=\sum^{n_1}_{k=1}\frac{a_k}{(z+r_1)^{k}}+\sum^{n_2}_{k=1}\frac{b_k}{(z+r_2)^{k}} \end{align} donde $a_k$ $b_k$ son los coeficientes a determinar.
Para evaluar $a_k$, simplemente se nota que $a_k$ es el coeficiente de $\dfrac{1}{z+r_1}$$(z+r_1)^{k-1}f(z)$. Es decir, \begin{align} a_k &=\operatorname*{Res}_{z=-r_1}\frac{1}{(z+r_1)^{n_1-k+1}(z+r_2)^{n_2}}\\ &=\frac{1}{(n_1-k)!}\frac{d^{n_1-k}}{dz^{n_1-k}}\frac{1}{(z+r_2)^{n_2}}\Bigg{|}_{z=-r_1}\\ &=\frac{1}{(n_1-k)!}\frac{(-1)^{n_1-k}n_2(n_2+1)\cdots(n_2+n_1-k-1)}{(r_2-r_1)^{n_1+n_2-k}}\\ &=\frac{(-1)^{n_1-k}}{(r_2-r_1)^{n_1+n_2-k}}\binom{n_2+n_1-k-1}{n_2-1} \end{align} Del mismo modo, $b_k$ es el coeficiente de $\dfrac{1}{z+r_2}$$(z+r_2)^{k-1}f(z)$. Así $$b_k=\frac{(-1)^{n_2-k}}{(r_1-r_2)^{n_1+n_2-k}}\binom{n_1+n_2-k-1}{n_1-1}$$ Llegamos a la identidad, luego de un índice de cambio y de invertir el orden de la suma. \begin{align} f(z) =&\sum^{n_1}_{k=1}\binom{n_2+n_1-k-1}{n_2-1}\frac{(-1)^{n_1-k}}{(r_2-r_1)^{n_1+n_2-k}(z+r_1)^k}\\ &+\sum^{n_2}_{k=1}\binom{n_1+n_2-k-1}{n_1-1}\frac{(-1)^{n_2-k}}{(r_1-r_2)^{n_1+n_2-k}(z+r_2)^k}\\ =&\sum^{n_1-1}_{k=0}\binom{n_2+n_1-k-2}{n_2-1}\frac{(-1)^{n_1-k-1}}{(r_2-r_1)^{n_1+n_2-k-1}(z+r_1)^{k+1}}\\ &+\sum^{n_2-1}_{k=0}\binom{n_1+n_2-k-2}{n_1-1}\frac{(-1)^{n_2-k-1}}{(r_1-r_2)^{n_1+n_2-k-1}(z+r_2)^{k+1}}\\ =&\color{red}{\sum^{n_1-1}_{k=0}\binom{n_2+k-1}{n_2-1}\frac{(-1)^{k}}{(r_2-r_1)^{n_2+k}(z+r_1)^{n_1-k}}}\\ &\color{red}{+\sum^{n_2-1}_{k=0}\binom{n_1+k-1}{n_1-1}\frac{(-1)^{k}}{(r_1-r_2)^{n_1+k}(z+r_1)^{n_2-k}}}\\ \end{align} Enlace
