En el beta de Dirichlet función suma $\sum_{k=2}^\infty\Big[1-\beta(k) \Big]$

Question

Dada la función beta de Dirichlet,

$$\beta(k) = \sum_{n=0}^\infty\frac{(-1)^n}{(2n+1)^k}$$

(Los casos k = 2 es la constante de Catalan.) Al parecer,

$$\sum_{k=2}^\infty\Big[1-\beta(k) \Big] = \frac{1}{4}\big(\pi+\log(4)-4\big)=0.131971\dots$$

o, en general, para alguna constante p > 0,

$$\sum_{k=2}^\infty\left[1-\sum_{n=0}^\infty\frac{(-1)^n}{(pn+1)^k} \right] = \sum_{m=1}^\infty\frac{1}{2p^2m^2+3pm+1}$$

¿Alguien sabe como demostrar el general propuesta la igualdad? (Esto es similar a la pregunta sobre la suma de zeta aquí.)

Answer 1

Aquí es una manera de obtener un poco diferente resultado:

Observe que $$\sum_{k=2}^{\infty}\left[1-\sum_{n=0}^{\infty}\frac{(-1)^{n}}{(pn+1)^{k}}\right]=\sum_{k=2}^{\infty}\sum_{n=1}^{\infty}\frac{(-1)^{n-1}}{(pn+1)^{k}}$$

$$=\sum_{n=1}^{\infty}(-1)^{n-1}\sum_{k=2}^{\infty}\frac{1}{(pn+1)^{k}}=\sum_{n=1}^{\infty}\frac{(-1)^{n-1}}{(pn+1)^{2}}\sum_{k=0}^{\infty}\frac{1}{(pn+1)^{k}}.$$ Now, since $$\sum_{k=0}^{\infty}\frac{1}{(pn+1)^{k}}=\frac{1}{1-\frac{1}{pn+1}}=\frac{pn+1}{pn},$$ nuestra serie es

$$\sum_{n=1}^{\infty}\frac{(-1)^{n-1}}{pn(pn+1)}.$$

Enchufar en el caso de $p=2$ parece estar de acuerdo con su identidad de la primera.

Observación: el Uso de fracciones parciales, podemos ir un poco más allá. Observe que $$\sum_{n=1}^{\infty}\frac{(-1)^{n-1}}{pn(pn+1)}=\sum_{n=1}^{\infty}(-1)^{n-1}\left(\frac{1}{pn}-\frac{1}{pn+1}\right)=\frac{\log 2}{p}-\sum_{n=1}^{\infty}\frac{(-1)^{n-1}}{pn+1} $$

Supongamos $p$ es un número entero, y deje $\zeta_{p}$ $p^{th}$ raíz de la unidad. A continuación, considere la posibilidad de $$\frac{\log\left(1+z\right)}{z}+\frac{\log\left(1+\zeta_{p}z\right)}{\zeta_{p}z}+\cdots+\frac{\log\left(1+\zeta_{p}^{p-1}z\right)}{\zeta_{p}^{p-1}z}=\sum_{n=1}^{\infty}\frac{\left(-1\right)^{n-1}}{n}z^{n-1}\sum_{k=0}^{p-1}\zeta_{p}^{k(n-1)} $$

$$=\sum_{n=1}^{\infty}\frac{\left(-1\right)^{n-1}}{pn+1}z^{pn}.$$ Letting $z=1,$ we have the identity $$\sum_{n=1}^{\infty}\frac{\left(-1\right)^{n-1}}{pn+1}=\sum_{k=0}^{p-1}\frac{\log\left(1+\zeta_{p}^{k}\right)}{\zeta_{p}^{k}z},$$ so our original series is $$\frac{1}{p}\log2+\sum_{k=0}^{p-1}\frac{\log\left(1+\zeta_{p}^{k}\right)}{\zeta_{p}^{k}z}.$$