Cómo encontrar esta $\sum\limits_{n=0}^{\infty}(-1)^{n}\left(\frac{1}{n+1}-\frac{1}{n+2}+\frac{1}{n+3}-\cdots\right)^{2}$

Question

Encontrar el valor $$\sum\limits_{n=0}^{\infty}(-1)^{n}\left(\frac{1}{n+1}-\frac{1}{n+2}+\frac{1}{n+3}-\cdots\right)^{2}$$

Este problema es de esto:http://www.artofproblemsolving.com/Forum/viewtopic.php?f=67&t=547000&p=3185087#p3185087

y yo, muy interesante Este problema,Pero no puedo resolverlo.Gracias

mi idea

$$(-1)^{k-1}\dfrac{1}{n+k}=(-1)^{-n}\int_{0}^{-1}x^{n+k-1}dx$$ así \begin{align*}\sum\limits_{n=0}^{\infty}(-1)^{n}\left(\frac{1}{n+1}-\frac{1}{n+2}+\frac{1}{n+3}-\cdots\right)^{2}&=\sum_{n=0}^{\infty}(-1)^n\left(\sum_{k=1}^{\infty}(-1)^n\int_{0}^{-1}x^{n+k-1}dx\right)^2\\ &=\sum_{n=0}^{\infty}(-1)^n\left(\int_{0}^{-1}\sum_{k=1}^{\infty}x^{n+k-1}dx\right)^2\\ &=\sum_{n=0}^{\infty}(-1)^n\left(\int_{0}^{-1}\dfrac{x^n}{1-x} dx \right)^2 \end{align*}

y $$

Answer 1

Usted puede tomar esa última expresión y convertirlo en un integral que se obtiene un resultado que está de acuerdo con ambos Mathematica y la respuesta enlazado (y no muy explicado).

Su última suma se puede escribir como

$$\begin{align}\sum_{n=0}^{\infty} (-1)^n \int_0^{-1} dx \frac{x^n}{1-x} \, \int_0^{-1} dy \frac{y^n}{1-y}&= \int_0^{-1} dx \frac{1}{1-x} \, \int_0^{-1} dy \frac{1}{1-y} \sum_{n=0}^{\infty} (-1)^n x^n y^n \\ &= \int_0^{-1} dx \frac{1}{1-x} \, \int_0^{-1} dy \frac{1}{1-y} \frac{1}{1+x y} \\&= \int_0^{-1} dx \frac{1}{1-x} \, \int_0^{-1} dy \left (\frac{1}{1+x}\frac{1}{1-y}+ \frac{x}{1+x} \frac{1}{1+x y}\right )\\ &= \int_0^{-1} dx \frac{\log{(1-x)}-\log{2}}{1-x^2} \\ &= \frac{\pi^2}{24}\end{align}$$

ANEXO

Que la última integral se puede evaluar mediante la sustitución de $x=1-2 u$ como sigue:

$$\begin{align}\int_0^{-1} dx \frac{\log{(1-x)}-\log{2}}{1-x^2} &= -\frac12 \int_{1/2}^1 du \frac{\log{u}}{u-u^2} \\ &= -\frac12 \int_{1/2}^1 du \frac{\log{u}}{u}-\frac12 \int_{1/2}^1 du \frac{\log{u}}{1-u} \\ &= \frac12 \log^2{2} + \frac12 \text{Li}_2\left(\frac12\right) \\ &= \frac12 \log^2{2} + \frac{\pi^2}{24} - \frac12 \log^2{2}\end{align}$$

El resultado de la siguiente manera.