Euler Sums系列(四)
\[\Large\displaystyle \sum_{n=1}^\infty (-1)^n \frac{H_n}{2n+1}=\mathbf{G}-\frac{\pi}{2}\ln(2)\]
\(\Large\mathbf{Proof:}\)
\(\Large\mathbf{Method~One:}\)
Using the relation \(\displaystyle H_{n} = \int_{0}^{1} \frac{1-x^n}{1-x} \mathrm{d}x\), we find that the series reduces to
\[\begin{align*} \sum_{n=1}^\infty (-1)^n \frac{H_n}{2n+1} &= \int_{0}^{1} \frac{2}{1-x^2} \left( \frac{\pi x}{4} - \arctan x \right) \mathrm dx \\ &= \int_{0}^{1} \frac{2}{1-x^2} \left( \arctan \left( \frac{1-x}{1+x} \right) - \frac{\pi (1-x)}{4} \right) \mathrm dx \\ &= \int_{0}^{1} \frac{2}{1-x^2} \arctan \left( \frac{1-x}{1+x} \right) \mathrm dx - \int_{0}^{1} \frac{\pi}{2(1+x)} \mathrm dx \end{align*}\]
For the former one, we use the substitution \(\displaystyle t = \frac{1-x}{1+x}\) to obtain that
\[\int_{0}^{1} \frac{2}{1-x^2} \arctan \left( \frac{1-x}{1+x} \right) \mathrm dx = \int_{0}^{1} \frac{\arctan t}{t} \mathrm dt = \mathbf{G}\]
The latter one reduces to \(\displaystyle -\frac{\pi}{2} \ln 2\), so the conclusion follows.
\[\Large\boxed{\displaystyle \sum_{n=1}^\infty (-1)^n \frac{H_n}{2n+1}=\color{Blue}{\mathbf{G}-\frac{\pi}{2}\ln(2)}}\]
\(\Large\mathbf{Method~Two:}\)
\[\sum_{n=1}^\infty (-1)^n H_n t^n = \frac{-\ln(1+t)}{1+t}\]
Let \(t=x^2\)
\[\sum_{n=1}^\infty (-1)^n H_n x^{2n} = \frac{-\ln(1+x^2)}{1+x^2}\]
Integrating with respect to \(x\) and interchanging integral and summation we get
\[\begin{align*}
&\sum_{n=1}^\infty (-1)^n H_n \int_0^1 x^{2n}\mathrm dx = - \int_0^1 \frac{\ln(1+x^2)}{1+x^2}\mathrm dx\\
&\sum_{n=1}^\infty (-1)^n \frac{H_n}{2n+1}=-\int_0^1 \frac{\ln(1+x^2)}{1+x^2}\mathrm dx
\end{align*}\]
In the integral, substitute \(\displaystyle x=\tan(\theta)\):
\[\sum_{n=1}^\infty (-1)^n \frac{H_n}{2n+1} = 2\int_0^{\frac{\pi}{4}}\ln(\cos \theta) \mathrm d\theta\]
The remaining integral is evaluated using a fourier series:
\[\begin{align*}
\sum_{n=1}^\infty (-1)^n \frac{H_n}{2n+1}
&= 2 \int_0^{\frac{\pi}{4}}\left( -\ln(2)-\sum_{j=1}^\infty \frac{(-1)^j \cos(2j\theta)}{j}\right)\mathrm d\theta \\ &=-\frac{\pi}{2}\ln(2) -2\sum_{j=1}^\infty \frac{(-1)^j}{j}\int_0^{\frac{\pi}{4}}\cos(2j \theta) \mathrm d\theta \\&= -\frac{\pi}{2}\ln(2)+\sum_{j=1}^\infty \frac{(-1)^{j+1}}{j^2}\sin \left( \frac{\pi j}{2}\right) \\
&=\Large\boxed{\displaystyle \color{Blue}{\mathbf{G}-\frac{\pi}{2}\ln(2)}}
\end{align*}\]
Euler Sums系列(四)的更多相关文章
- Euler Sums系列(六)
\[\Large\displaystyle \sum_{n=1}^{\infty}\frac{H_{2n}}{n(6n+1)}\] \(\Large\mathbf{Solution:}\) Let \ ...
- Euler Sums系列(五)
\[\Large\displaystyle \sum_{n=1}^{\infty} \frac{\widetilde{H_n}}{n^{3}}\] where \(\widetilde{H_n}\) ...
- Euler Sums系列(一)
\[\Large\sum_{n=1}^{\infty} \frac{H_{n}}{2^nn^4}\] \(\Large\mathbf{Solution:}\) Let \[\mathcal{S}=\s ...
- Euler Sums系列(三)
\[\Large\sum_{n=1}^{\infty}\frac{\left(H_{n}^{(2)}\right)^{2}}{n^{2}}=\frac{19}{24}\zeta(6)+\zeta^{2 ...
- Euler Sums系列(二)
\[\Large\sum_{n=0}^\infty \frac{H_{2n+1}}{(2n+1)^2}=\frac{21}{16}\zeta(3)\] \(\Large\mathbf{Proof:}\ ...
- 前端构建大法 Gulp 系列 (四):gulp实战
前端构建大法 Gulp 系列 (一):为什么需要前端构建 前端构建大法 Gulp 系列 (二):为什么选择gulp 前端构建大法 Gulp 系列 (三):gulp的4个API 让你成为gulp专家 前 ...
- Netty4.x中文教程系列(四) 对象传输
Netty4.x中文教程系列(四) 对象传输 我们在使用netty的过程中肯定会遇到传输对象的情况,Netty4通过ObjectEncoder和ObjectDecoder来支持. 首先我们定义一个U ...
- S5PV210开发系列四_uCGUI的移植
S5PV210开发系列四 uCGUI的移植 象棋小子 1048272975 GUI(图形用户界面)极大地方便了非专业用户的使用,用户无需记忆大量的命令,取而代之的是能够通过窗体.菜单 ...
- WCF编程系列(四)配置文件
WCF编程系列(四)配置文件 .NET应用程序的配置文件 前述示例中Host项目中的App.config以及Client项目中的App.config称为应用程序配置文件,通过该文件配置可控制程序的 ...
随机推荐
- RPC 学习(一)认识
文章部分描述来自参考资料 RPC 什么是RPC RPC(Remote Procedure Call)-远程过程调用,它是一种通过网络从远程计算机程序上请求服务,而不需要了解底层网络技术的协议. ...
- SARS病毒
每一道题目皆是一处美丽的风景: 何为科技的力量和程序的思维哦,在这暑假的编程之路上,我要好好地体验一番来嘞! 数学规律是:f(n)=2^(n-1)+4^(n-1). //递推分析可得!具体过程 ...
- python-PIL-16bit-灰度图像生成-tiff
import numpy from PIL import Image a=numpy.array(numpy.uint16([[12,23,34],[123,213,22]])) im=Image.f ...
- 扩展欧几里得求解同余方程(poj 1061)
设方程 ax + by = c , 若 gcd(a,b) 是 c的因子(记作gcd(a,b)|c)则方程有解,反之无解. 其中x0,y0是方程的一组特解 , d = gcd(a,b), poj1061 ...
- Cheapest Palindrome
这个区间dp解的话是先知道小区间再推大区间,具体需要分类讨论当小区间已经是回文串了,下一层判断,所以一层一个呢还是一层两个呢, 下面讨论一层一个的话是什么情况,那么如果一层两个,可以在评论区写下代码供 ...
- python中使用graphviz环境配置
去官网下载graphviz,并下一步安装 配置graphviz的bin目录到path环境变量下 python相关包: 使用conda注意:conda install graphviz 可能没用,要使用 ...
- Bugku-CTF加密篇之python(N1CTF) [HRlgC2ReHW1/WRk2DikfNBo1dl1XZBJrRR9qECMNOjNHDktBJSxcI1hZIz07YjVx]
python(N1CTF)
- PAT甲级题解分类byZlc
专题一 字符串处理 A1001 Format(20) #include<cstdio> int main () { ]; int a,b,sum; scanf ("%d %d& ...
- opencv安装中的各种问题汇总
问题1:opencv-2.4.10/modules/gpu/src/nvidia/core/NCV.cu(356): error : namespace "std" has no ...
- JS-常用方法合集
部分方法使用jQuery!!!//tab切换 /* * 参数tablist为触发事件id * 参数tabmain为执行切换id * 参数ev为触发事件的动作 */ function tab(tabli ...