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級数botⅡの級数計算まとめ

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級数botⅡ が投稿する数式の証明をまとめる。

No. 20

ζ(3)=2π70mn(2mm)224m(2n+1)2

証明
π20mn(2mm)224m(2n+1)2=0n1(2n+1)2m=0n(2mm)22m01x2m1x2dx=0n1(2n+1)20111x2(1(2n+1)(2nn)22n0xt2n+11t2dt)dx=0111x2(π280xsin1t1t2dt)dx=120111x2(π24(sin1x)2)dx=120π2π24x2cosxdx=74ζ(3)

No. 22

ζ(3)=90<m<n(2mm)mn2(2nn)

証明

補題

1.0<k2k(k+nk)2=1nn(2nn)n<m3m2(2mm)2.0<k1k2(k+nk)2=(2nn)n<m3m2(2mm)
S:=0<m<n(2mm)mn2(2nn)=130<k1k20<m1m(k+mk)2=160<k1k2(1kk(2kk)k<m3m2(2mm))=ζ(3)6S2

よって

ζ(3)=9S

No. 34

ζ(4)=40<m<n(2mm)m2n2(2nn)+120<k<m<n(2mm)kmn2(2nn)

証明

補題

1.0<k2k(k+nk)2=1nn(2nn)n<m3m2(2mm)2.0<k2k3(k+nk)2=n<k1n3+9n<k<m(2kk)km2(2mm)
0<m,n2mn3(m+nm)2=0<n1n3(1nn(2nn)n<m3m2(2mm))=ζ(4)30<m<n(2mm)m2n2(2nn)0<m,n2mn3(m+nm)2=0<m1m(m<n1n3+9m<k<n(2kk)kn2(2nn))=ζ(1,3)+90<k<m<n(2mm)kmn2(2nn)=ζ(4)4+90<k<m<n(2mm)kmn2(2nn)

よって

ζ(4)=40<m<n(2mm)m2n2(2nn)+120<k<m<n(2mm)kmn2(2nn)

No. 41

β(2)=120mn2n(2m+1)(2n+1)(2nn)

証明
0mn2n(2m+1)(2n+1)(2nn)=0m12m+122m+1(2mm)012x2m1x2dx=201211x2sin1xx1x2dx=20π4xsinxcosxdx=0π2xsinxdx=2β(2)

No. 42

β(2)=120<m<n2m+nmn(2nn)

証明
0<m<n2m+nmn(2nn)=0<m22mm(2mm)0π2cosxsin2mx1+cos2xdx=20π2xsinx1+cos2xdx=2[xsinh1cosx]0π2+20π2sinh1cosxdx=20n(1)n(2nn)22n(2n+1)0π2cos2n+1xdx=20n(1)n(2n+1)2=2β(2)

No. 50

0n(2nn)24n(2n+1)3=7π3216

証明
0n(2nn)24n(2n+1)3=0n(2nn)22n012x2nln212xdx=012ln212x1x2dx=0π6ln212sinxdx=0π6ln2ieixeixdx=1eπi6ln2ixx21dxix=2ieπi311xln2x(1x)2dx

 ln2を展開し,各項は多重対数関数で書くことができる.Li3(eπi3)=ζ(3)3+5π3i162などの各特殊値を代入して7π3216となる.

投稿日:2022321
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