4

𝐭𝐚𝐧𝐡𝝅𝒏, 𝐜𝐬𝐜𝐡𝝅𝒏 を含む級数

62
0

次の等式を証明する。

THEOREM

1.n=1tanhπnn(n2z2)+n=01(n+12)((n+12)2+z2)tanhπ(n+12)=π2z2(1tanhπztanπz)
2.n=11(n2z2)coshπn+n=0(1)n((n+12)2+z2)tanhπ(n+12)=12z2(1πztanπzcoshπz)
3.n=1n(n4z4)tanhπn=π4z2(1π2z21tanπztanhπz)
4.n=11(n2z2)cosh2πn+n=0(1((n+12)2+z2)tanh2π(n+12)+2n+1π((n+12)2+z2)2tanhπ(n+12))=πtanhπz2z+12z2π2ztanπzcosh2πz

1の証明

n=1tanhπnn(n2z2)=n=12n(n2z2)0sin2πnxsinhπxdx=n=12n(n2z2)m=0mm+1sin2πnxsinhπxdx=m=0n=12n(n2z2)01sin2πn(x+m)sinhπ(x+m)dx=m=0n=12n(n2z2)01sin2πnxsinhπ(x+m)dx=2m=0012eπ(x+m)eπ(x+m)n=1sin2πnxn(n2z2)dx=4m,n=001eπ(x+m)(2n+1)π2z2(2xsin2πzxtanπz1+cos2πzx)dx=2πz2n=011eπ(2n+1)01eπ(2n+1)x(2xsin2πzxtanπz1+cos2πzx)dx=2π3z2n=011eπ(2n+1)1π2(2n+1)2(π2(2n+1)2+(2πz)2)(2(1eπ(2n+1))(4z2+(2n+1)2(1πztanπz))4πz2(2n+1)(1+eπ(2n+1)))=n=01(n+12)((n+12)2+z2)tanhπ(n+12)+16πn=01(2n+1)2((2n+1)2+(2z)2)+4πz2(1πztanπz)n=01(2n+1)2+(2z)2=n=01(n+12)((n+12)2+z2)tanhπ(n+12)+16ππ(πztanhπz)32z3+4πz2(1πztanπz)πtanhπz8z=n=01(n+12)((n+12)2+z2)tanhπ(n+12)+π2z2(1tanhπztanπz)

2の証明

 1の場合とほとんど同じ流れなので略証明を示す。

n=11(n2z2)coshπn=n=12n2z20cos2πnxcoshπxdx=m=0n=12n2z201cos2πnxcoshπ(x+m)dx=4m=001eπ(x+m)1+e2π(x+m)n=1cos2πnxn2z2dx=2z2n=0(1)n1eπ(2n+1)01eπ(2n+1)x(1πzsin2πzxπzcos2πzxtanπz)dx=2z2n=0(1)n(1π(2n+1)1π2n+1(2n+1)2+(2z)2πztanπz2z2((2n+1)2+(2z)2)tanhπ(n+12))=12z2(1πztanπzcoshπz)n=0(1)n((n+12)2+z2)tanhπ(n+12)

3の証明

 元となった積分は

0sin2πnxe2πx1dx=14(1tanhπn1πn)

であり,これに対して1n(n2z2)をかけて和をとる。

4の証明

 元となった積分は

0xcos2πnxsinhπxdx=14cosh2πn

であり,これに対して1n2z2をかけて和をとる。

投稿日:2022611
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