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高校数学解説
文献あり

積分(メモ)

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ln3xln(1x)1xdx=H1(x)ln3x+Li2(x)ln3x+3H2(x)ln2x3Li3(x)ln2x6H3(x)lnx+6Li4(x)lnx+6H4(x)6Li5(x)

ln3xln(1x)1xdx=k1Hkxkln3kdx=k1Hkxkln3kdx=k1Hk3k3[xkdx]=k1Hk3k3[xk+1k+1]=k1Hk[xk+1ln3xk+13xk+1ln2x(k+1)2+6xk+1lnx(k+1)36xk+1(k+1)4]=ln3xk1Hk+1xk+1k+1+ln3xk1xk+1(k+1)2+3ln2xk1Hk+1xk+1(k+1)23ln2xk1xk+1(k+1)36lnxk1Hk+1xk+1(k+1)3+6lnxk1xk+1(k+1)4+6k1Hk+1xk+1(k+1)46lnxk1xk+1(k+1)4=H1(x)ln3x+Li2(x)ln3x+3H2(x)ln2x3Li3(x)ln2x6H3(x)lnx+6Li4(x)lnx+6H4(x)6Li5(x)

01lnxln(1+x)1xdx=32ζ(2)ln2+ζ(3)

01lnxln(1+x)1xdx=[0xlny1ydyln(1+x)]0101J(x)1+xdx(J(x)=0xlny1ydyx[0,1])=ζ(2)ln20101xlnxy(1xy)(1+x)dydx=ζ(2)ln201(01xlny(1xy)(1+x)dx)dy01(01xlnx(1xy)(1+x)dy)dx=ζ(2)ln2+01[ln(1xy)y(1+y)+ln(1+x)1+y]x=0x=1lnydy+01[ln(1xy)1+x]y=0y=1lnxdx=ζ(2)ln2+01ln(1y)lnyy(1+y)dy+ln201lny1+ydy+01ln(1x)lnx1+xdx=ζ(2)ln2+01ln(1y)lnyydy+ln201lny1+ydy=ζ(2)ln2+12(ln2xln(1x)+01ln2y1ydy)+ln2(01lny1ydy012ylny1y2dy)=ζ(2)ln2+1201ln2y1ydy+ln2(01lny1ydy1201lny1ydy)=32ζ(2)ln2+ζ(3)

01(ln2(1x)ln2(1+x)1xln22ln2(1x)1x)dx=18ζ(5)12ln2ζ(4)+2ln22ζ(3)23ln32ζ(2)2ζ(2)ζ(3)+110ln52+4Li5(12)

I=01(ln2(1x)ln2(1+x)1xln22ln2(1x)1x)dx=01ln2(1x)1x(ln2(1+x)ln22)dx=IBP2301ln3(1x)ln(1+x)1+xdx
ここで
a3b=(a+b)48(ab)48ab3b=ln(1+x)a=ln(1x)(ln(1x))3ln(1+x)=(ln(1x)+ln(1+x))48(ln(1x)ln(1+x))48(ln(1x))(ln(1+x))3
であるから
I=11201ln4(1x2)1+xdx11201ln4(1x)ln4(1+x)1+xdx2301ln(1x)ln3(1+x)1+xdx=(165ln5216ln32ζ(2)+48ln22ζ(3)54ln2ζ(4)24ζ(2)ζ(3)+72ζ(5))(452ζ(5))(6Li5(12)+6ζ(5)6ln2ζ(4)+3ln22ζ(3)ln32ζ(2)+14ln52)=18ζ(5)12ln2ζ(4)+2ln22ζ(3)23ln32ζ(2)2ζ(2)ζ(3)+110ln52+4Li5(12)

01ln4(1x2)1+x dx=01(1x)ln4(1x2)1x2 dx=x2=y1201(1y)(ln4(1y))(1y)y dy=IBP12001ln5(1y)y3/2 dy=120limx12y15y5B(x,y)=165ln5216ln32ζ(2)+48ln22ζ(3)54ln2ζ(4)24ζ(2)ζ(3)+72ζ(5)

01ln4(1x)ln4(1+x)1+x dx=1x1+x=y01ln4x1+x dx=452ζ(5)

01ln(1x)ln3(1+x)1+x dx=11+x=y121ln(2x1x)ln3xx dx=121ln4xx dx121ln(2x1)ln3xx dx=15ln52121ln(12x)ln3xx dxiπ4ln42ln(2x1)=ln(12x)iπ=15ln52+n12nn1/21xn1ln3x dxiπ4ln42=15ln52+n12nn(ln32n2n+3ln22n22n+6ln2n32n+6n42n6n4)iπ4ln42=15ln52+ln32ζ(2)+3ln22ζ(3)+6ln2ζ(4)+6ζ(5)6Li5(2)iπ4ln42
ここで
Li5(x)=74ζ(4)ln(x)16ζ(2)ln3(x)1120ln5(x)+Li5(1x)
x=2を代入して
Li5(2)=2ln2ζ(4)+13ln32ζ(2)1120ln52+Li5(12)iπ24ln42
これを先の結果に代入して
01ln(1x)ln3(1+x)1+x dx=6Li5(12)+6ζ(5)6ln2ζ(4)+3ln22ζ(3)ln32ζ(2)+14ln52

参考文献

[1]
Cornel, Almost Impossible Integral , Sums, and Series, 2019, 80
投稿日:2023620
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