少し前に Twitterに投稿した問題 ∑0≤n(23)n2n!2(3n+1)2=?について解説する. 結果は以下のようになる.
∑0≤n(23)n2n!2(3n+1)2=Γ(13)427Γ(23)2
まず,∑0≤n(23)n2n!2(n+13)2=1Γ(13)Γ(23)∫01∑0≤n(23)nn!(n+13)2un+13⋅du(u(1−u))23=1Γ(13)Γ(23)∫0<s<t<u<1ds(s(1−s))23dttdu(u(1−u))23=1Γ(13)Γ(23)∫0<s<t<u<1ds(s(1−s))23dt1−tdu(u(1−u))23(s,t,u)↦(1−u,1−t,1−s)=1Γ(13)Γ(23)∫01∑0≤n<m(23)nn!(n+13)um+13m+13du(u(1−u))23=∑0≤n<m(23)nn!(n+13)(23)mm!(m+13)=12((∑0≤n(23)nn!(n+13))2−∑0≤n(23)n2n!2(n+13)2)である. よって,∑0≤n(23)n2n!2(n+13)2=13(∑0≤n(23)nn!(n+13))2が得られる. ここで,∑0≤n(23)nn!(n+13)=∫01dt(t(1−t))23=Γ(13)2Γ(23)であるから,∑0≤n(23)n2n!2(3n+1)2=Γ(13)427Γ(23)2を得る.
この問題は, 超幾何級数で書き表すと∑0≤n(23)n2n!2(3n+1)2=4F3[23,23,13,131,43,43;1]と4F3で書き表されるが, 一般の4F3[a,b,c,d1+a−b,1+a−c,1+a−d;1]に対する和公式はないということもあって, 超幾何級数の観点から証明を与えるのは比較的難しいと思われる.
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