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AIが出力した積分を解く②

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前回に引き続き

Chat-GPTに「もっと難しい定積分の問題作って」と入力して出てきた 問題 を解いたときのメモです。

問題

01x2ln2(x)(1x2)2dx=18(π27ζ(3))

下準備

今回解くのに使う道具をまとめときます。

道具集

x2(1x2)2=14(1(x1)2+1(x+1)2+1x11x+1)
01ln2(x)xndx=2(n+1)3

上の部分分数分解をしてから下の式でそれぞれ処理していきます。

解く

01x2ln2(x)(1x2)2dx=1401ln2(x)(1(x1)2+1(x+1)2+1x11x+1)dx=14(01ln2(x)(x1)2dx+01ln2(x)(x+1)2dx+01ln2(x)x1dx01ln2(x)x+1dx)
01ln2(x)(x1)2dx=01ln2(x)(1+x+x2+)(1+x+x2+)dx=01ln2(x)n=0(n+1)xndx=n=001(n+1)ln2(x)xndx=n=02(n+1)(n+1)3=2ζ(2)=π23

01ln2(x)(x+1)2dx=01ln2(x)n=0(n+1)(1)nxndx=n=02(n+1)(1)n(n+1)3=2n=01(n+1)24n=11(2n)2=2ζ(2)ζ(2)=π26

01ln2(x)x1dx=01ln2(x)n=0xndx=n=02(n+1)3=2ζ(3)

01ln2(x)x+1dx=01ln2(x)n=0(1)nxndx=n=02(1)n(n+1)3=2n=01(n+1)34n=11(2n)3=2ζ(3)12ζ(3)=32ζ(3)

01x2ln2(x)(1x2)2dx=14(π23+π262ζ(3)32ζ(3))=18(π27ζ(3))

投稿日:202395
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