この記事では, 二項係数の3乗が入った2つの級数
∑n=0∞(2nn)326n∑k=1n1k=2πΓ(34)4(π3−ln2)∑n=0∞(2nn)326n∑k=1n1k−12=π23Γ(34)4
に証明を与える. 用いる定理は以下である.
∑n=0∞(a)n(b)n(c)nn!(1+a−b)n(1+a−c)n=Γ(1+a2)Γ(1+a−b)Γ(1+a−c)Γ(1+a2−b−c)Γ(1+a)Γ(1+a2−b)Γ(1+a2−c)Γ(1+a−b−c)
まず, これをaに関して偏微分すると,
∑n=0∞(a)n(b)n(c)nn!(1+a−b)n(1+a−c)n∑k=1n(1k+a−1−1k+a−b−1k+a−c)=Γ(1+a2)Γ(1+a−b)Γ(1+a−c)Γ(1+a2−b−c)Γ(1+a)Γ(1+a2−b)Γ(1+a2−c)Γ(1+a−b−c)(12(ψ(1+a2)−ψ(1+a2−b)−ψ(1+a2−c)+ψ(1+a2−b−c))−ψ(1+a)+ψ(1+a−b)+ψ(1+a−c)−ψ(1+a−b−c))
ここにa=b=c=12を代入すると,
∑n=0∞(2nn)326n∑k=1n(1k−12−2k)=πΓ(34)4(12(ψ(54)−2ψ(34)+ψ(14))−ψ(32)+2ψ(1)−ψ(12))=πΓ(34)4(4ln2−π)
また, Dixonの恒等式をbに関して偏微分すると,
∑n=0∞(a)n(b)n(c)nn!(1+a−b)n(1+a−c)n∑k=1n(1k+b−1+1k+a−b)=Γ(1+a2)Γ(1+a−b)Γ(1+a−c)Γ(1+a2−b−c)Γ(1+a)Γ(1+a2−b)Γ(1+a2−c)Γ(1+a−b−c)(ψ(1+a2−b)−ψ(1+a2−b−c)−ψ(1+a−b)+ψ(1+a−b−c))
これにa=b=c=12を代入すると,
∑n=0∞(2nn)326n∑k=1n(1k−12+1k)=πΓ(34)4(ψ(34)−ψ(14)−ψ(1)+ψ(12))=πΓ(34)4(π−2ln2)
よって,
∑n=0∞(2nn)326n∑k=1n(1k−12−2k)=πΓ(34)4(4ln2−π)∑n=0∞(2nn)326n∑k=1n(1k−12+1k)=πΓ(34)4(π−2ln2)
の2つを用いて,
と求められる.
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