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二項係数の3乗が入った級数その2

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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)326nk=1n1k=2πΓ(34)4(π3ln2)n=0(2nn)326nk=1n1k12=π23Γ(34)4

に証明を与える. 用いる定理は以下である.

Dixonの恒等式

n=0(a)n(b)n(c)nn!(1+ab)n(1+ac)n=Γ(1+a2)Γ(1+ab)Γ(1+ac)Γ(1+a2bc)Γ(1+a)Γ(1+a2b)Γ(1+a2c)Γ(1+abc)

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+ab)n(1+ac)nk=1n(1k+a11k+ab1k+ac)=Γ(1+a2)Γ(1+ab)Γ(1+ac)Γ(1+a2bc)Γ(1+a)Γ(1+a2b)Γ(1+a2c)Γ(1+abc)(12(ψ(1+a2)ψ(1+a2b)ψ(1+a2c)+ψ(1+a2bc))ψ(1+a)+ψ(1+ab)+ψ(1+ac)ψ(1+abc))

ここにa=b=c=12を代入すると,

n=0(2nn)326nk=1n(1k122k)=πΓ(34)4(12(ψ(54)2ψ(34)+ψ(14))ψ(32)+2ψ(1)ψ(12))=πΓ(34)4(4ln2π)

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+ab)n(1+ac)nk=1n(1k+b1+1k+ab)=Γ(1+a2)Γ(1+ab)Γ(1+ac)Γ(1+a2bc)Γ(1+a)Γ(1+a2b)Γ(1+a2c)Γ(1+abc)(ψ(1+a2b)ψ(1+a2bc)ψ(1+ab)+ψ(1+abc))

これにa=b=c=12を代入すると,

n=0(2nn)326nk=1n(1k12+1k)=πΓ(34)4(ψ(34)ψ(14)ψ(1)+ψ(12))=πΓ(34)4(π2ln2)

よって,

n=0(2nn)326nk=1n(1k122k)=πΓ(34)4(4ln2π)n=0(2nn)326nk=1n(1k12+1k)=πΓ(34)4(π2ln2)

の2つを用いて,

n=0(2nn)326nk=1n1k=2πΓ(34)4(π3ln2)n=0(2nn)326nk=1n1k12=π23Γ(34)4

と求められる.

投稿日:20231026
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Wataru
Wataru
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超幾何関数, 直交関数, 多重ゼータ値などに興味があります

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