- 50 名前：１３２人目の素数さん mailto:sage [2007/06/05(火) 02:32:32 ]
- >>15 [C854]
H_k=∫[0,1]Σ[j=0,k-1]t^j dt=∫[0,1](1-t^k)/(1-t) dt
n!/Π[j=0,n](k+j)=Γ(n+1)Γ(k)/Γ(n+k+1)=Β(k,n+1)=∫[0,1]t^(k-1)*(1-t)^n dt
これらから
H_k*n!/Π[j=0,n](k+j)
=∫[0,1](1-t^k)/(1-t) dt*∫[0,1]t^(k-1)*(1-t)^n dt
=[∫[0,x](1-t^k)/(1-t) dt*∫[0,x]t^(k-1)*(1-t)^n dt]_[x=0,1]
部分積分を使うことで
H_k*n!/Π[j=0,n](k+j)
=∫[0,1](1-x^k)/(1-x)∫[0,x]t^(k-1)*(1-t)^n dtdx
+∫[0,1]∫[0,x](1-t^k)/(1-t) dt*x^(k-1)*(1-x)^n dx
を得る。
kについてこれらの和を取る。(極限の順序交換の大雑把さは大目に見てください)
Σ[k=1,∞]∫[0,1](1-x^k)/(1-x)∫[0,x]t^(k-1)*(1-t)^n dtdx
=∫[0,1]∫[0,x] Σ[k=1,∞] {t^k-(tx)^k}/{t(1-x)}*(1-t)^n dtdx
=∫[0,1]∫[0,x](1-t)^(n-1)/(1-tx) dtdx
=∫[0,1]∫[t,1](1-t)^(n-1)/(1-tx) dxdt (積分の順序交換)
=∫[0,1]log(1+t)*(1-t)^(n-1)/t dt
同様に
Σ[k=1,∞]∫[0,1]∫[0,x](1-t^k)/(1-t) dt*x^(k-1)*(1-x)^n dx
=-∫[0,1]log(1-x^2)*(1-x)^(n-1)/x dx
=-∫[0,1]log(1-t^2)*(1-t)^(n-1)/t dt (変数をtに書き換えた)
以上から
Σ[k=1,∞]H_k*n!/Π[j=0,n](k+j)
=∫[0,1]log(1+t)*(1-t)^(n-1)/t dt -∫[0,1]log(1-t^2)*(1-t)^(n-1)/t dt
=-∫[0,1]log(1-t)*(1-t)^(n-1)/t dt
=∫[0,∞]y*e^(-ny)/{1-e^(-y)} dy ( y=-log(1-t) と変数変換)
=∫[0,∞]Σ[j=n,∞]y*e^(-jy) dy
=Σ[j=n,∞]1/j^2=π^2/6-Σ[j=1,n-1]1/j^2
ゆえ
Σ[k=1,∞]H_k/Π[j=0,n](k+j)=1/(n!)*{π^2/6-Σ[j=1,n-1]1/j^2}
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