Question Number 214302 by universe last updated on 04/Dec/24 | ||
![]() | ||
$$\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\:\frac{\mathrm{1}}{{n}\left(\mathrm{4}{n}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }=\:? \\ $$ | ||
Answered by MrGaster last updated on 24/Dec/24 | ||
![]() | ||
$$\left(\mathrm{4}{n}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} =\mathrm{16}{n}^{\mathrm{2}} −\mathrm{8}{n}+\mathrm{1} \\ $$$$\therefore\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{{n}\left(\mathrm{16}{n}^{\mathrm{2}} −\mathrm{8}{n}+\mathrm{1}\right)} \\ $$$$\Rrightarrow\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{16}{n}^{\mathrm{3}} −\mathrm{8}{n}^{\mathrm{2}} +{n}} \\ $$$$\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{16}{n}^{\mathrm{2}} }−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{16}{n}^{\mathrm{3}} }+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{16}{n}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{8}{n}^{\mathrm{2}} }+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{8}{n}^{\mathrm{3}} }−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{8}{n}}+\frac{\mathrm{1}}{{n}}\right) \\ $$$$\Rrightarrow\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{16}{n}^{\mathrm{2}} }−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{16}{n}^{\mathrm{3}} }−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{8}{n}^{\mathrm{2}} }+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{8}{n}^{\mathrm{3}} }+\frac{\mathrm{7}}{\mathrm{16}{n}}\right) \\ $$$$\Rrightarrow\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\left(−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{16}{n}^{\mathrm{3}} }+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{8}{n}^{\mathrm{3}} }−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{16}{n}^{\mathrm{2}} }−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{8}{n}^{\mathrm{2}} }+\frac{\mathrm{7}}{\mathrm{16}{n}}\right) \\ $$$$\Rrightarrow\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{8}{n}^{\mathrm{3}} }−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{16}{n}^{\mathrm{3}} }−\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{16}{n}^{\mathrm{2}} }+\frac{\mathrm{7}}{\mathrm{16}{n}}\right) \\ $$$$\Rrightarrow\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{16}{n}^{\mathrm{3}} }−\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{16}{n}^{\mathrm{2}} }+\frac{\mathrm{7}}{\mathrm{16}{n}}\right) \\ $$$$\Rrightarrow\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{16}}\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\left(\frac{\mathrm{1}}{{n}^{\mathrm{3}} }−\frac{\mathrm{3}}{{n}^{\mathrm{2}} }+\frac{\mathrm{7}}{{n}}\right) \\ $$$$\Rrightarrow\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{16}}\left(\zeta\left(\mathrm{3}\right)−\mathrm{3}\zeta\left(\mathrm{2}\right)+\mathrm{7}\cancel{\zeta\left(\mathrm{1}\right)}\right) \\ $$$$\Rrightarrow\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{16}}\left(\zeta\left(\mathrm{3}\right)−\mathrm{3}\zeta\left(\mathrm{2}\right)\right) \\ $$$$\Rrightarrow\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{16}}\left(\underset{\mathrm{simplification}} {\underbrace{\zeta\left(\mathrm{3}\right)}}\:−\underset{\mathrm{simplification}} {\underbrace{\mathrm{3}\centerdot\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{6}}}}\right) \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{16}}\left(\zeta\left(\mathrm{3}\right)−\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}}\right) \\ $$ | ||