\[\Large\displaystyle \sum_{n=1}^\infty (-1)^n \frac{H_n}{2n+1}=\mathbf{G}-\frac{\pi}{2}\ln(2)\]


\(\Large\mathbf{Proof:}\)
\(\Large\mathbf{Method~One:}\)
Using the relation \(\displaystyle H_{n} = \int_{0}^{1} \frac{1-x^n}{1-x} \mathrm{d}x\), we find that the series reduces to
\[\begin{align*} \sum_{n=1}^\infty (-1)^n \frac{H_n}{2n+1} &= \int_{0}^{1} \frac{2}{1-x^2} \left( \frac{\pi x}{4} - \arctan x \right) \mathrm dx \\ &= \int_{0}^{1} \frac{2}{1-x^2} \left( \arctan \left( \frac{1-x}{1+x} \right) - \frac{\pi (1-x)}{4} \right) \mathrm dx \\ &= \int_{0}^{1} \frac{2}{1-x^2} \arctan \left( \frac{1-x}{1+x} \right) \mathrm dx - \int_{0}^{1} \frac{\pi}{2(1+x)} \mathrm dx \end{align*}\]
For the former one, we use the substitution \(\displaystyle t = \frac{1-x}{1+x}\) to obtain that
\[\int_{0}^{1} \frac{2}{1-x^2} \arctan \left( \frac{1-x}{1+x} \right) \mathrm dx = \int_{0}^{1} \frac{\arctan t}{t} \mathrm dt = \mathbf{G}\]
The latter one reduces to \(\displaystyle -\frac{\pi}{2} \ln 2\), so the conclusion follows.
\[\Large\boxed{\displaystyle \sum_{n=1}^\infty (-1)^n \frac{H_n}{2n+1}=\color{Blue}{\mathbf{G}-\frac{\pi}{2}\ln(2)}}\]


\(\Large\mathbf{Method~Two:}\)
\[\sum_{n=1}^\infty (-1)^n H_n t^n = \frac{-\ln(1+t)}{1+t}\]
Let \(t=x^2\)
\[\sum_{n=1}^\infty (-1)^n H_n x^{2n} = \frac{-\ln(1+x^2)}{1+x^2}\]
Integrating with respect to \(x\) and interchanging integral and summation we get
\[\begin{align*}
&\sum_{n=1}^\infty (-1)^n H_n \int_0^1 x^{2n}\mathrm dx = - \int_0^1 \frac{\ln(1+x^2)}{1+x^2}\mathrm dx\\
&\sum_{n=1}^\infty (-1)^n \frac{H_n}{2n+1}=-\int_0^1 \frac{\ln(1+x^2)}{1+x^2}\mathrm dx
\end{align*}\]
In the integral, substitute \(\displaystyle x=\tan(\theta)\):
\[\sum_{n=1}^\infty (-1)^n \frac{H_n}{2n+1} = 2\int_0^{\frac{\pi}{4}}\ln(\cos \theta) \mathrm d\theta\]
The remaining integral is evaluated using a fourier series:
\[\begin{align*}
\sum_{n=1}^\infty (-1)^n \frac{H_n}{2n+1}
&= 2 \int_0^{\frac{\pi}{4}}\left( -\ln(2)-\sum_{j=1}^\infty \frac{(-1)^j \cos(2j\theta)}{j}\right)\mathrm d\theta \\ &=-\frac{\pi}{2}\ln(2) -2\sum_{j=1}^\infty \frac{(-1)^j}{j}\int_0^{\frac{\pi}{4}}\cos(2j \theta) \mathrm d\theta \\&= -\frac{\pi}{2}\ln(2)+\sum_{j=1}^\infty \frac{(-1)^{j+1}}{j^2}\sin \left( \frac{\pi j}{2}\right) \\
&=\Large\boxed{\displaystyle \color{Blue}{\mathbf{G}-\frac{\pi}{2}\ln(2)}}
\end{align*}\]

Euler Sums系列(四)的更多相关文章

  1. Euler Sums系列(六)

    \[\Large\displaystyle \sum_{n=1}^{\infty}\frac{H_{2n}}{n(6n+1)}\] \(\Large\mathbf{Solution:}\) Let \ ...

  2. Euler Sums系列(五)

    \[\Large\displaystyle \sum_{n=1}^{\infty} \frac{\widetilde{H_n}}{n^{3}}\] where \(\widetilde{H_n}\) ...

  3. Euler Sums系列(一)

    \[\Large\sum_{n=1}^{\infty} \frac{H_{n}}{2^nn^4}\] \(\Large\mathbf{Solution:}\) Let \[\mathcal{S}=\s ...

  4. Euler Sums系列(三)

    \[\Large\sum_{n=1}^{\infty}\frac{\left(H_{n}^{(2)}\right)^{2}}{n^{2}}=\frac{19}{24}\zeta(6)+\zeta^{2 ...

  5. Euler Sums系列(二)

    \[\Large\sum_{n=0}^\infty \frac{H_{2n+1}}{(2n+1)^2}=\frac{21}{16}\zeta(3)\] \(\Large\mathbf{Proof:}\ ...

  6. 前端构建大法 Gulp 系列 (四):gulp实战

    前端构建大法 Gulp 系列 (一):为什么需要前端构建 前端构建大法 Gulp 系列 (二):为什么选择gulp 前端构建大法 Gulp 系列 (三):gulp的4个API 让你成为gulp专家 前 ...

  7. Netty4.x中文教程系列(四) 对象传输

    Netty4.x中文教程系列(四)  对象传输 我们在使用netty的过程中肯定会遇到传输对象的情况,Netty4通过ObjectEncoder和ObjectDecoder来支持. 首先我们定义一个U ...

  8. S5PV210开发系列四_uCGUI的移植

    S5PV210开发系列四 uCGUI的移植 象棋小子          1048272975 GUI(图形用户界面)极大地方便了非专业用户的使用,用户无需记忆大量的命令,取而代之的是能够通过窗体.菜单 ...

  9. WCF编程系列(四)配置文件

    WCF编程系列(四)配置文件   .NET应用程序的配置文件 前述示例中Host项目中的App.config以及Client项目中的App.config称为应用程序配置文件,通过该文件配置可控制程序的 ...

随机推荐

  1. Java引擎

    import java.io.FileNotFoundException; import java.io.FileReader; import java.util.List; import javax ...

  2. Verilog 编写规范

    在学习Python时,作者有一句话对我影响很大.作者希望我们在学习编写程序的时候注意一些业内约定的规范.在内行人眼中,你的编写格式,就已经暴露了你的程度.学习verilog也是一样的道理,一段好的ve ...

  3. Oracle常用函数记录

    Oracle函数 --schema:hcf --不带任何参数 http://www.cnblogs.com/wuyisky/archive/2010/05/11/oracle_function.htm ...

  4. Java+Selenium+Testng自动化测试学习(二)

    Java+Selenium+TestNG自动化测试框架整合 1.简化代码 封装一个定位元素的类,类型为ElementLocation package com.test; import org.open ...

  5. WIN10 设置WEB

    Web服务器搭建步骤(Win10) 1.在“开始”菜单处打开“控制面板”. 2点击“程序”. 3.点击“启动或关闭Windows功能”. 4.对“Internet Information Servic ...

  6. 计算几何-Andrew法-凸包

    This article is made by Jason-Cow.Welcome to reprint.But please post the article's address. 利用一下叉积和栈 ...

  7. AcWing 840. 模拟散列表

    拉链法 #include<cstring> #include<iostream> using namespace std ; ; int h[N],e[N],ne[N],idx ...

  8. vue中的金额格式0.00 和 后台返回时间格式带T调整正常格式

    <template> <div class="consumption"> <p>{{payTime|Time}}</p> <p ...

  9. Java读取、写入、处理Excel文件中的数据(转载)

    原文链接 在日常工作中,我们常常会进行文件读写操作,除去我们最常用的纯文本文件读写,更多时候我们需要对Excel中的数据进行读取操作,本文将介绍Excel读写的常用方法,希望对大家学习Java读写Ex ...

  10. 三大查找算法(Java实现)

    三大查找算法 1.二分查找(Binary Search) public class BinarySearch { public static void main(String[] args) { in ...