Question Number 143889 by mnjuly1970 last updated on 19/Jun/21
$$ \\ $$$$\:\:\:\:\:\:{A}\:\:{Challanging}\:\:{Integral}: \\ $$$$\:\:\:\:\: \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\Phi\:=\:\int_{\mathrm{0}} ^{\:\mathrm{1}} \:\frac{{log}\left({x}\right).{log}\left(\mathrm{1}+{x}\right)}{\mathrm{1}−{x}}{dx} \\ $$$$ \\ $$$$ \\ $$
Answered by Olaf_Thorendsen last updated on 19/Jun/21
$$ \\ $$$$\Phi\:=\:\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{\mathrm{ln}\left({x}\right).\mathrm{ln}\left(\mathrm{1}+{x}\right)}{\mathrm{1}−{x}}\:{dx} \\ $$$$\mathrm{Let}\:{u}\:=\:\mathrm{1}−{x} \\ $$$$\Phi\:=\:\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{\mathrm{ln}\left(\mathrm{1}−{u}\right).\mathrm{ln}\left(\mathrm{2}−{u}\right)}{{u}}\:{du} \\ $$$$\Phi\:=\:\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{\mathrm{ln}\left(\mathrm{2}−{u}\right)}{{u}}\left(−\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{{u}^{{n}+\mathrm{1}} }{{n}+\mathrm{1}}\right)\:{du} \\ $$$$\Phi\:=\:−\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \mathrm{ln}\left(\mathrm{2}−{u}\right)\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{{u}^{{n}} }{{n}+\mathrm{1}}\:{du} \\ $$$$\Phi\:=\:−\left[\mathrm{ln}\left(\mathrm{2}−{u}\right)\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{{u}^{{n}+\mathrm{1}} }{\left({n}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\right]_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \\ $$$$−\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}−{u}}.\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{{u}^{{n}+\mathrm{1}} }{\left({n}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\:{du} \\ $$$$\Phi\:=\:\underset{{n}=\mathrm{0}\left(\right.} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{\left.{n}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{{u}^{{n}+\mathrm{1}} }{\mathrm{2}−{u}}\:{du} \\ $$$$\mathrm{Let}\:\mathrm{I}_{{n}} \:=\:\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{{u}^{{n}} }{\mathrm{2}−{u}}\:{du} \\ $$$$\mathrm{2I}_{{n}} −\mathrm{I}_{{n}+\mathrm{1}} \:=\:\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{\mathrm{2}{u}^{{n}} −{u}^{{n}+\mathrm{1}} }{\mathrm{2}−{u}}\:{du} \\ $$$$\mathrm{2I}_{{n}} −\mathrm{I}_{{n}+\mathrm{1}} \:=\:\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} {u}^{{n}} \:{du} \\ $$$$\mathrm{2I}_{{n}} −\mathrm{I}_{{n}+\mathrm{1}} \:=\:\frac{\mathrm{1}}{{n}+\mathrm{1}} \\ $$$$\mathrm{I}_{{n}+\mathrm{1}} \:=\:\mathrm{2I}_{{n}} −\frac{\mathrm{1}}{{n}+\mathrm{1}} \\ $$$$\mathrm{I}_{{n}+\mathrm{1}} \:=\:\mathrm{2}\left(\mathrm{2I}_{{n}−\mathrm{1}} −\frac{\mathrm{1}}{{n}}\right)−\frac{\mathrm{1}}{{n}+\mathrm{1}} \\ $$$$\mathrm{I}_{{n}+\mathrm{1}} \:=\:\mathrm{2}^{\mathrm{2}} \mathrm{I}_{{n}−\mathrm{1}} −\frac{\mathrm{2}}{{n}}−\frac{\mathrm{1}}{{n}+\mathrm{1}} \\ $$$$\mathrm{I}_{{n}+\mathrm{1}} \:=\:\mathrm{2}^{\mathrm{2}} \mathrm{I}_{{n}−\mathrm{1}} −\frac{\mathrm{2}}{{n}}−\frac{\mathrm{1}}{{n}+\mathrm{1}} \\ $$$$\mathrm{I}_{{n}+\mathrm{1}} \:=\:\mathrm{2}^{\mathrm{3}} \mathrm{I}_{{n}−\mathrm{2}} −\frac{\mathrm{2}^{\mathrm{2}} }{{n}−\mathrm{1}}−\frac{\mathrm{2}}{{n}}−\frac{\mathrm{1}}{{n}+\mathrm{1}} \\ $$$$… \\ $$$$\mathrm{I}_{{n}+\mathrm{1}} \:=\:\mathrm{2}^{{n}+\mathrm{1}} \mathrm{I}_{\mathrm{0}} −\underset{{k}=\mathrm{1}} {\overset{{n}+\mathrm{1}} {\sum}}\frac{\mathrm{2}^{{n}+\mathrm{1}−{k}} }{{k}} \\ $$$$\mathrm{I}_{\mathrm{0}} \:=\:\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{{u}^{\mathrm{0}} }{\mathrm{2}−{u}}\:{du}\:=\:\left[−\mathrm{ln}\mid\mathrm{2}−{u}\mid\right]_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:=\:\mathrm{ln2} \\ $$$$\mathrm{I}_{{n}+\mathrm{1}} \:=\:\mathrm{2}^{{n}+\mathrm{1}} \mathrm{ln2}−\underset{{k}=\mathrm{1}} {\overset{{n}+\mathrm{1}} {\sum}}\frac{\mathrm{2}^{{n}+\mathrm{1}−{k}} }{{k}} \\ $$$$\Phi\:=\:\underset{{n}=\mathrm{0}\left(\right.} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\mathrm{I}_{{n}+\mathrm{1}} }{\left.{n}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\Phi\:=\:\underset{{n}=\mathrm{0}\left(\right.} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{\left.{n}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\left(\mathrm{2}^{{n}+\mathrm{1}} \mathrm{ln2}−\underset{{k}=\mathrm{1}} {\overset{{n}+\mathrm{1}} {\sum}}\frac{\mathrm{2}^{{n}+\mathrm{1}−{k}} }{{k}}\right) \\ $$$$\Phi\:=\:\underset{{n}=\mathrm{0}\left(\right.} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\mathrm{2}^{{n}+\mathrm{1}} }{\left.{n}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\left(\mathrm{ln2}−\underset{{k}=\mathrm{1}} {\overset{{n}+\mathrm{1}} {\sum}}\frac{\mathrm{2}^{−{k}} }{{k}}\right) \\ $$$$\underset{{k}=\mathrm{1}} {\overset{{n}} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}^{{k}} {k}}\:=\:\mathrm{ln2}−\frac{{n}−\mathrm{1}}{{n}}.\frac{\mathrm{LerchPhi}\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}},\mathrm{1},{n}\right)}{\mathrm{2}^{{n}+\mathrm{1}} } \\ $$$$\Phi\:=\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\left({n}.\frac{\mathrm{LerchPhi}\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}},\mathrm{1},{n}+\mathrm{1}\right)}{\left({n}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{3}} }\right) \\ $$$$… \\ $$$$\mathrm{Sorry},\:\mathrm{I}\:\mathrm{tried}\:\mathrm{to}\:\mathrm{solve}\:\mathrm{but}\:\mathrm{I}'\mathrm{m}\:\mathrm{lost}… \\ $$
Commented by mnjuly1970 last updated on 20/Jun/21
$$\:{thanks}\:{alot}\:{mr}\:{olaf}\:.. \\ $$
Answered by mnjuly1970 last updated on 20/Jun/21
$$\:\:\:\:\Phi:=\int_{\mathrm{0}} ^{\:\mathrm{1}} \frac{{log}\left(\mathrm{1}−{x}\right){log}\left(\mathrm{2}−{x}\right)}{{x}}{dx} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\::=\int_{\mathrm{0}} ^{\:\mathrm{1}} \frac{{log}\left(\mathrm{1}−{x}\right)\left\{{log}\left(\mathrm{2}\right)+{log}\left(\mathrm{1}−\frac{{x}}{\mathrm{2}}\right)\right\}}{{x}}{dx} \\ $$$$\:\:\::=−{log}\left(\mathrm{2}\right)\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{6}}\:−\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}^{{n}} }\int_{\mathrm{0}} ^{\:\mathrm{1}} {x}^{{n}−\mathrm{1}} {log}\left(\mathrm{1}−{x}\right){dx} \\ $$$$\:\:\::=−{log}\left(\mathrm{2}\right).\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}}+\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{{H}_{{n}} }{{n}^{\mathrm{2}} \mathrm{2}^{{n}} } \\ $$$$\:\:\::=−{log}\left(\mathrm{2}\right).\frac{\pi^{\:\mathrm{2}} }{\mathrm{6}}\:+\zeta\left(\mathrm{3}\right)−\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{12}}\:{log}\left(\mathrm{2}\right) \\ $$$$\:\::=\frac{−\pi^{\:\mathrm{2}} }{\mathrm{4}}{log}\left(\mathrm{2}\right)+\zeta\left(\mathrm{3}\right)\:… \\ $$$$\: \\ $$
Commented by Dwaipayan Shikari last updated on 20/Jun/21
$${Nice}\:{sir}! \\ $$
Commented by mnjuly1970 last updated on 20/Jun/21
$$\:\:{thank}\:{you}\:{so}\:{much}… \\ $$