Question Number 169873 by sciencestudent last updated on 11/May/22
$$\underset{\mathrm{0}} {\overset{\mathrm{1}} {\int}}\frac{{ln}\left(\mathrm{1}+{x}\right)}{{x}}{dx}=? \\ $$
Answered by ArielVyny last updated on 11/May/22
$$\underset{{n}\geqslant\mathrm{0}} {\sum}\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} {x}^{{n}} =\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}+{x}} \\ $$$$\underset{{n}\geqslant\mathrm{0}} {\sum}\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} \frac{{x}^{{n}+\mathrm{1}} }{{n}+\mathrm{1}}={ln}\left(\mathrm{1}+{x}\right) \\ $$$$\underset{{n}\geqslant\mathrm{0}} {\sum}\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} \int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{{x}^{{n}} }{{n}+\mathrm{1}}=\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{{ln}\left(\mathrm{1}+{x}\right)}{{x}}{dx} \\ $$$$\underset{{n}\geqslant\mathrm{0}} {\sum}\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} \frac{\mathrm{1}}{\left({n}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }=\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{{ln}\left(\mathrm{1}+{x}\right)}{{x}}=\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{12}} \\ $$
Answered by Mathspace last updated on 11/May/22
$$\frac{{d}}{{dx}}{ln}\left(\mathrm{1}+{x}\right)=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}+{x}}=\sum_{{n}=\mathrm{0}} ^{\infty} \left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} {x}^{{n}} \\ $$$${with}\mid{x}\mid<\mathrm{1}\Rightarrow{ln}\left(\mathrm{1}+{x}\right)=\sum_{{n}=\mathrm{0}} ^{\infty} \frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} }{{n}+\mathrm{1}}{x}^{{n}+\mathrm{1}} +{c}\left({c}=\mathrm{0}\right) \\ $$$$=\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}−\mathrm{1}} }{{n}}{x}^{{n}} \:\Rightarrow \\ $$$$\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{{ln}\left(\mathrm{1}+{x}\right)}{{x}}{dx}=\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}−\mathrm{1}} }{{n}}{x}^{{n}−\mathrm{1}} \\ $$$$=\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}−\mathrm{1}} }{{n}}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} {x}^{{n}−\mathrm{1}} {dx} \\ $$$$=\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}−\mathrm{1}} }{{n}^{\mathrm{2}} }=−\delta\left(\mathrm{2}\right) \\ $$$$\delta\left({x}\right)=\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} }{{n}^{{x}} } \\ $$$$=\left(\mathrm{2}^{\mathrm{1}−{x}} −\mathrm{1}\right)\xi\left({x}\right)\:\Rightarrow \\ $$$$\delta\left(\mathrm{2}\right)=\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}−\mathrm{1}\right)\xi\left(\mathrm{2}\right)=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{6}} \\ $$$$=−\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{12}}\:\Rightarrow\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{{ln}\left(\mathrm{1}+{x}\right)}{{x}}{dx}=\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{12}} \\ $$