Question Number 33710 by math khazana by abdo last updated on 22/Apr/18
$$\left.\mathrm{1}\right)\:{find}\:{the}\:{radius}\:{of}\:{convergence}?{for} \\ $$$$\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \:\:\:\frac{{x}^{{n}} }{{n}\left({n}+\mathrm{1}\right)\left({n}+\mathrm{2}\right)}\:{and}\:{calculate}\:{its}\:{sum} \\ $$$$ \\ $$$$\left.\mathrm{2}\right)\:{find}\:{the}\:{value}\:{of}\:\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \:\:\:\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} }{{n}\:\mathrm{2}^{{n}} \left({n}+\mathrm{1}\right)\left({n}+\mathrm{2}\right)} \\ $$
Commented by prof Abdo imad last updated on 27/Apr/18
$${let}\:{put}\:{u}_{{n}} =\frac{\mathrm{1}}{{n}\left({n}+\mathrm{1}\right)\left({n}+\mathrm{2}\right)}\:\:{we}\:{have} \\ $$$$\frac{{u}_{{n}+\mathrm{1}} }{{u}_{{n}} }\:=\:\frac{{n}\left({n}+\mathrm{1}\right)\left({n}+\mathrm{2}\right)}{\left({n}+\mathrm{1}\right)\left({n}+\mathrm{2}\right)\left({n}+\mathrm{3}\right)}\:\Rightarrow{lim}_{{n}\rightarrow+\infty} \frac{{u}_{{n}+\mathrm{1}} }{{u}_{{n}} }\:=\mathrm{1} \\ $$$$\Rightarrow\:{R}\:=\mathrm{1}\:\:{let}\:{decompose}\:{F}\left({x}\right)=\frac{\mathrm{1}}{{x}\left({x}+\mathrm{1}\right)\left({x}+\mathrm{2}\right)} \\ $$$${F}\left({x}\right)=\:\frac{{a}}{{x}}\:+\frac{{b}}{{x}+\mathrm{1}}+\frac{{c}}{{x}+\mathrm{2}} \\ $$$${a}={lim}_{{x}\rightarrow\mathrm{0}} {xF}\left({x}\right)=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}} \\ $$$${b}={lim}_{{x}\rightarrow−\mathrm{1}} \left({x}+\mathrm{1}\right){F}\left({x}\right)=\:\frac{\mathrm{1}}{−\mathrm{1}}\:=−\mathrm{1} \\ $$$${c}={lim}_{{x}\rightarrow−\mathrm{2}} \left({x}+\mathrm{2}\right){F}\left({x}\right)=\:\frac{\mathrm{1}}{\left(−\mathrm{2}\right)\left(−\mathrm{1}\right)}\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}} \\ $$$$\Rightarrow\:{F}\left({x}\right)=\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{x}}\:−\frac{\mathrm{1}}{{x}+\mathrm{1}}\:+\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\left({x}+\mathrm{2}\right)} \\ $$$${S}\left({x}\right)\:=\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{n}}\:−\frac{\mathrm{1}}{{n}+\mathrm{1}}\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\left({n}+\mathrm{2}\right)}\right){x}^{{n}} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \:\:\frac{{x}^{{n}} }{{n}}\:−\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \:\frac{{x}^{{n}} }{{n}+\mathrm{1}}\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \:\frac{{x}^{{n}} }{{n}+\mathrm{2}}\:{but} \\ $$$$\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \:\frac{{x}^{{n}} }{{n}}\:=−{ln}\mid\mathrm{1}−{x}\mid \\ $$$$\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \:\:\:\frac{{x}^{{n}} }{{n}+\mathrm{1}}\:=\sum_{{n}=\mathrm{2}} ^{+\infty} \:\:\frac{{x}^{{n}−\mathrm{1}} }{{n}}\:=\:\frac{\mathrm{1}}{{x}}\left(\:\sum_{{n}=\mathrm{2}} ^{+\infty} \:\:\frac{{x}^{{n}} }{{n}}\right) \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{{x}}\left(−{ln}\mid\mathrm{1}−{x}\mid−{x}\right) \\ $$$$\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \:\:\frac{{x}^{{n}} }{{n}+\mathrm{2}}\:=\:\sum_{{n}=\mathrm{3}} ^{+\infty} \:\:\:\frac{{x}^{{n}−\mathrm{2}} }{{n}}\:=\frac{\mathrm{1}}{{x}^{\mathrm{2}} }\:\sum_{{n}=\mathrm{3}} ^{+\infty} \:\frac{{x}^{{n}} }{{n}} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{{x}^{\mathrm{2}} }\left(\:\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \:\frac{{x}^{{n}} }{{n}}\:−{x}\:\:−\frac{{x}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}}\right) \\ $$$$=\:−\frac{{ln}\mid\mathrm{1}−{x}\mid}{{x}^{\mathrm{2}} }\:−\frac{\mathrm{1}}{{x}}\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:\Rightarrow \\ $$$${S}\left({x}\right)=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{ln}\mid\mathrm{1}−{x}\mid\:−\frac{\mathrm{1}}{{x}}\left(−{ln}\mid\mathrm{1}−{x}\mid\:−{x}\right) \\ $$$$−\frac{{ln}\mid\mathrm{1}−{x}\mid}{\mathrm{2}{x}^{\mathrm{2}} }\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{x}}\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}} \\ $$$${S}\left({x}\right)=\left(−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:+\frac{\mathrm{1}}{{x}}\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{x}^{\mathrm{2}} }\right){ln}\mid\mathrm{1}−{x}\mid\:+\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{x}}\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}} \\ $$$${S}\left({x}\right)=\left(−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}+\frac{\mathrm{1}}{{x}}\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{x}^{\mathrm{2}} }\right){ln}\mid\mathrm{1}−{x}\mid\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{x}}\:+\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}}\:. \\ $$$$\left.\mathrm{2}\right)\:\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \:\:\:\:\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} }{\mathrm{2}^{{n}} {n}\left({n}+\mathrm{1}\right)\left({n}+\mathrm{2}\right)}\:=\:{S}\left(−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right) \\ $$$$=\left(−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:−\mathrm{2}\:−\mathrm{2}\right){ln}\left(\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}}\right)\:\:+\mathrm{1}\:+\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}} \\ $$$$=\left(−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}−\mathrm{4}\right){ln}\left(\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}}\right)\:+\frac{\mathrm{7}}{\mathrm{4}} \\ $$$$=\:\frac{\mathrm{7}}{\mathrm{4}}\:−\frac{\mathrm{9}}{\mathrm{2}}\:\left({ln}\left(\mathrm{3}\right)\:−{ln}\left(\mathrm{2}\right)\right)\:. \\ $$