Question Number 26020 by abdo imad last updated on 17/Dec/17
$${answer}\:{to}\:\mathrm{25962}…{we}\:{S}=\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\propto} \:\mathrm{1}/_{{n}^{\mathrm{2}} \left({n}+\mathrm{1}\right)} \:{and}\:{S}_{{n}} =\:\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{k}={n}} \:\mathrm{1}/_{{k}^{\mathrm{2}} \left({k}+\mathrm{1}\right)} \\ $$$${we}\:{have}\:{S}=\:{lim}_{{n}−>\propto} \:{S}_{{n}} \:{we}\:{decompose}\:{the}\:{the}\:{rational}\:{fraction} \\ $$$${F}\left({X}\right)=\:\:\:\mathrm{1}/_{{X}} \mathrm{2}_{\left({X}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)} ….{F}\left({X}\right)=\:\:{a}/{X}\:\:+{b}/{X}^{\mathrm{2}} \:\:+\:{c}/{X}+\mathrm{1} \\ $$$${we}\:{find}\:{a}=−\mathrm{1}..{b}=\mathrm{1}..{c}=\mathrm{1}\:\:{and}\:\:{F}\left({X}\right)=\:\:−\mathrm{1}/{X}\:+\:\mathrm{1}/{X}+\mathrm{1}+\mathrm{1}/{X}^{\mathrm{2}} \\ $$$$\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{k}={n}} \:\mathrm{1}/_{{k}^{\mathrm{2}} \left({k}+\mathrm{1}\right)} =\:\:\:−\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{k}={n}} \:\mathrm{1}/{k}\:\:+\:\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{k}={n}} \:\mathrm{1}/_{{k}+\mathrm{1}} \:+\:\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{k}={n}} \:\mathrm{1}/_{{k}^{\mathrm{2}} } \\ $$$${but}\:\:\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{k}={n}} \:\:\mathrm{1}/{k}\:\:=\:{H}_{{n}} \\ $$$$\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{k}={n}} \:\mathrm{1}/_{{k}+\mathrm{1}} =\:\:\sum_{{k}=\mathrm{2}} ^{{k}={n}+\mathrm{1}} \:\mathrm{1}/{k}\:=\:{H}_{{n}+\mathrm{1}} −\mathrm{1} \\ $$$$−>\:{S}_{{n}} =\:{H}_{{n}+\mathrm{1}} −{H}_{{n}} −\mathrm{1}\:+\:\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{k}={n}} \:\mathrm{1}/_{{k}^{\mathrm{2}} } \\ $$$${but}\:\:{H}_{{n}} \:={ln}\left({n}\right)+{s}+{o}_{\mathrm{1}} \left(\mathrm{1}/{n}\right)…{H}_{{n}+\mathrm{1}} =\:{ln}\left({n}+\mathrm{1}\right)\:+{s}\:+{o}_{\mathrm{2}} \left(\mathrm{1}/{n}\right) \\ $$$$−>\:{H}_{{n}+\mathrm{1}} \:−\:{H}_{{n}} ={ln}\left(\left({n}+\mathrm{1}\right){n}^{−\mathrm{1}} \right)\:\:+\:{o}_{\mathrm{3}} \left(\mathrm{1}/{n}\right) \\ $$$${but}\:{lim}\:_{{n}−>\propto} {o}_{\mathrm{3}} \left(\mathrm{1}/{n}\right)=\mathrm{0}\:\:{so}\:\:\:{lim}\:\:{H}_{{n}+\mathrm{1}} −\:{H}_{{n}} =\mathrm{0} \\ $$$${lim}_{} \:\:\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{k}={n}} \:\:\mathrm{1}/_{{k}^{\mathrm{2}} } \:\:=\:\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{\propto} \:\mathrm{1}/_{{k}^{\mathrm{2}} } \:\:=\pi^{\mathrm{2}} /\mathrm{6}\:\:{finally}… \\ $$$$\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{{n}=\propto} \:\:\mathrm{1}/_{{n}^{\mathrm{2}} \left({n}+\mathrm{1}\right)} \:\:=\:\pi^{\mathrm{2}} /\mathrm{6}\:−\mathrm{1}. \\ $$$$ \\ $$