Question Number 28619 by abdo imad last updated on 27/Jan/18
$${calculate}\:\:\sum_{{k}=\mathrm{2}} ^{+\infty} \:{ln}\left(\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{{k}^{\mathrm{2}} }\right)\:. \\ $$
Commented by abdo imad last updated on 31/Jan/18
$${let}\:{put}\:{S}_{{n}} =\:\sum_{{k}=\mathrm{2}} ^{{n}} \:{ln}\left(\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{{k}^{\mathrm{2}} }\:\right)\:{and}\:{S}=\sum_{{k}=\mathrm{2}} ^{\:\infty} \:{ln}\left(\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{{k}^{\mathrm{2}} }\right) \\ $$$${we}\:{have}\:{S}={lim}_{{n}\rightarrow+\infty\:} \:{S}_{{n}} \:\:{but} \\ $$$${S}_{{n}} ={ln}\left(\prod_{{k}=\mathrm{2}} ^{{n}} \left(\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{{k}^{\mathrm{2}} }\right)\right)\:\:{but} \\ $$$$\prod_{{k}=\mathrm{2}} ^{{n}} \:\left(\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{{k}^{\mathrm{2}} }\right)=\:\prod_{{k}=\mathrm{2}} ^{{n}} \:\left(\frac{{k}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}}{{k}^{\mathrm{2}} }\right)\Rightarrow{ln}\left(\prod_{{k}=\mathrm{2}} ^{{n}} \left(\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{{k}^{\mathrm{2}} }\right)\right) \\ $$$$=\sum_{{k}=\mathrm{2}} ^{{n}} {ln}\left({k}−\mathrm{1}\right)\:+\sum_{{k}=\mathrm{2}} ^{{n}} {ln}\left({k}+\mathrm{1}\right)\:−\mathrm{2}\sum_{\mathrm{2}} ^{{n}} \:{ln}\left({k}\right) \\ $$$$=\:\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}−\mathrm{1}} {ln}\left({k}\right)\:+\sum_{{k}=\mathrm{3}} ^{{n}+\mathrm{1}} {ln}\left({k}\right)\:−\mathrm{2}\sum_{{k}=\mathrm{2}} ^{{n}} \:{ln}\left({k}\right) \\ $$$$=\sum_{{k}=\mathrm{2}} ^{{n}} {lnk}\:−{ln}\left({n}\right)\:+\sum_{{k}=\mathrm{2}} ^{{n}} {ln}\left({k}\right)−{ln}\mathrm{2}+{ln}\left({n}+\mathrm{1}\right)−\mathrm{2}\sum_{{k}=\mathrm{2}} ^{{n}} {ln}\left({k}\right) \\ $$$$=−{ln}\left({n}\right)+{ln}\left({n}+\mathrm{1}\right)\:−{ln}\mathrm{2}={ln}\left(\frac{{n}+\mathrm{1}}{{n}}\right)\:−{ln}\left(\mathrm{2}\right) \\ $$$${so}\:{lim}_{{n}\rightarrow+\infty} \:{S}_{{n}} =\:−{ln}\left(\mathrm{2}\right)\:\:=\:{S}\:\:. \\ $$$$ \\ $$