Question Number 114302 by mnjuly1970 last updated on 18/Sep/20
$$\:\:\:\:\:\:\:\:….\:{calculus}\:…. \\ $$$$\:\:\:\:{evaluate}\:::: \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\: \\ $$$${i}::\int_{\mathrm{0}} ^{\:\mathrm{1}} {t}^{\mathrm{2}} {ln}\left({t}\right){ln}\left(\mathrm{1}−{t}\right){dt}=??? \\ $$$${ii}:::\:\psi^{'} \left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\right)=??? \\ $$$${iii}:::\:\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{8}}} {ln}\left({tan}\left({x}\right)\right){dx}\:=??? \\ $$$$ \\ $$
Commented by MJS_new last updated on 18/Sep/20
$$\mathrm{for}\:\int\mathrm{ln}\:\mathrm{sin}\:{x}\:{dx}\:\mathrm{use}\:\mathrm{the}\:\mathrm{same}\:\mathrm{path}\:\mathrm{as}\:\mathrm{I}\:\mathrm{used} \\ $$$$\mathrm{for}\:\int\mathrm{ln}\:\mathrm{cos}\:{x}\:{dx}\:\mathrm{in}\:\mathrm{question}\:\mathrm{113634} \\ $$
Commented by MJS_new last updated on 18/Sep/20
$$…\mathrm{you}\:\mathrm{changed}\:\mathrm{it}\:\mathrm{from}\:\mathrm{sin}\:\mathrm{to}\:\mathrm{tan}\:\mathrm{after}\:\mathrm{I} \\ $$$$\mathrm{commented}… \\ $$
Answered by Olaf last updated on 18/Sep/20
$$\mathrm{I}_{{n}} \:=\:\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} {x}^{{n}} \mathrm{ln}{xdx} \\ $$$$\mathrm{I}_{{n}} \:=\:\left[\frac{{x}^{{n}+\mathrm{1}} }{{n}+\mathrm{1}}\mathrm{ln}{x}\right]_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} −\:\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{{x}^{{n}+\mathrm{1}} }{{n}+\mathrm{1}}.\frac{{dx}}{{x}} \\ $$$$\mathrm{I}_{{n}} \:=\:−\left[\frac{{x}^{{n}+\mathrm{1}} }{\left({n}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\right]_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:=\:−\frac{\mathrm{1}}{\left({n}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}−{t}}\:=\:\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}{t}^{{n}} \\ $$$$\mathrm{ln}\mid\mathrm{1}−{t}\mid\:=\:−\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{{t}^{{n}+\mathrm{1}} }{{n}+\mathrm{1}}\:\mathrm{if}\:\mid{t}\mid<\mathrm{1} \\ $$$$\mathrm{I}\:=\:\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} {t}^{\mathrm{2}} \mathrm{ln}\left({t}\right)\mathrm{ln}\left(\mathrm{1}−{t}\right){dt} \\ $$$$\mathrm{I}\:=\:−\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} {t}^{\mathrm{2}} \mathrm{ln}\left({t}\right)\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{{t}^{{n}+\mathrm{1}} }{{n}+\mathrm{1}}{dt} \\ $$$$\mathrm{I}\:=\:−\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{{n}+\mathrm{1}}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} {t}^{{n}+\mathrm{3}} \mathrm{ln}{tdt} \\ $$$$\mathrm{I}\:=\:−\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\mathrm{I}_{{n}+\mathrm{3}} }{{n}+\mathrm{1}}\:=\:\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{\left({n}+\mathrm{1}\right)\left({n}+\mathrm{4}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\mathrm{I}\:=\:\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{{n}\left({n}+\mathrm{3}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{{n}\left({n}+\mathrm{3}\right)^{\mathrm{2}} }\:=\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{9}{n}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{9}\left({n}+\mathrm{3}\right)}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}\left({n}+\mathrm{3}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\mathrm{I}\:=\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{9}}\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\right)−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\underset{{n}=\mathrm{1}\left(\right.} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{\left.{n}+\mathrm{3}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\mathrm{I}\:=\:\frac{\mathrm{11}}{\mathrm{54}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\underset{{n}=\mathrm{4}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{{n}^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\mathrm{With}\:\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{{n}^{\mathrm{2}} }\:=\:\xi\left(\mathrm{2}\right)\:=\:\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{6}} \\ $$$$\mathrm{I}\:=\:\frac{\mathrm{11}}{\mathrm{54}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\left(\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{6}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}^{\mathrm{2}} }−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}^{\mathrm{2}} }−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}^{\mathrm{2}} }\right) \\ $$$$\mathrm{I}\:=\:\frac{\mathrm{71}}{\mathrm{108}}−\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{18}}\:\approx\:\mathrm{0},\mathrm{109096051} \\ $$$$ \\ $$
Commented by mnjuly1970 last updated on 19/Sep/20
$${very}\:{good}\:\:.{thank}\:{you}\:{sir} \\ $$$${your}\:{work}\:{is}\:{admirable}… \\ $$
Answered by mathmax by abdo last updated on 19/Sep/20
$$\left.\mathrm{3}\right)\:\mathrm{I}\:=\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{8}}} \:\mathrm{ln}\left(\mathrm{tanx}\right)\mathrm{dx}\:\:\:\mathrm{by}\:\mathrm{parts}\:\mathrm{I}=\:\left[\mathrm{xln}\left(\mathrm{tanx}\right)\right]_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{8}}} −\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{8}}} \mathrm{x}×\frac{\mathrm{1}+\mathrm{tan}^{\mathrm{2}} \mathrm{x}}{\mathrm{tanx}}\mathrm{dx} \\ $$$$=\frac{\pi}{\mathrm{8}}\mathrm{ln}\left(\sqrt{\mathrm{2}}−\mathrm{1}\right)−\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{8}}} \:\frac{\mathrm{x}}{\mathrm{tanx}}\mathrm{dx}−\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{8}}} \:\mathrm{tanx}\:\mathrm{dx} \\ $$$$\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{8}}} \:\mathrm{tanx}\:\mathrm{dx}\:=\left[−\mathrm{ln}\mid\mathrm{cosx}\mid\right]_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{8}}} \:=−\mathrm{ln}\left(\frac{\sqrt{\mathrm{2}}}{\mathrm{2}}\right)\:=−\mathrm{ln}\left(\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{2}}}\right)\:=\frac{\mathrm{ln2}}{\mathrm{2}} \\ $$$$\mathrm{A}\:=\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{8}}} \:\frac{\mathrm{x}}{\mathrm{tanx}}\mathrm{dx}\:\Rightarrow\:\mathrm{A}\:=_{\mathrm{tanx}=\mathrm{t}} \:\:\:\int_{\mathrm{0}} ^{\sqrt{\mathrm{2}}−\mathrm{1}} \:\frac{\mathrm{arctant}}{\mathrm{t}}\frac{\mathrm{dt}}{\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{2}} } \\ $$$$=\int_{\mathrm{0}} ^{\sqrt{\mathrm{2}}−\mathrm{1}} \mathrm{arctan}\left(\mathrm{t}\right)\left\{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{t}}−\frac{\mathrm{t}}{\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{2}} }\right\}\mathrm{dt}\:=\int_{\mathrm{0}} ^{\sqrt{\mathrm{2}}−\mathrm{1}} \:\frac{\mathrm{arctant}}{\mathrm{t}}\mathrm{dt}\:−\int_{\mathrm{0}} ^{\sqrt{\mathrm{2}}−\mathrm{1}} \:\frac{\mathrm{t}}{\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{2}} }\:\mathrm{arctan}\left(\mathrm{t}\right)\mathrm{dt} \\ $$$$\mathrm{by}\:\mathrm{parts}\:\int_{\mathrm{0}} ^{\sqrt{\mathrm{2}}−\mathrm{1}} \:\frac{\mathrm{t}}{\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{2}} }\:\mathrm{arctan}\left(\mathrm{t}\right)\mathrm{dt}\:=\left[\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\mathrm{ln}\left(\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \right)\mathrm{arctant}\right]_{\mathrm{0}} ^{\sqrt{\mathrm{2}}−\mathrm{1}} \\ $$$$−\int_{\mathrm{0}} ^{\sqrt{\mathrm{2}}−\mathrm{1}} \frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\mathrm{ln}\left(\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \right)×\frac{\mathrm{dt}}{\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{2}} }\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\mathrm{ln}\left(\mathrm{4}−\mathrm{2}\sqrt{\mathrm{2}}\right)\:\mathrm{arctan}\left(\sqrt{\mathrm{2}}−\mathrm{1}\right) \\ $$$$−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:\int_{\mathrm{0}} ^{\sqrt{\mathrm{2}}−\mathrm{1}} \:\frac{\mathrm{ln}\left(\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \right)}{\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{2}} }\:\mathrm{dt}\:\:\:\mathrm{we}\:\mathrm{considere}\:\mathrm{f}\left(\mathrm{a}\right)\:=\int_{\mathrm{0}} ^{\sqrt{\mathrm{2}}−\mathrm{1}} \:\frac{\mathrm{ln}\left(\mathrm{1}+\mathrm{at}^{\mathrm{2}} \right)}{\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{2}} }\mathrm{dt} \\ $$$$\mathrm{with}\:\mathrm{a}>\mathrm{0} \\ $$$$\mathrm{f}^{'} \left(\mathrm{a}\right)\:=\int_{\mathrm{0}} ^{\sqrt{\mathrm{2}}−\mathrm{1}} \:\frac{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} }{\left(\mathrm{1}+\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \right)\left(\mathrm{1}+\mathrm{at}^{\mathrm{2}} \right)}\:\mathrm{dt}\:\mathrm{let}\:\mathrm{decompose} \\ $$$$\mathrm{F}\left(\mathrm{t}\right)\:=\frac{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} }{\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{at}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}\right)}\:\Rightarrow\mathrm{F}\left(\mathrm{t}\right)=\frac{\alpha\mathrm{t}\:+\beta}{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}}\:+\frac{\mathrm{mt}+\mathrm{n}}{\mathrm{at}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}}\:\Rightarrow \\ $$$$\mathrm{F}\left(−\mathrm{t}\right)=\mathrm{F}\left(\mathrm{t}\right)\:\Rightarrow\frac{−\alpha\mathrm{t}\:+\beta}{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}}\:+\frac{−\mathrm{mt}\:+\mathrm{n}}{\mathrm{at}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}}\:=\mathrm{F}\left(\mathrm{t}\right)\Rightarrow\alpha=\mathrm{m}=\mathrm{0}\:\Rightarrow \\ $$$$\mathrm{F}\left(\mathrm{t}\right)=\frac{\beta}{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}}\:+\frac{\mathrm{n}}{\mathrm{at}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}}\:\mathrm{we}\:\mathrm{haveF}\left(\mathrm{0}\right)\:=\mathrm{0}\:=\beta+\mathrm{n}\:\Rightarrow\mathrm{n}=−\beta \\ $$$$\mathrm{lim}_{\mathrm{t}\rightarrow+\infty} \mathrm{t}^{\mathrm{2}} \mathrm{F}\left(\mathrm{t}\right)\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{a}}\:=\beta\:+\frac{\mathrm{n}}{\mathrm{a}}\:\Rightarrow\mathrm{1}=\mathrm{a}\beta\:+\mathrm{n}\:\Rightarrow\mathrm{1}=\mathrm{a}\beta−\beta\:=\left(\mathrm{a}−\mathrm{1}\right)\beta \\ $$$$\Rightarrow\beta\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{a}−\mathrm{1}}\:\Rightarrow\mathrm{F}\left(\mathrm{t}\right)\:=\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{a}−\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}\right)}−\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{a}−\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{at}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}\right)}\:\Rightarrow \\ $$$$\mathrm{f}^{'} \left(\mathrm{a}\right)\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{a}−\mathrm{1}}\:\int_{\mathrm{0}} ^{\sqrt{\mathrm{2}}−\mathrm{1}} \:\frac{\mathrm{dt}}{\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{a}−\mathrm{1}}\int_{\mathrm{0}} ^{\sqrt{\mathrm{2}}−\mathrm{1}\:} \:\frac{\mathrm{dt}}{\mathrm{at}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}}\left(\rightarrow\sqrt{\mathrm{a}}\mathrm{t}\:=\mathrm{u}\right) \\ $$$$=\frac{\mathrm{arctan}\left(\sqrt{\mathrm{2}}−\mathrm{1}\right)}{\mathrm{a}−\mathrm{1}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{a}−\mathrm{1}}\:\int_{\mathrm{0}} ^{\left(\sqrt{\mathrm{2}}−\mathrm{1}\right)\sqrt{\mathrm{a}}} \:\frac{\mathrm{du}}{\:\sqrt{\mathrm{a}}\left(\mathrm{u}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}\right)} \\ $$$$=\frac{\mathrm{arctan}\left(\sqrt{\mathrm{2}}−\mathrm{1}\right)}{\mathrm{a}−\mathrm{1}}−\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{\mathrm{a}}\left(\mathrm{a}−\mathrm{1}\right)}\mathrm{arctan}\left(\left(\sqrt{\mathrm{2}}−\mathrm{1}\right)\sqrt{\mathrm{a}}\right)\:\Rightarrow \\ $$$$\mathrm{f}\left(\mathrm{a}\right)\:=\mathrm{arctan}\left(\sqrt{\mathrm{2}}−\mathrm{1}\right)\mathrm{ln}\mid\mathrm{a}−\mathrm{1}\mid−\int\:\:\frac{\mathrm{arctan}\left(\left(\sqrt{\mathrm{2}}−\mathrm{1}\right)\sqrt{\mathrm{a}}\right)}{\:\sqrt{\mathrm{a}}\left(\mathrm{a}−\mathrm{1}\right)}\:\mathrm{da}\:+\mathrm{C} \\ $$$$….\mathrm{be}\:\mathrm{continued}… \\ $$$$ \\ $$
Answered by maths mind last updated on 19/Sep/20
$$\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{8}}} {ln}\left({tg}\left({x}\right)\right){dx} \\ $$$${ln}\left({tg}\left({x}\right)\right)=−\mathrm{2}\underset{{k}\geqslant\mathrm{0}} {\sum}\frac{{cos}\left(\mathrm{2}\left(\mathrm{2}{k}+\mathrm{1}\right){x}\right)}{\mathrm{2}{k}+\mathrm{1}} \\ $$$$=\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{8}}} \left(−\mathrm{2}\underset{{k}\geqslant\mathrm{0}} {\sum}\frac{{cos}\left(\mathrm{2}\left(\mathrm{2}{k}+\mathrm{1}\right){x}\right)}{\mathrm{2}{k}+\mathrm{1}}\right){dx} \\ $$$$=\underset{{k}\geqslant\mathrm{0}} {\sum}−\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{2}{k}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }{sin}\left(\frac{\left(\mathrm{2}{k}+\mathrm{1}\right)\pi}{\mathrm{4}}\right) \\ $$$$=−\underset{{k}\geqslant\mathrm{0}} {\sum}\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{2}{k}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }{sin}\left(\frac{{k}\pi}{\mathrm{2}}+\frac{\pi}{\mathrm{4}}\right) \\ $$$$=−\underset{{k}\geqslant\mathrm{0}} {\sum}\frac{{sin}\left(\frac{\pi}{\mathrm{4}}\right)}{\left(\mathrm{8}{k}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }−\underset{{k}\geqslant\mathrm{0}} {\sum}\frac{{sin}\left(\frac{\pi}{\mathrm{4}}\right)}{\left(\mathrm{8}{k}+\mathrm{3}\right)^{\mathrm{2}} }+\Sigma\frac{{sin}\left(\frac{\pi}{\mathrm{4}}\right)}{\left(\mathrm{8}{k}+\mathrm{5}\right)^{\mathrm{2}} }+\Sigma\frac{{sin}\left(\frac{\pi}{\mathrm{4}}\right)}{\left(\mathrm{8}{k}+\mathrm{7}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$=\frac{{sin}\left(\frac{\pi}{\mathrm{4}}\right)}{\mathrm{64}}\left\{−\Sigma\frac{\mathrm{1}}{\left({k}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{8}}\right)^{\mathrm{2}} }−\Sigma\frac{\mathrm{1}}{\left({k}+\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{8}}\right)^{\mathrm{2}} }+\Sigma\frac{\mathrm{1}}{\left({k}+\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{8}}\right)^{\mathrm{2}} }+\Sigma\frac{\mathrm{1}}{\left({k}+\frac{\mathrm{7}}{\mathrm{8}}\right)^{\mathrm{2}} }\right\} \\ $$$$\underset{{n}\geqslant\mathrm{0}} {\sum}\frac{\mathrm{1}}{\left({n}+{a}\right)^{{p}} }=\zeta\left({a},{p}\right)\:{hurwitz}\:{zeta}\:{function} \\ $$$$ \\ $$$$=\frac{{sin}\left(\frac{\pi}{\mathrm{4}}\right)}{\mathrm{64}}\left\{−\zeta\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{8}},\mathrm{2}\right)−\zeta\left(\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{8}},\mathrm{2}\right)+\zeta\left(\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{8}},\mathrm{2}\right)+\zeta\left(\frac{\mathrm{7}}{\mathrm{8}},\mathrm{2}\right)\right\} \\ $$$$ \\ $$$$ \\ $$$$ \\ $$
Commented by mnjuly1970 last updated on 19/Sep/20
$${very}\:{nice}\:{sir}\:.{thanks}\:{alot}.. \\ $$
Answered by Olaf last updated on 19/Sep/20
$${iii}… \\ $$$$\mathrm{I}\:=\:\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{8}}} \mathrm{ln}\left(\mathrm{tan}{x}\right){dx} \\ $$$$\mathrm{tan2}\theta\:=\:\frac{\mathrm{2tan}\theta}{\mathrm{1}−\mathrm{tan}^{\mathrm{2}} \theta} \\ $$$$\mathrm{with}\:\theta\:=\:\frac{\pi}{\mathrm{8}},\:\mathrm{tan}\frac{\pi}{\mathrm{4}}\:=\:\frac{\mathrm{2tan}\frac{\pi}{\mathrm{8}}}{\mathrm{1}−\mathrm{tan}^{\mathrm{2}} \frac{\pi}{\mathrm{8}}}\:=\:\mathrm{1} \\ $$$$\mathrm{tan}^{\mathrm{2}} \frac{\pi}{\mathrm{8}}+\mathrm{2tan}\frac{\pi}{\mathrm{8}}−\mathrm{1}\:=\:\mathrm{0} \\ $$$$\Rightarrow\:\mathrm{tan}\frac{\pi}{\mathrm{8}}\:=\:\sqrt{\mathrm{2}}−\mathrm{1} \\ $$$$\mathrm{Now}\:{u}\:=\:\mathrm{tan}{x} \\ $$$${du}\:=\:\left(\mathrm{1}+\mathrm{tan}^{\mathrm{2}} {x}\right){dx}\:=\:\left(\mathrm{1}+{u}^{\mathrm{2}} \right){dx} \\ $$$$\mathrm{I}\:=\:\int_{\mathrm{0}} ^{\sqrt{\mathrm{2}}−\mathrm{1}} \frac{\mathrm{ln}{u}}{\mathrm{1}+{u}^{\mathrm{2}} }{du} \\ $$$$\mathrm{I}\:=\:\int_{\mathrm{0}} ^{\sqrt{\mathrm{2}}−\mathrm{1}} \mathrm{ln}{u}\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} {u}^{\mathrm{2}{n}} {du} \\ $$$$\mathrm{I}\:=\:\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} \int_{\mathrm{0}} ^{\sqrt{\mathrm{2}}−\mathrm{1}} {u}^{\mathrm{2}{n}} \mathrm{ln}{udu} \\ $$$$\mathrm{I}\:=\:\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} \left(\left[\frac{{u}^{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}} }{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}}\mathrm{ln}{u}\right]_{\mathrm{0}} ^{\sqrt{\mathrm{2}}−\mathrm{1}} −\int_{\mathrm{0}} ^{\sqrt{\mathrm{2}}−\mathrm{1}} \frac{{u}^{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}} }{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}}.\frac{{du}}{{u}}\right) \\ $$$$\mathrm{I}\:=\:\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} \left(\mathrm{ln}\left(\sqrt{\mathrm{2}}−\mathrm{1}\right)\left[\frac{\left(\sqrt{\mathrm{2}}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}} }{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}}\right]−\left[\frac{{u}^{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}} }{\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\right]_{\mathrm{0}} ^{\sqrt{\mathrm{2}}−\mathrm{1}} \right) \\ $$$$\mathrm{I}\:=\:\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} \left(\mathrm{ln}\left(\sqrt{\mathrm{2}}−\mathrm{1}\right)\left[\frac{\left(\sqrt{\mathrm{2}}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}} }{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}}\right]−\left[\frac{\left(\sqrt{\mathrm{2}}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}} }{\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\right]\right) \\ $$$$\mathrm{arctan}{x}\:=\:\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} \frac{{x}^{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}} }{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}} \\ $$$$\mathrm{I}\:=\:\mathrm{ln}\left(\sqrt{\mathrm{2}}−\mathrm{1}\right)\mathrm{arctan}\left(\sqrt{\mathrm{2}}−\mathrm{1}\right)−\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} \frac{\left(\sqrt{\mathrm{2}}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}} }{\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\mathrm{I}\:=\:\frac{\pi}{\mathrm{8}}\mathrm{ln}\left(\sqrt{\mathrm{2}}−\mathrm{1}\right)−\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} \frac{\left(\sqrt{\mathrm{2}}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}} }{\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\mathrm{I}\:\mathrm{think}\:\mathrm{we}\:\mathrm{cannot}\:\mathrm{simplify} \\ $$
Answered by mathmax by abdo last updated on 20/Sep/20
$$\mathrm{A}\:=\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:\mathrm{x}^{\mathrm{2}} \mathrm{ln}\left(\mathrm{x}\right)\mathrm{ln}\left(\mathrm{1}−\mathrm{x}\right)\mathrm{dx}\:\:\mathrm{we}\:\mathrm{have}\:\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{dx}}\mathrm{ln}\left(\mathrm{1}−\mathrm{x}\right)\:=\frac{−\mathrm{1}}{\mathrm{1}−\mathrm{x}}=−\sum_{\mathrm{n}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:\mathrm{x}^{\mathrm{n}} \\ $$$$\Rightarrow\mathrm{ln}\left(\mathrm{1}−\mathrm{x}\right)\:=−\sum_{\mathrm{n}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:\frac{\mathrm{x}^{\mathrm{n}+\mathrm{1}} }{\mathrm{n}+\mathrm{1}}\:+\mathrm{c}\:\:\left(\mathrm{c}=\mathrm{0}\right)\:=−\sum_{\mathrm{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \:\frac{\mathrm{x}^{\mathrm{n}} }{\mathrm{n}}\:\Rightarrow \\ $$$$\mathrm{A}\:=−\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:\mathrm{x}^{\mathrm{2}} \mathrm{lnx}\left(\sum_{\mathrm{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \:\frac{\mathrm{x}^{\mathrm{n}} }{\mathrm{n}}\right)\mathrm{dx}\:=−\sum_{\mathrm{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{n}}\:\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:\mathrm{x}^{\mathrm{n}+\mathrm{2}} \:\mathrm{ln}\left(\mathrm{x}\right)\mathrm{dx} \\ $$$$\mathrm{u}_{\mathrm{n}} =\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:\mathrm{x}^{\mathrm{n}+\mathrm{2}} \mathrm{ln}\left(\mathrm{x}\right)\mathrm{dx}\:=\left[\frac{\mathrm{x}^{\mathrm{n}+\mathrm{3}} }{\mathrm{n}+\mathrm{3}}\mathrm{ln}\left(\mathrm{x}\right)\right]_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:−\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:\frac{\mathrm{x}^{\mathrm{n}+\mathrm{2}} }{\mathrm{n}+\mathrm{3}}\:\mathrm{dx} \\ $$$$=−\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{n}+\mathrm{3}\right)^{\mathrm{2}} }\:\Rightarrow\:\mathrm{A}\:=\sum_{\mathrm{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{n}\left(\mathrm{n}+\mathrm{3}\right)^{\mathrm{2}} }\:\mathrm{let}\:\mathrm{decompose} \\ $$$$\mathrm{F}\left(\mathrm{x}\right)\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{x}\left(\mathrm{x}+\mathrm{3}\right)^{\mathrm{2}} }\:\Rightarrow\mathrm{F}\left(\mathrm{x}\right)\:=\frac{\mathrm{a}}{\mathrm{x}}\:+\frac{\mathrm{b}}{\mathrm{x}+\mathrm{3}}\:+\frac{\mathrm{c}}{\left(\mathrm{x}+\mathrm{3}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\mathrm{a}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{9}}\:,\:\mathrm{c}\:=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\:\Rightarrow\mathrm{F}\left(\mathrm{x}\right)\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{9x}}\:+\frac{\mathrm{b}}{\mathrm{x}+\mathrm{3}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}\left(\mathrm{x}+\mathrm{3}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\mathrm{lim}_{\mathrm{x}\rightarrow+\infty} \mathrm{xF}\left(\mathrm{x}\right)\:=\mathrm{0}\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{9}}\:+\mathrm{b}\:\Rightarrow\mathrm{b}=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{9}}\:\Rightarrow \\ $$$$\mathrm{A}\:=\mathrm{lim}_{\mathrm{n}\rightarrow+\infty} \mathrm{A}_{\mathrm{n}} /\:\:\:\:\:\:\:\:\mathrm{A}_{\mathrm{n}} =\sum_{\mathrm{k}=\mathrm{1}} ^{\mathrm{n}} \:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{k}\left(\mathrm{k}+\mathrm{3}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{9}}\:\sum_{\mathrm{k}=\mathrm{1}} ^{\mathrm{n}} \:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{k}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{9}}\sum_{\mathrm{k}=\mathrm{1}} ^{\mathrm{n}} \:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{k}+\mathrm{3}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\:\sum_{\mathrm{k}=\mathrm{1}} ^{\mathrm{n}} \:\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{k}+\mathrm{3}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{9}}\sum_{\mathrm{k}=\mathrm{1}} ^{\mathrm{n}} \:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{k}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{9}}\:\sum_{\mathrm{k}=\mathrm{4}} ^{\mathrm{n}+\mathrm{3}} −\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\sum_{\mathrm{k}=\mathrm{4}} ^{\mathrm{n}+\mathrm{3}} \:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{k}^{\mathrm{2}} } \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{9}}\left(\mathrm{1}\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\right)−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{9}}\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{n}+\mathrm{1}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{n}+\mathrm{2}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{n}+\mathrm{3}}\right)−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\left(\sum_{\mathrm{k}=\mathrm{1}} ^{\mathrm{n}+\mathrm{3}} \:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{k}^{\mathrm{2}} }−\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}^{\mathrm{2}} }−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}^{\mathrm{2}} }\right) \\ $$$$\rightarrow\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{9}}\left(\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\right)−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}×\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{6}}\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\left(\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{9}}\right) \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{9}}\left(\frac{\mathrm{11}}{\mathrm{6}}\right)−\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{18}}\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\left(\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{4}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{9}}\right)\:=\frac{\mathrm{11}}{\mathrm{54}}−\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{18}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\left(\frac{\mathrm{49}}{\mathrm{36}}\right)\:=\frac{\mathrm{11}}{\mathrm{54}}+\frac{\mathrm{49}}{\mathrm{108}}−\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{18}} \\ $$$$\Rightarrow\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:\mathrm{x}^{\mathrm{2}} \mathrm{lnx}\:\mathrm{ln}\left(\mathrm{1}−\mathrm{x}\right)\mathrm{dx}\:=\frac{\mathrm{11}}{\mathrm{54}}+\frac{\mathrm{49}}{\mathrm{108}}−\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{18}} \\ $$$$ \\ $$
Commented by mathmax by abdo last updated on 20/Sep/20
$$\Rightarrow\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:\mathrm{x}^{\mathrm{2}} \mathrm{lnxln}\left(\mathrm{1}−\mathrm{x}\right)\mathrm{dx}\:=\frac{\mathrm{71}}{\mathrm{108}}−\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{18}} \\ $$$$ \\ $$
Answered by maths mind last updated on 20/Sep/20
$$\Psi_{\mathrm{1}} \left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\right)=\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \frac{{ln}\left({x}\right){x}^{−\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}}} }{{x}−\mathrm{1}}{dx} \\ $$$${x}^{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}} ={t}\Rightarrow{dt}=\frac{{x}^{−\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}}} {dx}}{\mathrm{4}} \\ $$$$=\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \frac{\mathrm{4}{ln}\left({t}^{\mathrm{4}} \right)}{{t}^{\mathrm{4}} −\mathrm{1}}{dt} \\ $$$$=\mathrm{16}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{{ln}\left({t}\right)}{\left({t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}\right)\left({t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}\right)}{dt} \\ $$$$=\mathrm{8}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{{ln}\left({t}\right)}{{t}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}}−\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{{ln}\left({t}\right)}{{t}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}} \\ $$$$=−\mathrm{8}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \underset{{k}\geqslant\mathrm{0}} {\sum}{t}^{\mathrm{2}{k}} {ln}\left({t}\right){dt}−\mathrm{8}\underset{{m}\geqslant\mathrm{0}} {\sum}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \left(−{t}^{\mathrm{2}} \right)^{{m}} {ln}\left({t}\right){dt} \\ $$$$=−\mathrm{8}\underset{{k}\geqslant\mathrm{0}} {\sum}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} {t}^{\mathrm{2}{k}} {ln}\left({t}\right){dt}−\mathrm{8}\Sigma\left(−\mathrm{1}\right)^{{m}} \int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} {t}^{\mathrm{2}{m}} {ln}\left({t}\right){dt} \\ $$$$\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} {t}^{{n}} {ln}\left({t}\right)=\left[\frac{{t}^{{n}+\mathrm{1}} {ln}\left({t}\right)}{{n}+\mathrm{1}}\right]_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} −\int\frac{{t}^{{n}} }{{n}+\mathrm{1}}{dt}=−\frac{\mathrm{1}}{\left({n}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$=\mathrm{8}\underset{{k}\geqslant\mathrm{0}} {\sum}\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{2}{k}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }+\mathrm{8}.\Sigma\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{k}} }{\left(\mathrm{2}{k}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$=\mathrm{8}.\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}}\zeta\left(\mathrm{2}\right)+\mathrm{8}.{G} \\ $$$$=\pi^{\mathrm{2}} +\mathrm{8}{G} \\ $$$$ \\ $$$$ \\ $$$$ \\ $$