Question Number 90787 by Maclaurin Stickker last updated on 26/Apr/20
$${Find}\:{the}\:{infinite}\:{sum} \\ $$$$\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{2}{n}−\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{3}\right)} \\ $$
Commented by mathmax by abdo last updated on 26/Apr/20
$${let}\:{decompose}\:{F}\left({x}\right)=\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{2}{x}−\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{2}{x}+\mathrm{3}\right)} \\ $$$${F}\left({x}\right)=\frac{{a}}{\mathrm{2}{x}−\mathrm{1}}\:+\frac{{b}}{\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}}\:+\frac{{c}}{\mathrm{2}{x}+\mathrm{3}} \\ $$$${a}\:=\left(\mathrm{2}{x}−\mathrm{1}\right){F}\left({x}\right)\mid_{{x}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}} \:\:\:=\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{2}\right)\left(\mathrm{4}\right)}\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{8}} \\ $$$${b}\:=\left(\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}\right){F}\left({x}\right)\mid_{{x}=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}} \:\:\:=\frac{\mathrm{1}}{\left(−\mathrm{2}\right)\left(\mathrm{2}\right)}=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}} \\ $$$${c}\:=\left(\mathrm{2}{x}+\mathrm{3}\right){F}\left({x}\right)\mid_{{x}=−\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}}} \:\:\:=\frac{\mathrm{1}}{\left(−\mathrm{4}\right)\left(−\mathrm{2}\right)}\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{8}}\:\Rightarrow \\ $$$${F}\left({x}\right)=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{8}\left(\mathrm{2}{x}−\mathrm{1}\right)}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}\left(\mathrm{2}{x}+\mathrm{1}\right)}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{8}\left(\mathrm{2}{x}+\mathrm{3}\right)}\:{let} \\ $$$${S}_{{n}} =\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}\:} \:\:\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{2}{k}−\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{2}{k}+\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{2}{k}+\mathrm{3}\right)}\:\Rightarrow{S}_{{n}} =\Sigma{F}\left({k}\right) \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{8}}\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} \:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{k}−\mathrm{1}}\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} \:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{k}+\mathrm{1}}\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{8}}\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} \:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{k}+\mathrm{3}}\:\:{we}\:{have} \\ $$$$\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} \:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{k}−\mathrm{1}}\:=\mathrm{1}\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{5}}+….+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{n}−\mathrm{1}} \\ $$$$=\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}+…+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{n}−\mathrm{1}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{n}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}−….−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{n}} \\ $$$$={H}_{\mathrm{2}{n}} −\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{H}_{{n}} \\ $$$$\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} \:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{k}+\mathrm{1}}\:=_{{k}={j}−\mathrm{1}} \:\:\:\sum_{{j}=\mathrm{2}} ^{{n}+\mathrm{1}} \:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{j}−\mathrm{1}}\:=\sum_{{j}=\mathrm{1}} ^{{n}+\mathrm{1}} \:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{j}−\mathrm{1}}−\mathrm{1} \\ $$$$={H}_{\mathrm{2}{n}+\mathrm{2}} −\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{H}_{{n}+\mathrm{1}} −\mathrm{1} \\ $$$$\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} \:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{k}+\mathrm{3}}\:=_{{k}={j}−\mathrm{2}} \:\:\:\sum_{{j}=\mathrm{3}} ^{{n}+\mathrm{2}} \:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{j}−\mathrm{1}}\:=\sum_{{j}=\mathrm{1}} ^{{n}+\mathrm{2}} \:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{j}−\mathrm{1}}−\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}} \\ $$$$={H}_{\mathrm{2}{n}+\mathrm{4}} −\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{H}_{{n}+\mathrm{2}} −\frac{\mathrm{4}}{\mathrm{3}}\:\Rightarrow \\ $$$$\mathrm{8}{S}_{{n}} ={H}_{\mathrm{2}{n}} −\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{H}_{{n}} −\mathrm{2}\left({H}_{\mathrm{2}{n}+\mathrm{2}} −\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{H}_{{n}+\mathrm{1}} −\mathrm{1}\right)+{H}_{\mathrm{2}{n}+\mathrm{4}} −\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{H}_{{n}+\mathrm{2}} −\frac{\mathrm{4}}{\mathrm{3}} \\ $$$$={H}_{\mathrm{2}{n}} −\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{H}_{{n}} −\mathrm{2}{H}_{\mathrm{2}{n}+\mathrm{2}} \:+{H}_{{n}+\mathrm{1}} +\mathrm{2}\:+{H}_{\mathrm{2}{n}+\mathrm{4}} −\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{H}_{{n}+\mathrm{2}} −\frac{\mathrm{4}}{\mathrm{3}} \\ $$$$\sim{ln}\left(\mathrm{2}{n}\right)+\gamma\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{ln}\left({n}\right)−\frac{\gamma}{\mathrm{2}}\:−\mathrm{2}{ln}\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{2}\right)−\mathrm{2}\gamma\:+{ln}\left({n}+\mathrm{1}\right)+\gamma \\ $$$$+{ln}\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{4}\right)+\gamma\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{ln}\left({n}+\mathrm{2}\right)−\frac{\gamma}{\mathrm{2}}\:\:+\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3}}\:\Rightarrow \\ $$$$\mathrm{8}{S}_{{n}} \sim\:\:{ln}\left(\mathrm{2}\right)+{ln}\left({n}\right)−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{ln}\left({n}\right)−\mathrm{2}{ln}\left(\mathrm{2}\right)−\mathrm{2}{ln}\left({n}\right)+{ln}\left({n}\right) \\ $$$$+{ln}\left(\mathrm{2}\right)+{ln}\left({n}\right)−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{ln}\left({n}\right)\:+\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3}}\:\Rightarrow\mathrm{8}{S}_{{n}} \sim\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3}}\:\Rightarrow{S}_{{n}} \sim\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{12}} \\ $$$$\Rightarrow{lim}_{{n}\rightarrow+\infty} \:{S}_{{n}} =\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{12}} \\ $$
Commented by Maclaurin Stickker last updated on 26/Apr/20
$${Thank}\:{you},\:{I}\:{appreciate}\:{your}\:{work}. \\ $$
Commented by abdomathmax last updated on 27/Apr/20
$${you}\:{are}\:{welcome} \\ $$
Answered by ajfour last updated on 26/Apr/20
$${S}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\Sigma\frac{\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{3}\right)−\left(\mathrm{2}{n}−\mathrm{1}\right)}{\left(\mathrm{2}{n}−\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{3}\right)} \\ $$$$\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\Sigma\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{2}{n}−\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}\right)}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\Sigma\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{3}\right)} \\ $$$$\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{8}}\Sigma\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{n}−\mathrm{1}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{8}}\Sigma\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{8}}\Sigma\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{8}}\Sigma\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{n}+\mathrm{3}} \\ $$$$\mathrm{8}{S}=\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{5}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{7}}+…\right)−\mathrm{2}\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{5}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{7}}+…\right)+\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{5}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{7}}+…\right) \\ $$$$\:\:\:\:=\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\:=\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3}} \\ $$$$\Rightarrow\:\:\:{S}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{12}}\:. \\ $$$$\left({any}\:{chance}\:{this}\:{may}\:{be}\:{correct}?\right) \\ $$
Commented by mathmax by abdo last updated on 26/Apr/20
$${correct}\:{sir}\:{ajfour} \\ $$
Commented by Maclaurin Stickker last updated on 26/Apr/20
$${Perfect}! \\ $$