Question Number 31982 by abdo imad last updated on 17/Mar/18
$${find}\:{the}\:{value}\:{of}\:\:\sum_{{n}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:\:\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} }{\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{3}\right)}\:. \\ $$
Commented by 6123 last updated on 18/Mar/18
$$\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\:\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} }{\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{3}\right)}\:=\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\:\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} \left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}}\:−\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{n}+\mathrm{3}}\right). \\ $$$$=\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left[\left(\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\right)\:+\:\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{5}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\right)\:+\:\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{5}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{7}}\right)\:+\:\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{9}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{7}}\right)\:+\:…\right] \\ $$$$=\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left[\mathrm{1}\:+\:\mathrm{2}\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{5}}\:+\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{9}}\:+\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{13}}\:+\:…\right)\:−\:\mathrm{2}\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\:+\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{7}}\:+\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{11}}\:+\:…\right)\right] \\ $$$${the}\:{rest}\:{is}\:{history}. \\ $$
Commented by abdo imad last updated on 18/Mar/18
$${let}\:{put}\:{S}=\sum_{{n}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:\:\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} }{\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{3}\right)}\:{and}\: \\ $$$${S}\left({x}\right)=\sum_{{n}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:\:\frac{{x}^{{n}} }{\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}\right)\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{3}\right)}\:\:{we}\:{have}\:{S}\left(−\mathrm{1}\right)={S}\:{but} \\ $$$${S}\left({x}\right)\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left(\sum_{{n}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}}\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{n}+\mathrm{3}}\right){x}^{{n}} \right)\:\Rightarrow{for}\:{x}\neq{o} \\ $$$$\mathrm{2}{S}\left({x}\right)=\:\sum_{{n}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:\:\frac{{x}^{{n}} }{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}}\:−\sum_{{n}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:\:\frac{{x}^{{n}} }{\mathrm{2}{n}+\mathrm{3}}\:{but} \\ $$$$\sum_{{n}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:\:\frac{{x}^{{n}} }{\mathrm{2}{n}+\mathrm{3}}\:=\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\:+\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \:\:\frac{{x}^{{n}} }{\mathrm{2}{n}+\mathrm{3}}\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\:+\sum_{{n}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:\frac{{x}^{{n}−\mathrm{1}} }{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\:+\frac{\mathrm{1}}{{x}}\:\sum_{{n}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:\:\frac{{x}^{{n}} }{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}}\:\Rightarrow \\ $$$$\mathrm{2}{S}\left({x}\right)=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\:+\left(\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{{x}}\right)\sum_{{n}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:\:\frac{{x}^{{n}} }{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}}\:{let}\:{calculate}\:{for}\:−\mathrm{1}\leqslant{x}<\mathrm{0} \\ $$$${A}\left({x}\right)=\sum_{{n}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:\:\frac{{x}^{{n}} }{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}}\:\Rightarrow{A}\left({x}\right)=\sum_{{n}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:\:\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} \left(−{x}\right)^{{n}} }{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}} \\ $$$$=\:\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{−{x}}}\sum_{{n}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:\:\:\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} \:\left(\sqrt{−{x}}\right)^{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}} }{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}}=\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{−{x}}}\:\varphi\left(\sqrt{−{x}}\:\right){with} \\ $$$$\varphi\left({t}\right)=\:\sum_{{n}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:\:\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} \:{t}^{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}} }{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}}\:\Rightarrow\varphi^{'} \left({t}\right)=\sum_{{n}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:\left(−{t}^{\mathrm{2}} \right)^{{n}} =\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}+{t}^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\Rightarrow\varphi\left({t}\right)=\:{arctant}\:+\lambda\:\:{but}\:\lambda=\varphi\left(\mathrm{0}\right)=\mathrm{0}\:\Rightarrow \\ $$$${A}\left({x}\right)=\:\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{−{x}}}\:{rctan}\left(\sqrt{−{x}}\right)\:{so}\:{for}\:−\mathrm{1}\leqslant{x}<\mathrm{0}\:{we}\:{have} \\ $$$${S}\left({x}\right)=\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}}\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\frac{{x}−\mathrm{1}}{{x}}\:\frac{\mathrm{1}}{\:\sqrt{−{x}}}\:{arctan}\left(\sqrt{−{x}}\right) \\ $$$$=\:\:\frac{{x}−\mathrm{1}}{\mathrm{2}{x}\sqrt{−{x}}}\:{arctan}\left(\sqrt{−{x}}\right)\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}}\:\:{and} \\ $$$${S}\left(−\mathrm{1}\right)=\:{S}=\:\frac{−\mathrm{2}}{−\mathrm{2}}\:{arctan}\left(\mathrm{1}\right)\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}}\:=\:\frac{\pi}{\mathrm{4}}\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}}\:. \\ $$$$ \\ $$