Question Number 26877 by abdo imad last updated on 30/Dec/17
$${find}\:{the}\:{value}\:{of}\:\:\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\propto} \:\frac{\mathrm{1}}{{n}\left({n}+\mathrm{1}\right)\left({n}+\mathrm{2}\right)\left({n}+\mathrm{3}\right)}\:\:. \\ $$
Commented by abdo imad last updated on 31/Dec/17
$${let}\:{decompose}\:{F}\left({x}\right)=\:\frac{\mathrm{1}}{{x}\left({x}+\mathrm{1}\right)\left({x}+\mathrm{2}\right)\left({x}+\mathrm{3}\right)} \\ $$$${F}\left({x}\right)=\:\frac{{a}}{{x}}\:+\frac{{b}}{{x}+\mathrm{1}}\:+\frac{{c}}{{x}+\mathrm{2}}\:+\frac{{d}}{{x}+\mathrm{3}} \\ $$$${a}={lim}_{{x}−>\mathrm{0}} {xF}\left({x}\right)=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}},{b}=\:{lim}_{{x}−>−\mathrm{1}} \:\left({x}+\mathrm{1}\right){F}\left({x}\right)=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}} \\ $$$${c}=\:{lim}_{{x}−>−\mathrm{2}} \:\:\left({x}+\mathrm{2}\right){F}\left({x}\right)=\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:,\:\:{d}=\:{lim}_{{x}−>−\mathrm{3}} \:\left({x}+\mathrm{3}\right){F}\left({x}\right)=\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}} \\ $$$$\Rightarrow\:{F}\left({x}\right)\:=\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}{x}}\:−\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\left({x}+\mathrm{1}\right)}\:+\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\left({x}+\mathrm{2}\right)}\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}\left({x}+\mathrm{3}\right)} \\ $$$${let}\:{put}\:\:{S}_{{n}} \:\:=\:\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} \frac{\mathrm{1}}{{k}\left({k}+\mathrm{1}\right)\left({k}+\mathrm{2}\right)\left({k}+\mathrm{3}\right)} \\ $$$$\:{S}_{{n}} =\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}}\:\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} \:\frac{\mathrm{1}}{{k}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} \frac{\mathrm{1}}{{k}+\mathrm{1}}\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{k}={n}} \:\frac{\mathrm{1}}{{k}+\mathrm{2}}\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}}\:\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} \frac{\mathrm{1}}{{k}+\mathrm{3}} \\ $$$$ \\ $$$${but}\:\:\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} \frac{\mathrm{1}}{{k}}={H}_{{n}} \\ $$$$\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{k}={n}} \frac{\mathrm{1}}{{k}+\mathrm{1}}=\:\sum_{{k}=\mathrm{2}} ^{{n}+\mathrm{1}} \frac{\mathrm{1}}{{k}}\:={H}_{{n}+\mathrm{1}} \:\:−\mathrm{1} \\ $$$$\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{k}={n}} \frac{\mathrm{1}}{{k}+\mathrm{2}}=\:\sum_{{k}=\mathrm{3}} ^{{n}+\mathrm{2}} \:\frac{\mathrm{1}}{{k}}=\:{H}_{{n}+\mathrm{2}} \:−\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}} \\ $$$$\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{k}={n}} \frac{\mathrm{1}}{{k}+\mathrm{3}}=\:\sum_{{k}=\mathrm{4}} ^{{n}+\mathrm{3}} \:\frac{\mathrm{1}}{{k}}\:=\:{H}_{{n}+\mathrm{3}} \:−\frac{\mathrm{11}}{\mathrm{6}} \\ $$$${S}_{{n}} \:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}}\:{H}_{{n}} \:\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left(\:{H}_{{n}+\mathrm{1}} \:−\mathrm{1}\right)\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left(\:{H}_{{n}+\mathrm{2}} \:−\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}}\right)−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}}\left({H}_{{n}+\mathrm{3}} −\frac{\mathrm{11}}{\mathrm{6}}\right) \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}}\left({H}_{{n}} \:−{H}_{{n}+\mathrm{3}} \right)+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left(\:{H}_{{n}+\mathrm{2}} −{H}_{{n}+\mathrm{1}} \right)\:+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}−\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}}+\frac{\mathrm{11}}{\mathrm{36}} \\ $$$${but}\:{lim}_{{n}−>\propto} \left({H}_{{n}} −{H}_{{n}+\mathrm{3}} \right)=\mathrm{0}\:{and}\:{lim}_{{n}−>\propto} \left(\:{H}_{{n}+\mathrm{2}} \:−{H}_{{n}+\mathrm{1}} \right)=\mathrm{0} \\ $$$$\Rightarrow{lim}_{{n}−>\propto} {S}_{{n}} =\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\:+\frac{\mathrm{11}}{\mathrm{36}}=\frac{−\mathrm{9}+\mathrm{11}}{\mathrm{36}}=\:\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{36}}\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{18}}\:. \\ $$$$ \\ $$
Commented by abdo imad last updated on 31/Dec/17
$${this}\:{is}\:{the}\:{method}\:{of}\:{H}_{{n}} \\ $$
Answered by prakash jain last updated on 31/Dec/17
$$\frac{\mathrm{1}}{{n}\left({n}+\mathrm{1}\right)\left({n}+\mathrm{2}\right)\left({n}+\mathrm{3}\right)} \\ $$$$=\frac{{A}}{{n}}+\frac{{B}}{{n}+\mathrm{1}}+\frac{{C}}{{n}+\mathrm{2}}+\frac{{D}}{{n}+\mathrm{3}} \\ $$$$\mathrm{1}={A}\left({n}+\mathrm{1}\right)\left({n}+\mathrm{2}\right)\left({n}+\mathrm{3}\right)+{Bn}\left({n}+\mathrm{2}\right)\left({n}+\mathrm{3}\right) \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:+{Cn}\left({n}+\mathrm{1}\right)\left({n}+\mathrm{3}\right)+{Dn}\left({n}+\mathrm{1}\right)\left({n}+\mathrm{2}\right) \\ $$$${n}=\mathrm{0}\Rightarrow{A}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}} \\ $$$${n}=−\mathrm{1}\Rightarrow{B}=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}} \\ $$$${n}=−\mathrm{2}\Rightarrow{C}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}} \\ $$$${n}=−\mathrm{3}\Rightarrow{D}=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}{n}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\left({n}+\mathrm{1}\right)}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\left({n}+\mathrm{2}\right)}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}\left({n}+\mathrm{3}\right)} \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}.\mathrm{1}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\centerdot\mathrm{2}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\centerdot\mathrm{3}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}\centerdot\mathrm{4}} \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}.\mathrm{2}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\centerdot\mathrm{3}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\centerdot\mathrm{4}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}\centerdot\mathrm{5}} \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}.\mathrm{3}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\centerdot\mathrm{4}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\centerdot\mathrm{5}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}\centerdot\mathrm{6}} \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}.\mathrm{4}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\centerdot\mathrm{5}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\centerdot\mathrm{6}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}\centerdot\mathrm{7}} \\ $$$$ \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}\left({m}−\mathrm{2}\right)}−\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{2}\left({m}−\mathrm{1}\right)}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\left({m}\right)}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}\left({m}+\mathrm{1}\right)} \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}\left({m}−\mathrm{1}\right)}−\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{2}\left({m}\right)}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\left({m}+\mathrm{1}\right)}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}\left({m}+\mathrm{2}\right)} \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}\left({m}\right)}−\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{2}\left({m}+\mathrm{1}\right)}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\left({m}+\mathrm{2}\right)}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}\left({m}+\mathrm{3}\right)} \\ $$$$\mathrm{sum}\:\mathrm{to}\:{m}\:\mathrm{term} \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}.\mathrm{1}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}.\mathrm{2}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}.\mathrm{3}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}.\mathrm{2}} \\ $$$$+\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\left({m}+\mathrm{2}\right)}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}\left({m}+\mathrm{1}\right)}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}\left({m}+\mathrm{2}\right)}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}\left({m}+\mathrm{3}\right)} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{18}}+\frac{\mathrm{3}\left({m}+\mathrm{1}\right)\left({m}+\mathrm{3}\right)−\left({m}+\mathrm{2}\right)\left({m}+\mathrm{3}\right)−\left({m}+\mathrm{1}\right)\left({m}+\mathrm{3}\right)−\left({m}+\mathrm{1}\right)\left({m}+\mathrm{2}\right)}{\mathrm{6}\left({m}+\mathrm{1}\right)\left({m}+\mathrm{2}\right)\left({m}+\mathrm{3}\right)} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{18}}+\frac{\mathrm{2}\left({m}+\mathrm{1}\right)\left({m}+\mathrm{3}\right)−\left({m}+\mathrm{2}\right)\left({m}+\mathrm{3}\right)−\left({m}+\mathrm{1}\right)\left({m}+\mathrm{2}\right)}{\mathrm{6}\left({m}+\mathrm{1}\right)\left({m}+\mathrm{2}\right)\left({m}+\mathrm{3}\right)} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{18}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}\left({m}+\mathrm{1}\right)\left({m}+\mathrm{2}\right)\left({m}+\mathrm{3}\right)} \\ $$$$ \\ $$$$\mathrm{sum}\:\mathrm{to}\:\mathrm{infinity}= \\ $$$$\:\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}\centerdot\mathrm{1}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}.\mathrm{2}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{6}.\mathrm{3}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}.\mathrm{2}}=\frac{\mathrm{6}+\mathrm{3}+\mathrm{2}−\mathrm{9}}{\mathrm{6}\centerdot\mathrm{2}\centerdot\mathrm{3}}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{18}} \\ $$