Question Number 98445 by mathmax by abdo last updated on 14/Jun/20
$$\mathrm{give}\:\mathrm{at}\:\mathrm{form}\:\mathrm{of}\:\mathrm{serie}\:\mathrm{U}_{\mathrm{n}} =\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:\frac{\mathrm{x}^{\mathrm{n}} \mathrm{ln}\left(\mathrm{x}\right)}{\left(\mathrm{1}+\mathrm{x}\right)^{\mathrm{2}} }\mathrm{dx} \\ $$
Answered by mathmax by abdo last updated on 14/Jun/20
$$\mathrm{we}\:\mathrm{have}\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}+\mathrm{x}}\:=\sum_{\mathrm{k}=\mathrm{0}} ^{\infty} \left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{k}} \:\mathrm{x}^{\mathrm{k}} \:\:\:\:\:\mathrm{for}\:\mid\mathrm{x}\mid<\mathrm{1}\:\Rightarrow \\ $$$$−\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{1}+\mathrm{x}^{\mathrm{2}} \right)}\:=\sum_{\mathrm{k}=\mathrm{1}} ^{\infty} \:\mathrm{k}\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{k}} \:\mathrm{x}^{\mathrm{k}−\mathrm{1}} \:\:=\sum_{\mathrm{k}=\mathrm{0}} ^{\infty} \left(\mathrm{k}+\mathrm{1}\right)\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{k}+\mathrm{1}} \:\mathrm{x}^{\mathrm{k}} \:\Rightarrow \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{1}+\mathrm{x}\right)^{\mathrm{2}} }\:=\sum_{\mathrm{k}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:\left(\mathrm{k}+\mathrm{1}\right)\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{k}} \:\mathrm{x}^{\mathrm{k}} \:\Rightarrow\mathrm{U}_{\mathrm{n}} =\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:\mathrm{x}^{\mathrm{n}} \mathrm{ln}\left(\mathrm{x}\right)\left(\sum_{\mathrm{k}=\mathrm{0}} ^{\infty} \left(\mathrm{k}+\mathrm{1}\right)\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{k}} \:\mathrm{x}^{\mathrm{k}} \right)\mathrm{dx} \\ $$$$=\sum_{\mathrm{k}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:\left(\mathrm{k}+\mathrm{1}\right)\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{k}} \:\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:\mathrm{x}^{\mathrm{n}+\mathrm{k}} \:\mathrm{ln}\left(\mathrm{x}\right)\mathrm{dx}\:\:\:\mathrm{and}\:\mathrm{by}\:\mathrm{parts} \\ $$$$\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:\mathrm{x}^{\mathrm{n}+\mathrm{k}} \:\mathrm{ln}\left(\mathrm{x}\right)\mathrm{dx}\:=\left[\frac{\mathrm{x}^{\mathrm{n}+\mathrm{k}+\mathrm{1}} }{\mathrm{n}+\mathrm{k}+\mathrm{1}}\mathrm{ln}\left(\mathrm{x}\right)\right]_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:−\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:\frac{\mathrm{x}^{\mathrm{n}+\mathrm{k}} }{\mathrm{n}+\mathrm{k}+\mathrm{1}}\mathrm{dx} \\ $$$$=−\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{n}+\mathrm{k}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\:\Rightarrow\:\mathrm{U}_{\mathrm{n}} =−\sum_{\mathrm{k}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:\left(\mathrm{k}+\mathrm{1}\right)\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{k}} ×\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{n}+\mathrm{k}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$=\sum_{\mathrm{k}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:\frac{\mathrm{k}+\mathrm{1}}{\left(\mathrm{n}+\mathrm{k}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{k}+\mathrm{1}} \:\Rightarrow \\ $$$$\mathrm{U}_{\mathrm{n}} =−\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{n}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\:+\frac{\mathrm{2}}{\left(\mathrm{n}+\mathrm{2}\right)^{\mathrm{2}} }−\frac{\mathrm{3}}{\left(\mathrm{n}+\mathrm{3}\right)^{\mathrm{2}} }+…. \\ $$
Answered by maths mind last updated on 14/Jun/20
$$\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{1}+{x}\right)^{\mathrm{2}} }=\frac{\partial}{\partial{x}}\left(\underset{{n}\geqslant\mathrm{0}} {\sum}\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}+\mathrm{1}} {x}^{{n}} \right)=\underset{{n}\geqslant\mathrm{1}} {\sum}{n}\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}+\mathrm{1}} {x}^{{n}−\mathrm{1}} \\ $$$$=\underset{{t}\geqslant\mathrm{0}} {\sum}\left({t}+\mathrm{1}\right)\left(−{x}\right)^{{t}} \\ $$$${U}_{{n}} =\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{{x}^{{n}} {ln}\left({x}\right)}{\left(\mathrm{1}+{x}\right)^{\mathrm{2}} }{dx}=\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} {x}^{{n}} {ln}\left({x}\right).\underset{{t}\geqslant\mathrm{0}} {\sum}\left(\left({t}+\mathrm{1}\right)\left(−{x}\right)^{{t}} \:{dx}\right. \\ $$$$=\underset{{t}\geqslant\mathrm{0}} {\sum}\left({t}+\mathrm{1}\right)\left(−\mathrm{1}\right)^{{t}+\mathrm{1}} \int_{\mathrm{0}} ^{\infty} {re}^{−\left({n}+{t}+\mathrm{1}\right){r}} {dr} \\ $$$$=\underset{{t}\geqslant\mathrm{0}} {\sum}\left({t}+\mathrm{1}\right)\left(−\mathrm{1}\right)^{{t}+\mathrm{1}} \int_{\mathrm{0}} ^{+\infty} \frac{{ue}^{−{u}} }{\left({n}+{t}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }{du}\: \\ $$$$=\underset{{t}\geqslant\mathrm{0}} {\sum}\left({t}+\mathrm{1}\right)\left(−\mathrm{1}\right)^{{t}+\mathrm{1}} .\frac{\Gamma\left(\mathrm{2}\right)}{\left({n}++\mathrm{1}+{t}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$=\underset{{t}\geqslant\mathrm{0}} {\sum}\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{t}+\mathrm{1}} \left({t}+\mathrm{1}\right)}{\left({n}+{t}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$