Question Number 164585 by mnjuly1970 last updated on 19/Jan/22
$$ \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\mathcal{I}\:=\:\int_{\mathrm{0}} ^{\:\mathrm{1}} \frac{\:\mathrm{Li}_{\:\mathrm{2}} \:\left(\:{x}\:\right)}{\mathrm{1}\:+\:{x}}\:{dx}\:=\:? \\ $$$$\:\:\:\:−−−−−−\: \\ $$
Answered by mindispower last updated on 19/Jan/22
$$\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{{Li}_{\mathrm{2}} \left({x}\right)}{\mathrm{1}+{x}}{dx}={ln}\left(\mathrm{2}\right)\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{6}}+\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{{ln}\left(\mathrm{1}−{x}\right){ln}\left(\mathrm{1}+{x}\right)}{{x}}{dx}_{={A}} \\ $$$${A}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{{ln}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{1}−{x}^{\mathrm{2}} \right)}{{x}}−\frac{{ln}^{\mathrm{2}} \left(\frac{\mathrm{1}−{x}}{\mathrm{1}+{x}}\right)}{{x}}{dx} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{8}}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{{ln}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{1}−{y}\right)}{{y}}{dy}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{{ln}^{\mathrm{2}} \left({y}\right)}{\mathrm{1}−{y}^{\mathrm{2}} }{dy} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{8}}\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \frac{{t}^{\mathrm{2}} {e}^{−{t}} }{\mathrm{1}−{e}^{−{t}} }\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \frac{{t}^{\mathrm{2}} {e}^{−{t}} }{\mathrm{1}−{e}^{−\mathrm{2}{t}} }{dt} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{8}}\Gamma\left(\mathrm{3}\right)\zeta\left(\mathrm{3}\right)−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\underset{{n}\geqslant\mathrm{0}} {\sum}\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} {t}^{\mathrm{2}} {e}^{−\left(\mathrm{1}+\mathrm{2}\boldsymbol{{n}}\right)\boldsymbol{{t}}} \boldsymbol{{dt}} \\ $$$$=\frac{\boldsymbol{\zeta}\left(\mathrm{3}\right)}{\mathrm{4}}−\underset{{n}\geqslant\mathrm{0}} {\sum}\frac{\Gamma\left(\mathrm{3}\right)}{\mathrm{2}\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{3}} } \\ $$$$=\frac{\zeta\left(\mathrm{3}\right)}{\mathrm{4}}−\frac{\mathrm{7}}{\mathrm{8}}\zeta\left(\mathrm{3}\right)=−\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{8}}\zeta\left(\mathrm{3}\right) \\ $$$$\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{{Li}_{\mathrm{2}} \left({x}\right)}{\mathrm{1}+{x}}{dx}=\frac{{ln}\left(\mathrm{2}\right)}{\mathrm{6}}\pi^{\mathrm{2}} −\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{8}}\zeta\left(\mathrm{3}\right) \\ $$$$ \\ $$
Commented by mnjuly1970 last updated on 19/Jan/22
$$\:\:\:\:{thank}\:{hou}\:{so}\:{much}\:{sir}\:{power} \\ $$$$.\:{very}\:{nice}\:{solution}..\: \\ $$$$\:\:\: \\ $$
Commented by mindispower last updated on 19/Jan/22
$${Withe}\:{Pleasur}\:{Have}\:{a}\:{nice}\:{Day}\:{sir} \\ $$
Answered by Lordose last updated on 19/Jan/22
$$ \\ $$$$\mathrm{I}\:=\:\int_{\mathrm{0}} ^{\:\mathrm{1}} \frac{\mathrm{Li}_{\mathrm{2}} \left(\mathrm{x}\right)}{\mathrm{1}+\mathrm{x}}\mathrm{dx} \\ $$$$\mathrm{I}\:\overset{\boldsymbol{\mathrm{IBP}}} {=}\mathrm{Li}_{\mathrm{2}} \left(\mathrm{x}\right)\mathrm{ln}\left(\mathrm{1}+\mathrm{x}\right)\mid_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:+\:\int_{\mathrm{0}} ^{\:\mathrm{1}} \frac{\mathrm{ln}\left(\mathrm{1}−\mathrm{x}\right)\mathrm{ln}\left(\mathrm{1}+\mathrm{x}\right)}{\mathrm{x}}\mathrm{dx} \\ $$$$\mathrm{I}\:=\:\mathrm{ln}\left(\mathrm{2}\right)\boldsymbol{\zeta}\left(\mathrm{2}\right)\:+\:\int_{\mathrm{0}} ^{\:\mathrm{1}} \frac{\mathrm{ln}\left(\mathrm{1}−\mathrm{x}\right)\mathrm{ln}\left(\mathrm{1}+\mathrm{x}\right)}{\mathrm{x}}\mathrm{dx}\: \\ $$$$\mathrm{J}\:=\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left(\int_{\mathrm{0}} ^{\:\mathrm{1}} \mathrm{ln}^{\mathrm{2}} \left(\frac{\mathrm{1}−\mathrm{x}}{\mathrm{1}+\mathrm{x}}\right)\frac{\mathrm{dx}}{\mathrm{x}}\:−\:\int_{\mathrm{0}} ^{\:\mathrm{1}} \frac{\mathrm{ln}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{1}−\mathrm{x}\right)}{\mathrm{x}}\mathrm{dx}\:−\int_{\mathrm{0}} ^{\:\mathrm{1}} \frac{\mathrm{ln}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{1}+\mathrm{x}\right)}{\mathrm{x}}\mathrm{dx}\right) \\ $$$$\mathrm{J}\:=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left(\mathrm{A}\:−\:\mathrm{B}\:−\:\mathrm{C}\right) \\ $$$$\mathrm{A}\:\overset{\mathrm{x}=\frac{\mathrm{1}−\mathrm{x}}{\mathrm{1}+\mathrm{x}}} {=}\mathrm{2}\int_{\mathrm{0}} ^{\:\mathrm{1}} \frac{\mathrm{ln}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{x}\right)}{\mathrm{1}−\mathrm{x}^{\mathrm{2}} }\mathrm{dx}\:=\:\mathrm{2}\underset{\mathrm{k}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\int_{\mathrm{0}} ^{\:\mathrm{1}} \mathrm{x}^{\mathrm{2k}} \mathrm{ln}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{x}\right)\mathrm{dx} \\ $$$$\mathrm{A}\:\overset{\boldsymbol{\mathrm{IBP}}×\mathrm{2}} {=}\:\mathrm{4}\underset{\mathrm{k}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{2k}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{3}} }\:=\:\mathrm{4}\left(\frac{\mathrm{7}\boldsymbol{\zeta}\left(\mathrm{3}\right)}{\mathrm{8}}\right)\:=\:\frac{\mathrm{7}\boldsymbol{\zeta}\left(\mathrm{3}\right)}{\mathrm{2}} \\ $$$$\boldsymbol{\mathrm{A}}\:=\:\frac{\mathrm{7}\boldsymbol{\zeta}\left(\mathrm{3}\right)}{\mathrm{2}} \\ $$$$\mathrm{B}\:\overset{\mathrm{x}=\mathrm{1}−\mathrm{x}} {=}\int_{\mathrm{0}} ^{\:\mathrm{1}} \frac{\mathrm{ln}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{x}\right)}{\mathrm{1}−\mathrm{x}}\mathrm{dx}\:=\:\underset{\mathrm{k}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\int_{\mathrm{0}} ^{\:\mathrm{1}} \mathrm{x}^{\mathrm{k}−\mathrm{1}} \mathrm{ln}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{x}\right)\mathrm{dx} \\ $$$$\mathrm{B}\:\overset{\boldsymbol{\mathrm{IBP}}×\mathrm{2}} {=}\:\mathrm{2}\underset{\mathrm{k}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{k}^{\mathrm{3}} }\:=\:\mathrm{2}\boldsymbol{\zeta}\left(\mathrm{3}\right) \\ $$$$\boldsymbol{\mathrm{B}}\:=\:\mathrm{2}\boldsymbol{\zeta}\left(\mathrm{3}\right) \\ $$$$\mathrm{C}\:=\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\boldsymbol{\zeta}\left(\mathrm{3}\right) \\ $$$$\mathrm{J}\:=\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left(\frac{\mathrm{7}\boldsymbol{\zeta}\left(\mathrm{3}\right)}{\mathrm{2}}\:−\:\mathrm{2}\boldsymbol{\zeta}\left(\mathrm{3}\right)\:−\:\frac{\boldsymbol{\zeta}\left(\mathrm{3}\right)}{\mathrm{4}}\right)\:=\:−\frac{\mathrm{5}\boldsymbol{\zeta}\left(\mathrm{3}\right)}{\mathrm{8}} \\ $$$$\mathrm{I}\:=\:\mathrm{ln}\left(\mathrm{2}\right)\boldsymbol{\zeta}\left(\mathrm{2}\right)\:+\:\frac{\mathrm{5}\boldsymbol{\zeta}\left(\mathrm{3}\right)}{\mathrm{8}} \\ $$$$\boldsymbol{\mathrm{I}}\:=\:\boldsymbol{\zeta}\left(\mathrm{2}\right)\boldsymbol{\mathrm{ln}}\left(\mathrm{2}\right)\:+\:\frac{\mathrm{5}\boldsymbol{\zeta}\left(\mathrm{3}\right)}{\mathrm{8}} \\ $$
Commented by mnjuly1970 last updated on 19/Jan/22
$$\:\:{thx}\:{a}\:{lot}\:{sir}\:{lordos} \\ $$