Question Number 111813 by mathdave last updated on 05/Sep/20
$${if}\: \\ $$$$\psi\left({x}\right)=\frac{{x}}{\mathrm{1}−{x}}+\frac{{x}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{1}−{x}^{\mathrm{2}} }+\frac{{x}^{\mathrm{5}} }{\mathrm{1}−{x}^{\mathrm{5}} }+\frac{{x}^{\mathrm{7}} }{\mathrm{1}−{x}^{\mathrm{7}} } \\ $$$${show}\:{that}\: \\ $$$$\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \left[\psi\left({x}\right)+\psi\left(\sqrt[{\mathrm{3}}]{{x}}\right)+\psi\left(\sqrt[{\mathrm{5}}]{{x}}\right)+\psi\left(\sqrt[{\mathrm{7}}]{{x}}\right)\right]\frac{\mathrm{ln}\left(\frac{\mathrm{1}}{{x}}\right)}{{x}}=\frac{\mathrm{25832}\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{1575}} \\ $$$${soltion}\: \\ $$$${let}\:{the}\:{generating}\:{series}\:{form}\:{of} \\ $$$$\psi\left({x}\right)=\frac{{x}}{\mathrm{1}−{x}}+\frac{{x}^{\mathrm{3}} }{\mathrm{1}−{x}^{\mathrm{2}} }+\frac{{x}^{\mathrm{5}} }{\mathrm{1}−{x}^{\mathrm{5}} }+\frac{{x}^{\mathrm{7}} }{\mathrm{1}−{x}^{\mathrm{7}} } \\ $$$${be}\:\psi\left({x}\right)=\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{{x}^{\mathrm{2}{i}+\mathrm{1}} }{\mathrm{1}−{x}^{\mathrm{2}{i}+\mathrm{1}} }………\left(\mathrm{1}\right) \\ $$$${from}\:\Omega=\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \psi\left({x}\right)+\psi\left(\sqrt[{\mathrm{3}}]{{x}}\right)+\psi\left(\sqrt[{\mathrm{5}}]{{x}}\right)+\psi\left(\sqrt[{\mathrm{7}}]{{x}}\right)\frac{\mathrm{ln}\left(\frac{\mathrm{1}}{{x}}\right)}{{x}}{dx} \\ $$$$\Omega=−\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \left[\psi\left({x}\right)+\psi\left({x}^{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}} \right)+\psi\left({x}^{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{5}}} \right)+\psi\left({x}^{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{7}}} \right)\right]\frac{\mathrm{ln}{x}}{{x}}{dx} \\ $$$${there}\:{the}\:{series}\:{form}\:{be} \\ $$$$\Omega=\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \left[\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\psi\left({x}^{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}}} \right)\frac{\mathrm{ln}{x}}{{x}}\right]{dx}………\left(\mathrm{2}\right) \\ $$$${putting}\:{equation}\:\left(\mathrm{1}\right)\:{into}\:\left(\mathrm{2}\right) \\ $$$$\Omega=−\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\left[\left(\frac{{x}^{\mathrm{2}{i}+\mathrm{1}} .{x}^{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}}} }{\mathrm{1}−{x}^{\mathrm{2}{i}+\mathrm{1}} .{x}^{\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}}} }\right)\frac{\mathrm{ln}{x}}{{x}}\right]{dx} \\ $$$$\Omega=−\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \left[\left(\frac{{x}^{\frac{\mathrm{2}{i}+\mathrm{1}}{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}}} }{\mathrm{1}−{x}^{\frac{\mathrm{2}{i}+\mathrm{1}}{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}}} }\right)\frac{\mathrm{ln}{x}}{{x}}\right]{dx} \\ $$$${let}\:{y}=\frac{\mathrm{2}{i}+\mathrm{1}}{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}} \\ $$$$\Omega=−\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \left[\left(\frac{{x}^{{y}} }{\mathrm{1}−{x}^{{y}} }\right)\frac{\mathrm{ln}{x}}{{x}}\right]{dx}=−\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \left(\frac{{x}^{{y}−\mathrm{1}} }{\mathrm{1}−{x}^{{y}} }\right)\mathrm{ln}{xdx} \\ $$$${let}\:{the}\:{series}\:{form}\:{of}\:\:\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}−{x}^{{y}} }=\underset{{m}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}{x}^{{my}} \\ $$$$\Omega=−\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \left(\underset{{m}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}{x}^{{my}} .{x}^{{y}−\mathrm{1}} \mathrm{ln}{x}\right){dx} \\ $$$$\frac{\partial}{\partial{a}}\mid_{{a}=\mathrm{0}} \Omega\left({a}\right)=−\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\underset{{m}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \left({x}^{{my}} .{x}^{{y}−\mathrm{1}} .{x}^{{a}} \right){dx} \\ $$$$\frac{\partial}{\partial{a}}\mid_{{a}=\mathrm{0}} \Omega\left({a}\right)=−\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\underset{{m}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} {x}^{{my}+{y}+{a}−\mathrm{1}} {dx} \\ $$$$\frac{\partial}{\partial{a}}\mid_{{a}=\mathrm{0}} \Omega\left({a}\right)=−\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\underset{{m}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\left(\frac{\mathrm{1}}{{my}+{y}+{a}}\right) \\ $$$$\Omega^{'} \left(\mathrm{0}\right)=\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\underset{{m}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\left[\frac{\mathrm{1}}{\left({my}+{y}\right)^{\mathrm{2}} }\right]=\left(\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\right)\frac{\mathrm{1}}{{y}^{\mathrm{2}} }\underset{{m}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{1}+{m}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$${let}\:{z}=\mathrm{1}+{m}\:{at}\:{m}=\mathrm{0}\:\:,{z}=\mathrm{1} \\ $$$$\Omega\left(\mathrm{0}\right)=\left(\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\right)\frac{\mathrm{1}}{{y}^{\mathrm{2}} }\underset{{z}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{{z}^{\mathrm{2}} }=\left(\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\right)\frac{\mathrm{1}}{{y}^{\mathrm{2}} }\zeta\left(\mathrm{2}\right)=\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{6}}\left(\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\right)\frac{\mathrm{1}}{{y}^{\mathrm{2}} } \\ $$$${but}\:{y}=\frac{\mathrm{2}{i}+\mathrm{1}}{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}} \\ $$$$\Omega\left(\mathrm{0}\right)=\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{6}}\left(\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{\left(\frac{\mathrm{2}{i}+\mathrm{1}}{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}}\right)^{\mathrm{2}} }\right)=\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{6}}\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} \underset{{i}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{2}{i}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\Omega=\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{6}}\left[\mathrm{1}^{\mathrm{2}} +\mathrm{3}^{\mathrm{2}} +\mathrm{5}^{\mathrm{2}} +\mathrm{7}^{\mathrm{2}} \right]×\left[\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}^{\mathrm{2}} }+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}^{\mathrm{2}} }+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{5}^{\mathrm{2}} }+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{7}^{\mathrm{2}} }\right] \\ $$$$\Omega=\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{6}}\left(\mathrm{1}+\mathrm{9}+\mathrm{25}+\mathrm{49}\right)×\left[\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{9}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{25}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{49}}\right] \\ $$$$\Omega=\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{6}}\bullet\left(\mathrm{84}\right)\bullet\frac{\mathrm{12916}}{\mathrm{11025}}=\frac{\mathrm{25832}\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{1575}} \\ $$$$\because\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \left[\psi\left({x}\right)+\psi\left(\sqrt[{\mathrm{3}}]{{x}}\right)+\psi\left(\sqrt[{\mathrm{5}}]{{x}}\right)+\psi\left(\sqrt[{\mathrm{7}}]{{x}}\right)\right]\frac{\mathrm{ln}\left(\frac{\mathrm{1}}{{x}}\right)}{{x}}=\frac{\mathrm{25832}\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{1575}} \\ $$$${by}\:{mathew}\:{monday}\left(\mathrm{05}/\mathrm{09}/\mathrm{2020}\right) \\ $$$$ \\ $$
Commented by mnjuly1970 last updated on 05/Sep/20
$${very}\:{excellent}\:{and}\:{very} \\ $$$${contentful}…{p}.{b}.{u}.{y} \\ $$
Commented by Don08q last updated on 05/Sep/20
$${Good}\:{job} \\ $$
Commented by Tawa11 last updated on 06/Sep/21
$$\mathrm{great}\:\mathrm{sir} \\ $$