Question Number 60424 by Mr X pcx last updated on 20/May/19
$${let}\:{z}\:\in{C}\:{and}\:\:\mid{z}\mid<\mathrm{1}\:\:{find} \\ $$$${f}\left({x}\right)=\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} {ln}\left(\mathrm{1}+{zx}\right){dx}. \\ $$
Commented by maxmathsup by imad last updated on 26/May/19
$${we}\:{have}\:{f}\left({z}\right)\:=\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} {ln}\left(\mathrm{1}+{zx}\right){dx}\:\:\:\:\Rightarrow{f}^{'} \left({z}\right)\:=\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:\frac{{x}}{\mathrm{1}+{zx}}\:{dx} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{{z}}\:\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:\frac{\mathrm{1}+{zx}−\mathrm{1}}{\mathrm{1}+{zx}}\:{dx}\:=\frac{\mathrm{1}}{{z}}\:−\frac{\mathrm{1}}{{z}}\:\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:\:\frac{{dx}}{\mathrm{1}+{zx}} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{{z}}\:−\frac{\mathrm{1}}{{z}}\:\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \left(\sum_{{n}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} {z}^{{n}} {x}^{{n}} \right){dx}\:=\frac{\mathrm{1}}{{z}}\:−\frac{\mathrm{1}}{{z}}\sum_{{n}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} {z}^{{n}} \:\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:{x}^{{n}} {dx} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{{z}}\:−\frac{\mathrm{1}}{{z}}\:\sum_{{n}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} }{{n}+\mathrm{1}}\:{z}^{{n}} \:\:=\frac{\mathrm{1}}{{z}}\:−\frac{\mathrm{1}}{{z}}\left\{\mathrm{1}+\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \:\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} }{{n}+\mathrm{1}}{z}^{{n}} \right\} \\ $$$$=−\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \:\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} }{{n}+\mathrm{1}}\:{z}^{{n}−\mathrm{1}} \:\Rightarrow{f}\left({z}\right)\:=−\int\:\left(\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \:\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} }{{n}+\mathrm{1}}{z}^{{n}−\mathrm{1}} \right){dz}\:+{c} \\ $$$$=−\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \:\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} }{{n}\left({n}+\mathrm{1}\right)}\:{z}^{{n}} \:+{c}\:\:\:{we}\:{have}\:\:{f}\left(\mathrm{0}\right)\:=\mathrm{0}={c}\:\Rightarrow \\ $$$${f}\left({z}\right)\:=−\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} \left\{\frac{\mathrm{1}}{{n}}\:−\frac{\mathrm{1}}{{n}+\mathrm{1}}\right\}{z}^{{n}} \:=−\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \:\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} }{{n}}\:{z}^{{n}} \:+\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \:\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} }{{n}+\mathrm{1}}\:{z}^{{n}} \\ $$$$\:\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} }{{n}}{z}^{{n}} \:=\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \:\frac{\left(−{z}\right)^{{n}} }{{n}}\:=−{ln}\left(\mathrm{1}+{z}\right) \\ $$$$\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \:\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} }{{n}+\mathrm{1}}\:{z}^{{n}} \:=\frac{\mathrm{1}}{{z}}\:\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \:\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} }{{n}+\mathrm{1}}\:{z}^{{n}+\mathrm{1}} \:=\frac{\mathrm{1}}{{z}}\:\sum_{{n}=\mathrm{2}} ^{\infty} \:\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}−\mathrm{1}} }{{n}}\:{z}^{{n}} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{{z}}\left\{\:\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \:\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}−\mathrm{1}} }{{n}}{z}^{{n}} \:\:−{z}\right\}\:=\frac{\mathrm{1}}{{z}}\left\{{ln}\left(\mathrm{1}+{z}\right)\:−{z}\right\}\:=\frac{{ln}\left(\mathrm{1}+{z}\right)}{{z}}\:−\mathrm{1}\:\Rightarrow \\ $$$${f}\left({z}\right)\:=\:{ln}\left(\mathrm{1}+{z}\right)\:+\frac{{ln}\left(\mathrm{1}+{z}\right)}{{z}}\:−\mathrm{1}\:\Rightarrow\:{f}\left({z}\right)\:=\frac{{z}+\mathrm{1}}{{z}}{ln}\left(\mathrm{1}+{z}\right)\:−\mathrm{1}. \\ $$
Commented by maxmathsup by imad last updated on 26/May/19
$${the}\:{Q}\:{is}\:{find}\:{f}\left({z}\right)\:=\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} {ln}\left(\mathrm{1}+{zx}\right){dx}\:. \\ $$