Question Number 30929 by rahul 19 last updated on 28/Feb/18
$$\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\:\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \left({n}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)−\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \left({n}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)=\:? \\ $$
Commented by abdo imad last updated on 01/Mar/18
$${let}\:{put}\:{S}_{{n}} =\:\sum_{{k}=\mathrm{0}} ^{{n}} \:{arctan}\left({k}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)−{arctan}\left({k}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right) \\ $$$${S}_{{n}} =\sum_{{k}=\mathrm{0}} ^{{n}} {arctan}\left(\frac{\mathrm{2}{k}+\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)−{actan}\left(\frac{\mathrm{2}{k}−\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right) \\ $$$$=\sum_{{k}=\mathrm{0}} ^{{n}} \:\left({v}_{{k}} \:−{v}_{{k}−\mathrm{1}} \right)\:{with}\:{v}_{{k}} ={arctan}\left(\frac{\mathrm{2}{k}+\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right) \\ $$$${S}_{{n}} ={v}_{\mathrm{0}} \:−{v}_{−\mathrm{1}} \:+{v}_{\mathrm{1}} \:−{v}_{{o}} \:+…+{v}_{{n}} \:−{v}_{{n}−\mathrm{1}} ={v}_{{n}} \:−{v}_{−\mathrm{1}} \:\Rightarrow \\ $$$${S}_{{n}} ={arctan}\left(\frac{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)\:−{arctan}\left(−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)\:\Rightarrow \\ $$$${lim}_{{n}\rightarrow\infty} \:{S}_{{n}} =\:\frac{\pi}{\mathrm{2}}\:+{arctan}\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)=\frac{\pi}{\mathrm{2}}\:+\frac{\pi}{\mathrm{2}}\:−{arctan}\mathrm{2} \\ $$$$=\pi\:−{arctan}\mathrm{2}\:. \\ $$
Answered by sma3l2996 last updated on 28/Feb/18
$${A}=\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}{tan}^{−\mathrm{1}} \left(\frac{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)−\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}{tan}^{−\mathrm{1}} \left(\frac{\mathrm{2}{n}−\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right) \\ $$$${let}\:\:{k}=\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}\:\:{and}\:\:{i}=\mathrm{2}{n}−\mathrm{1} \\ $$$${so}\:\:{A}=\underset{{k}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}{tan}^{−\mathrm{1}} \left({k}/\mathrm{2}\right)−\underset{{i}=−\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}{tan}^{−\mathrm{1}} \left({i}/\mathrm{2}\right) \\ $$$$=\underset{{k}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}{tan}^{−\mathrm{1}} \left({k}/\mathrm{2}\right)−\underset{{i}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}{tan}^{−\mathrm{1}} \left({i}/\mathrm{2}\right)−{tan}^{−\mathrm{1}} \left(−\mathrm{1}/\mathrm{2}\right)−{tan}^{−\mathrm{1}} \left(\mathrm{0}\right) \\ $$$$=−\left(−\pi\right)=\pi \\ $$
Answered by ajfour last updated on 28/Feb/18
$$=\:\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)−\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \left(\frac{−\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)+ \\ $$$$\:\:\:\:\:\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \left(\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}}\right)−\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)+ \\ $$$$\:\:\:\:………………………+ \\ $$$$\:\:\:\:………………………+ \\ $$$$\:\:\:\:\:\:+\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \left({N}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)−\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \left({N}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right) \\ $$$$\:\:=\:\:\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \left({N}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)−\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \left(\frac{−\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right) \\ $$$$\:{with}\:{N}\rightarrow\:\infty \\ $$$$\:\:=\:\frac{\pi}{\mathrm{2}}+\mathrm{tan}^{−\mathrm{1}} \left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\right)\:\:. \\ $$