Question Number 121326 by Dwaipayan Shikari last updated on 06/Nov/20
$$\frac{\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{{n}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}}{\underset{{n}=\mathrm{2}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{{n}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}}} \\ $$
Commented by Dwaipayan Shikari last updated on 06/Nov/20
$$\underset{{n}=\mathrm{2}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{{n}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left(\underset{{n}=\mathrm{2}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{{n}−\mathrm{1}}−\underset{{n}=\mathrm{2}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{{n}+\mathrm{1}}\right)=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left(\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}+…−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}−…\right) \\ $$$$=\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}} \\ $$$$\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{{n}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{i}}\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{{n}−{i}}−\frac{\mathrm{1}}{{n}+{i}} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{i}}\underset{{n}=\mathrm{2}} {\overset{\infty} {\sum}}\left(\frac{\mathrm{1}}{{n}}−\frac{\mathrm{1}}{{n}−{i}−\mathrm{1}}\right)−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{i}}\underset{{n}=\mathrm{2}} {\overset{\infty} {\sum}}\left(\frac{\mathrm{1}}{{n}}−\frac{\mathrm{1}}{{n}+{i}−\mathrm{1}}\right) \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{i}}\left(\psi\left({i}\right)−\psi\left(\mathrm{1}−{i}\right)\right) \\ $$$$\left.=\left.\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{i}}\left(−\pi{cot}\left({i}\pi\right)\right)+{i}\right)\:=\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{i}}\left(−\pi{cot}\left({i}\pi\right)+\mathrm{1}\right)\right)=\frac{\pi}{\mathrm{2}}{coth}\pi+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}} \\ $$$$\left[\Gamma\left({s}\right)\Gamma\left(\mathrm{1}−{s}\right)=\frac{\pi}{{sin}\pi{s}}\right] \\ $$$$\left[{log}\left(\Gamma\left({s}\right)+{log}\left(\Gamma\left(\mathrm{1}−{s}\right)\right)={log}\pi−{log}\left({sin}\pi{s}\right)\right]\right. \\ $$$$\left[\frac{\Gamma'\left({s}\right)}{\Gamma\left({s}\right)}−\frac{\Gamma'\left(\mathrm{1}−{s}\right)}{\Gamma\left(\mathrm{1}−{s}\right)}=−\frac{\pi{coss}\pi{s}}{{sin}\pi{s}}\right] \\ $$$$\left[\boldsymbol{\psi}\left(\mathrm{1}−{s}\right)−\boldsymbol{\psi}\left({s}\right)=\pi{cot}\pi{s}\right] \\ $$$$ \\ $$$$ \\ $$
Commented by Dwaipayan Shikari last updated on 06/Nov/20
$${Is}\:{it}\:{right}? \\ $$
Commented by mathmax by abdo last updated on 06/Nov/20
$$\mathrm{perhaps}\:\mathrm{your}\:\mathrm{answer}\:\mathrm{is}\:\mathrm{correct}..! \\ $$
Answered by mathmax by abdo last updated on 06/Nov/20
$$\mathrm{let}\:\mathrm{f}\left(\mathrm{x}\right)\:=\mathrm{e}^{−\mid\mathrm{x}\mid} \:\mathrm{function}\:\mathrm{2}\pi\:\mathrm{periodic}\:\mathrm{even}\:\mathrm{we}\:\mathrm{have} \\ $$$$\mathrm{f}\left(\mathrm{x}\right)\:=\frac{\mathrm{a}_{\mathrm{0}} }{\mathrm{2}}\:+\sum_{\mathrm{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \:\mathrm{a}_{\mathrm{n}} \mathrm{cos}\left(\mathrm{nx}\right)\:\:\mathrm{with}\:\mathrm{a}_{\mathrm{n}} =\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{T}}\int_{\mathrm{T}} \mathrm{f}\left(\mathrm{x}\right)\mathrm{cos}\left(\mathrm{nx}\right)\mathrm{dx} \\ $$$$=\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{2}\pi}\int_{−\pi} ^{\pi} \:\mathrm{e}^{−\mid\mathrm{x}\mid} \:\mathrm{cos}\left(\mathrm{nx}\right)\mathrm{dx}\:=\frac{\mathrm{2}}{\pi}\int_{\mathrm{0}} ^{\pi} \:\mathrm{e}^{−\mathrm{x}} \:\mathrm{cos}\left(\mathrm{nx}\right)\mathrm{dx} \\ $$$$\Rightarrow\frac{\pi}{\mathrm{2}}\:\mathrm{a}_{\mathrm{n}} =\:\mathrm{Re}\left(\int_{\mathrm{0}} ^{\pi} \:\mathrm{e}^{−\mathrm{x}+\mathrm{inx}} \mathrm{dx}\right)\:\mathrm{and}\:\int_{\mathrm{0}} ^{\pi} \:\mathrm{e}^{\left(−\mathrm{1}+\mathrm{in}\right)\mathrm{x}} \mathrm{dx} \\ $$$$=\left[\frac{\mathrm{1}}{−\mathrm{1}+\mathrm{in}}\:\mathrm{e}^{\left(−\mathrm{1}+\mathrm{in}\right)\mathrm{x}} \right]_{\mathrm{0}} ^{\pi} \:=\frac{−\mathrm{1}}{\mathrm{1}−\mathrm{in}}\left\{\:\mathrm{e}^{\left(−\mathrm{1}+\mathrm{in}\right)\pi} −\mathrm{1}\right\} \\ $$$$=−\frac{\mathrm{1}+\mathrm{in}}{\mathrm{1}+\mathrm{n}^{\mathrm{2}} }\left\{\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{n}} \:\mathrm{e}^{−\pi} −\mathrm{1}\right\}\:=\frac{\mathrm{1}−\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{n}} \mathrm{e}^{−\pi} }{\mathrm{1}+\mathrm{n}^{\mathrm{2}} }\:+\mathrm{i}\left(…\right)\:\Rightarrow \\ $$$$\mathrm{a}_{\mathrm{n}} =\frac{\mathrm{2}}{\pi}×\frac{\mathrm{1}−\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{n}} \:\mathrm{e}^{−\pi} }{\mathrm{1}+\mathrm{n}^{\mathrm{2}} }\:\Rightarrow \\ $$$$\mathrm{a}_{\mathrm{0}} =\frac{\mathrm{2}}{\pi}\left(\mathrm{1}−\mathrm{e}^{−\pi} \right)\:\Rightarrow\frac{\mathrm{a}_{\mathrm{0}} }{\mathrm{2}}=\frac{\mathrm{1}−\mathrm{e}^{−\pi} }{\pi}\:\Rightarrow \\ $$$$\mathrm{e}^{−\mid\mathrm{x}\mid} \:=\frac{\mathrm{1}−\mathrm{e}^{−\pi} }{\pi}\:+\frac{\mathrm{2}}{\pi}\sum_{\mathrm{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \:\frac{\mathrm{1}−\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{n}} \mathrm{e}^{−\pi} }{\mathrm{1}+\mathrm{n}^{\mathrm{2}} }\:\mathrm{cos}\left(\mathrm{nx}\right)\:\Rightarrow \\ $$$$\mathrm{x}=\mathrm{0}\:\Rightarrow\mathrm{1}\:=\frac{\mathrm{1}−\mathrm{e}^{−\pi} }{\pi}\:+\frac{\mathrm{2}}{\pi}\:\sum_{\mathrm{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}+\mathrm{n}^{\mathrm{2}} }\:−\frac{\mathrm{2e}^{−\pi} }{\pi}\sum_{\mathrm{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \:\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{n}} }{\mathrm{n}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}} \\ $$$$\Rightarrow\mathrm{1}\:=\frac{\mathrm{1}−\mathrm{e}^{−\pi} }{\pi}\:+\frac{\mathrm{2}}{\pi}\mathrm{x}\:−\frac{\mathrm{2e}^{−\pi} }{\pi}\mathrm{y} \\ $$$$\mathrm{x}=\pi\:\Rightarrow\mathrm{e}^{−\pi} \:=\frac{\mathrm{1}−\mathrm{e}^{−\pi} }{\mathrm{2}}\:+\frac{\mathrm{2}}{\pi}\sum_{\mathrm{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{n}} \frac{\mathrm{1}−\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{n}} \mathrm{e}^{−\pi} }{\mathrm{n}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}}\:\Rightarrow \\ $$$$\mathrm{e}^{−\pi} \:=\frac{\mathrm{1}−\mathrm{e}^{−\pi} }{\mathrm{2}}\:+\frac{\mathrm{2}}{\pi}\sum_{\mathrm{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \:\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{n}} }{\mathrm{n}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}}−\frac{\mathrm{2e}^{−\pi} }{\pi}\sum_{\mathrm{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{n}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}−\mathrm{e}^{−\pi} }{\mathrm{2}}\:+\frac{\mathrm{2}}{\pi}\mathrm{y}−\frac{\mathrm{2e}^{−\pi} }{\pi}\:\mathrm{x}\:\:\mathrm{we}\:\mathrm{get}\:\mathrm{the}\:\mathrm{system} \\ $$$$\begin{cases}{\frac{\mathrm{2}}{\pi}\mathrm{x}−\frac{\mathrm{2e}^{−\pi} }{\pi}\mathrm{y}\:=\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}−\mathrm{e}^{−\pi} }{\pi}\:\:\:\:\:\Rightarrow}\\{−\frac{\mathrm{2e}^{−\pi} }{\pi}\mathrm{x}+\frac{\mathrm{2}}{\pi}\mathrm{y}\:=\mathrm{e}^{−\pi} −\frac{\mathrm{1}−\mathrm{e}^{−\pi} }{\mathrm{2}}}\end{cases} \\ $$$$\begin{cases}{\mathrm{2x}−\mathrm{2e}^{−\pi} \mathrm{y}\:=\pi−\mathrm{1}+\mathrm{e}^{−\pi} }\\{−\mathrm{2e}^{−\pi} \:\mathrm{x}\:+\mathrm{2y}\:=\pi\mathrm{e}^{−\pi} −\frac{\pi−\pi\mathrm{e}^{−\pi} }{\mathrm{2}}}\end{cases} \\ $$$$\Delta_{\mathrm{s}} =\mathrm{4}−\mathrm{4e}^{−\mathrm{2}\pi} \:\Rightarrow\mathrm{x}=\frac{\Delta_{\mathrm{x}} }{\Delta} \\ $$$$\Delta_{\mathrm{x}} =\begin{vmatrix}{\pi−\mathrm{1}+\mathrm{e}^{−\pi} \:\:\:\:\:\:\:\:\:\:−\mathrm{2e}^{−\pi} \:\:\:}\\{\pi\mathrm{e}^{−\pi} −\frac{\pi−\pi\mathrm{e}^{−\pi} }{\mathrm{2}}\:\:\:\:\:\:\mathrm{2}}\end{vmatrix}=…. \\ $$$$\mathrm{x}\:=\sum_{\mathrm{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{n}^{\mathrm{2}} \:+\mathrm{1}}\:\:\:….\mathrm{be}\:\mathrm{continued}… \\ $$