Question Number 144787 by mnjuly1970 last updated on 29/Jun/21
$$ \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\mathrm{Q}\:::\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:#\:\mathrm{Calculus}\:# \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\mathrm{If}\::\:\:\:\:\:\:\:\:\boldsymbol{\phi}\:\left(\:{n}\:\right)\::\:=\:\int_{\mathrm{0}} ^{\:\mathrm{1}} \frac{\:{x}^{\:\mathrm{2}{n}} }{\mathrm{1}\:+\:{x}^{\:\mathrm{2}} }\:\mathrm{d}{x}\: \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\: \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\mathrm{then}\:\:\mathrm{find}\:\:\mathrm{the}\:\:\mathrm{value}\:\mathrm{of}\::: \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\: \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\mathrm{S}\::=\:\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\left(\:−\mathrm{1}\:\right)^{\:{n}} \:\boldsymbol{\phi}\:\left(\:{n}\:\right)}{{n}}\:=\:? \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\: \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\mathrm{m}.\mathrm{n}.\mathrm{july}.\mathrm{1970} \\ $$
Answered by qaz last updated on 29/Jun/21
$$\mathrm{S}=\underset{\mathrm{n}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{n}} }{\mathrm{n}}\phi\left(\mathrm{n}\right) \\ $$$$=\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \underset{\mathrm{n}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{n}} }{\mathrm{n}}\centerdot\frac{\mathrm{x}^{\mathrm{2n}} }{\mathrm{1}+\mathrm{x}^{\mathrm{2}} }\mathrm{dx} \\ $$$$=\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{\mathrm{ln}\left(\mathrm{1}+\mathrm{x}^{\mathrm{2}} \right)}{\mathrm{1}+\mathrm{x}^{\mathrm{2}} }\mathrm{dx} \\ $$$$=\int_{\mathrm{0}} ^{\infty} \frac{\mathrm{ln}\left(\mathrm{1}+\mathrm{x}^{\mathrm{2}} \right)}{\mathrm{1}+\mathrm{x}^{\mathrm{2}} }\mathrm{dx}−\int_{\mathrm{1}} ^{\infty} \frac{\mathrm{ln}\left(\mathrm{1}+\mathrm{x}^{\mathrm{2}} \right)}{\mathrm{1}+\mathrm{x}^{\mathrm{2}} }\mathrm{dx} \\ $$$$=−\mathrm{2}\int_{\mathrm{0}} ^{\pi/\mathrm{2}} \mathrm{lncos}\:\mathrm{udu}−\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{\mathrm{ln}\left(\mathrm{1}+\mathrm{x}^{\mathrm{2}} \right)−\mathrm{2lnx}}{\mathrm{1}+\mathrm{x}^{\mathrm{2}} }\mathrm{dx} \\ $$$$=\pi\mathrm{ln2}−\mathrm{S}−\mathrm{2G} \\ $$$$\Rightarrow\mathrm{S}=\frac{\pi}{\mathrm{2}}\mathrm{ln2}−\mathrm{G} \\ $$
Commented by mnjuly1970 last updated on 29/Jun/21
$${thx}\:\:{mr}\:{qaz}… \\ $$