Question Number 123977 by mnjuly1970 last updated on 29/Nov/20
Answered by mathmax by abdo last updated on 29/Nov/20
$$\mathrm{let}\:\mathrm{A}\:=\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{2}}} \mathrm{ln}\left(\mathrm{cosx}\right)\mathrm{dx}\:\:\mathrm{we}\:\mathrm{have}\:\mathrm{A}\:=−\frac{\pi}{\mathrm{2}}\mathrm{ln}\left(\mathrm{2}\right)\:\mathrm{also} \\ $$$$\mathrm{A}\:=\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{2}}} \mathrm{ln}\left(\frac{\mathrm{e}^{\mathrm{ix}} +\mathrm{e}^{−\mathrm{ix}} }{\mathrm{2}}\right)\mathrm{dx}\:=\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{2}}} \mathrm{ln}\left(\mathrm{e}^{\mathrm{ix}} \:+\mathrm{e}^{−\mathrm{ix}} \right)\mathrm{dx}−\frac{\pi}{\mathrm{2}}\mathrm{ln}\left(\mathrm{2}\right)\:\Rightarrow \\ $$$$\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{2}}} \mathrm{ln}\left(\mathrm{e}^{\mathrm{ix}} +\mathrm{e}^{−\mathrm{ix}} \right)\mathrm{dx}=\mathrm{0}\:\Rightarrow\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{2}}} \mathrm{ln}\left(\mathrm{e}^{\mathrm{ix}} \left(\mathrm{1}+\mathrm{e}^{−\mathrm{2ix}} \right)\right)=\mathrm{0}\:\Rightarrow \\ $$$$\left[\mathrm{i}\frac{\mathrm{x}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}}\right]_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{2}}} \:+\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{2}}} \mathrm{ln}\left(\mathrm{1}+\mathrm{e}^{−\mathrm{2ix}} \right)\mathrm{dx}\:\:\:\mathrm{we}\:\mathrm{have}\:\mathrm{ln}^{'} \left(\mathrm{1}+\mathrm{u}\right)=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}+\mathrm{u}}=\sum_{\mathrm{n}=\mathrm{0}} ^{\infty} \left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{n}} \mathrm{u}^{\mathrm{n}} \\ $$$$\Rightarrow\mathrm{ln}\left(\mathrm{1}+\mathrm{u}\right)=\sum_{\mathrm{n}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{n}} \:\mathrm{u}^{\mathrm{n}+\mathrm{1}} }{\mathrm{n}+\mathrm{1}}\:=\sum_{\mathrm{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \:\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{n}−\mathrm{1}} \mathrm{u}^{\mathrm{n}} }{\mathrm{n}}\:\Rightarrow \\ $$$$\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{2}}} \mathrm{ln}\left(\mathrm{1}+\mathrm{e}^{−\mathrm{2ix}} \right)=\sum_{\mathrm{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{n}−\mathrm{1}} }{\mathrm{n}}\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{2}}} \mathrm{e}^{−\mathrm{2inx}} \mathrm{dx} \\ $$$$=\sum_{\mathrm{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \:\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{n}−\mathrm{1}} }{\mathrm{n}}×\frac{\mathrm{1}}{−\mathrm{2in}}\left[\mathrm{e}^{−\mathrm{2inx}} \right]_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{2}}} \\ $$$$=\frac{\mathrm{i}}{\mathrm{2}}\:\sum_{\mathrm{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \:\:\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{n}−\mathrm{1}} }{\mathrm{n}^{\mathrm{2}} }\left\{\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{n}} −\mathrm{1}\right\}\:=−\mathrm{i}\sum_{\mathrm{n}=\mathrm{0}} ^{\infty} \frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{2n}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\:\Rightarrow \\ $$$$\mathrm{i}\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{8}}−\mathrm{i}\sum_{\mathrm{n}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{2n}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }=\mathrm{0}\:\Rightarrow\sum_{\mathrm{n}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{2n}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }=\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{8}} \\ $$$$\mathrm{we}\:\mathrm{have}\:\sum_{\mathrm{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \frac{\mathrm{1}}{\mathrm{n}^{\mathrm{2}} }=\sum_{\mathrm{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4n}^{\mathrm{2}} }+\sum_{\mathrm{n}=\mathrm{0}} ^{\infty} \:\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{2n}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\:\Rightarrow \\ $$$$\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}}\sum_{\mathrm{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{n}^{\mathrm{2}} }=\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{8}}\:\Rightarrow\sum_{\mathrm{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{n}^{\mathrm{2}} }=\frac{\mathrm{4}}{\mathrm{3}}×\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{8}}\:=\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{6}} \\ $$
Commented by mnjuly1970 last updated on 29/Nov/20
$${thank}\:{you}\:{so}\:{much}\:{sir}\:{max} \\ $$$${very}\:{nice}\:{as}\:{always}… \\ $$
Commented by mathmax by abdo last updated on 30/Nov/20
$$\mathrm{you}\:\mathrm{are}\:\mathrm{welcome} \\ $$
Answered by Dwaipayan Shikari last updated on 30/Nov/20
$$\int_{\mathrm{0}} ^{\frac{\pi}{\mathrm{2}}} {log}\left(\mathrm{2}{cosx}\right){dx} \\ $$$$=\frac{\pi}{\mathrm{2}}{log}\left(\mathrm{2}\right)−\frac{\pi}{\mathrm{2}}{log}\left(\mathrm{2}\right)=\mathrm{0} \\ $$$$\overset{\infty} {\sum}\frac{\mathrm{1}}{{n}^{\mathrm{2}} }\:=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{1}^{\mathrm{2}} }+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}^{\mathrm{2}} }+…. \\ $$$$\frac{{sinx}}{{x}}=\left(\mathrm{1}−\frac{{x}^{\mathrm{2}} }{\pi^{\mathrm{2}} }\right)\left(\mathrm{1}−\frac{{x}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{4}\pi^{\mathrm{2}} }\right)\left(\mathrm{1}−\frac{{x}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{9}\pi^{\mathrm{2}} }\right)… \\ $$$$\mathrm{1}−\frac{{x}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{3}!}+…=\mathrm{1}−\frac{{x}^{\mathrm{2}} }{\pi^{\mathrm{2}} }−\frac{{x}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{4}\pi^{\mathrm{2}} }+\frac{{x}^{\mathrm{4}} }{\mathrm{4}\pi^{\mathrm{4}} }−\frac{{x}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{9}\pi^{\mathrm{2}} }+… \\ $$$$\frac{{x}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{3}!}=\frac{{x}^{\mathrm{2}} }{\pi^{\mathrm{2}} }+\frac{{x}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{4}\pi^{\mathrm{2}} }+\frac{{x}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{9}\pi^{\mathrm{2}} }+… \\ $$$$\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}^{\mathrm{2}} }+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}^{\mathrm{2}} }+…=\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{6}} \\ $$