Question Number 166246 by mnjuly1970 last updated on 16/Feb/22
Answered by Mathspace last updated on 18/Feb/22
$${I}=_{{by}\:{parts}} \:\:\left[\left(\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{{x}}\right){ln}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{1}−{x}^{\mathrm{2}} \right)\right]_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \\ $$$$−\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \left(\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{{x}}\right).\mathrm{2}{ln}\left(\mathrm{1}−{x}^{\mathrm{2}} \right)×\frac{−\mathrm{2}{x}}{\mathrm{1}−{x}^{\mathrm{2}} }{dx} \\ $$$$=\mathrm{0}−\mathrm{4}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{{x}−\mathrm{1}}{{x}}×\frac{{xln}\left(\mathrm{1}−{x}^{\mathrm{2}} \right)}{\left(\mathrm{1}−{x}\right)\left(\mathrm{1}+{x}\right)}{dx} \\ $$$$=\mathrm{4}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:\frac{{ln}\left(\mathrm{1}−{x}^{\mathrm{2}} \right)}{\mathrm{1}+{x}}{dx} \\ $$$$=\mathrm{4}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{{ln}\left(\mathrm{1}−{x}\right)+{ln}\left(\mathrm{1}+{x}\right)}{\mathrm{1}+{x}}{dx} \\ $$$$=\mathrm{4}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{{ln}\left(\mathrm{1}−{x}\right)}{\mathrm{1}+{x}}\:+\mathrm{4}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:\frac{{ln}\left(\mathrm{1}+{x}\right)}{\mathrm{1}+{x}}{dx} \\ $$$${we}\:{have}\:\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{{ln}\left(\mathrm{1}+{x}\right)}{\mathrm{1}+{x}}{dx}=_{\mathrm{1}+{x}={t}} \:\int_{\mathrm{1}} ^{\mathrm{2}} \frac{{ln}\left({t}\right)}{{t}}{dt} \\ $$$$=\left[\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{ln}^{\mathrm{2}} \left({t}\right)\right]_{\mathrm{1}} ^{\mathrm{2}} =\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}{ln}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{2}\right) \\ $$$$\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}\:} \frac{{ln}\left(\mathrm{1}−{x}\right)}{\mathrm{1}+{x}}{dx}= \\ $$$$\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} {ln}\left(\mathrm{1}−{x}\right)\sum_{{n}=\mathrm{0}} ^{\infty} \left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} \:{x}^{{n}} {dx} \\ $$$$=\sum_{{n}=\mathrm{0}} ^{\infty} \left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} \:\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} {x}^{{n}} {ln}\left(\mathrm{1}−{x}\right){dx} \\ $$$$=\sum_{{n}=\mathrm{0}} ^{\infty} \left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} {U}_{{n}} \\ $$$$\left.{U}_{{n}} =\left[\frac{{x}^{{n}+\mathrm{1}} }{{n}+\mathrm{1}}−\frac{\mathrm{1}}{{n}+\mathrm{1}}\right){ln}\left(\mathrm{1}−{x}\right)\right]_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} −\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \left(\frac{{x}^{{n}+\mathrm{1}} −\mathrm{1}}{{n}+\mathrm{1}}\right)\frac{−\mathrm{1}}{\mathrm{1}−{x}}{dx} \\ $$$$=\mathrm{0}−\frac{\mathrm{1}}{{n}+\mathrm{1}}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{{x}^{{n}+\mathrm{1}} −\mathrm{1}}{{x}−\mathrm{1}}{dx} \\ $$$$=−\frac{\mathrm{1}}{{n}+\mathrm{1}}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \left(\mathrm{1}+{x}+{x}^{\mathrm{2}} +…+{x}^{{n}} \right){dx} \\ $$$$=−\frac{\mathrm{1}}{{n}+\mathrm{1}}\left[{x}+\frac{{x}^{\mathrm{2}} }{\mathrm{2}}+….+\frac{{x}^{{n}+\mathrm{1}} }{{n}+\mathrm{1}}\right]_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \\ $$$$=−\frac{\mathrm{1}}{{n}+\mathrm{1}}\left\{\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}+…+\frac{\mathrm{1}}{{n}+\mathrm{1}}\right\} \\ $$$$=−\frac{{H}_{{n}+\mathrm{1}} }{{n}+\mathrm{1}}\:\Rightarrow \\ $$$$\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{{ln}\left(\mathrm{1}−{x}\right)}{\mathrm{1}+{x}}{dx}=−\sum_{{n}=\mathrm{0}} ^{\infty} \left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} \frac{{H}_{{n}+\mathrm{1}} }{{n}+\mathrm{1}} \\ $$$$=\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} \:\frac{{H}_{{n}} }{{n}}\:\Rightarrow \\ $$$$\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{{ln}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{1}−{x}^{\mathrm{2}} \right)}{{x}^{\mathrm{2}} }{dx}=\mathrm{2}{ln}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{2}\right)+\mathrm{4}\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\infty} \left(−\mathrm{1}\right)^{{n}} \frac{{H}_{{n}} }{{n}} \\ $$$${rest}\:{to}\:{find}\:{the}\:{value}\:{of}\:{this}\:{serie}… \\ $$
Commented by mnjuly1970 last updated on 19/Feb/22
$${thanks}\:{alot} \\ $$