Question Number 27909 by mondodotto@gmail.com last updated on 16/Jan/18
Commented by abdo imad last updated on 16/Jan/18
$${we}\:{have}\:\frac{{d}}{{dx}}{ln}\left(\mathrm{1}−{x}\right)=\:\frac{−\mathrm{1}}{\mathrm{1}−{x}}=−\sum_{{n}=\mathrm{0}} ^{\propto} \:{x}^{{n}} \\ $$$$\Rightarrow\:{ln}\left(\mathrm{1}−{x}\right)=\:−\sum_{{n}=\mathrm{0}} ^{\propto} \:\frac{{x}^{{n}+\mathrm{1}} }{{n}+\mathrm{1}}\:=−\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\propto} \:\frac{{x}^{{n}} }{{n}}\:+\lambda\:\:\:{and}\:\lambda={f}\left(\mathrm{0}\right)=\mathrm{0} \\ $$$${so}\:{ln}\left(\mathrm{1}−{x}\right)=−\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\propto} \:\frac{{x}^{{n}} }{{n}}\:\:{and} \\ $$$$\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:{ln}\left({x}\right){ln}\left(\mathrm{1}−{x}\right){dx}=\:−\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:\left(\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\propto} \:\frac{{x}^{{n}} }{{n}}\right){lnx}\:{dx} \\ $$$$=−\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\propto\:} \:\frac{\mathrm{1}}{{n}}\:\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} {x}^{{n}} \:{lnxdx}\:\:{but}\:{integration}\:{by}\:{parts}\:{give} \\ $$$$\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:{x}^{{n}} {lnxdx}=\:\left[\:\frac{\mathrm{1}}{{n}+\mathrm{1}}\:{x}^{{n}+\mathrm{1}} {ln}\left({x}\right)\right]_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:−\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \:\:\frac{\mathrm{1}}{{n}+\mathrm{1}}\:{x}^{{n}+\mathrm{1}} \:\frac{{dx}}{{x}} \\ $$$$=\:−\frac{\mathrm{1}}{\left({n}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\:\:\Rightarrow\:\:{I}=\:\sum_{{n}=\mathrm{1}} ^{\propto} \:\:\:\:\frac{\mathrm{1}}{{n}\left({n}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\:{let}\:{decompose} \\ $$$${F}\left({x}\right)=\:\:\frac{\mathrm{1}}{{x}\left({x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }=\:\frac{{a}}{{x}}\:+\:\frac{{b}}{{x}+\mathrm{1}}\:+\:\frac{{c}}{\left({x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$${a}={lim}_{{x}−>\mathrm{0}} {xF}\left({x}\right)=\mathrm{1} \\ $$$${c}=\:{lim}_{{x}−>−\mathrm{1}} \left({x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} {F}\left({x}\right)=−\mathrm{1}\:\:{so}\: \\ $$$${F}\left({x}\right)=\:\frac{\mathrm{1}}{{x}}\:+\frac{{b}}{{x}+\mathrm{1}}\:−\:\frac{\mathrm{1}}{\left({x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$${F}\left(\mathrm{1}\right)=\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}=\mathrm{1}\:+\frac{{b}}{\mathrm{2}}\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\Rightarrow\mathrm{1}+\frac{{b}}{\mathrm{2}}\:=\:\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\:\Rightarrow{b}=−\mathrm{1} \\ $$$${F}\left({x}\right)=\:\frac{\mathrm{1}}{{x}}\:−\frac{\mathrm{1}}{{x}+\mathrm{1}}\:−\frac{\mathrm{1}}{\left({x}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\:\:\:{and}\:{I}={lim}_{{n}−>\propto} {S}_{{n}} \:\:/ \\ $$$${S}_{{n}} =\:\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} \:\frac{\mathrm{1}}{{k}\left({k}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\:=\:\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} \:\frac{\mathrm{1}}{{k}}\:−\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} \:\frac{\mathrm{1}}{{k}+\mathrm{1}}\:−\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} \:\frac{\mathrm{1}}{\left({k}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$${but}\:\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} =\:{H}_{{n}} ^{} \:\:{and}\:\:\:\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} \:\frac{\mathrm{1}}{\left({k}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} }\:=\:\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}+\mathrm{1}} \:\:\frac{\mathrm{1}}{{k}^{\mathrm{2}} }\:−\mathrm{1} \\ $$$$\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}} \:\:\frac{\mathrm{1}}{{k}+\mathrm{1}}\:=\:\sum_{{k}=\mathrm{2}} ^{{n}+\mathrm{1}} \:\:\frac{\mathrm{1}}{{k}}\:=\:{H}_{{n}+\mathrm{1}} \:\:\:−\mathrm{1} \\ $$$${S}_{{n}} =\:{H}_{{n}} −{H}_{{n}+\mathrm{1}} \:\:+\mathrm{1}\:−\:\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}+\mathrm{1}} \:\frac{\mathrm{1}}{{k}^{\mathrm{2}} }\:+\mathrm{1} \\ $$$${lim}_{{n}−>\propto} \:{H}_{{n}} \:\:−{H}_{{n}+\mathrm{1}} =\mathrm{0} \\ $$$${lim}_{{n}−>\propto} \:\sum_{{k}=\mathrm{1}} ^{{n}+\mathrm{1}} \:\:\frac{\mathrm{1}}{{k}^{\mathrm{2}} }=\:\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{6}}\:\:\:{lim}_{{n}−>\propto\:} \:{S}_{{n}} \:\:=\:\mathrm{2}−\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{6}}\: \\ $$$${I}=\:\mathrm{2}−\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{6}}\:\:. \\ $$