Question Number 195952 by mnjuly1970 last updated on 13/Aug/23
$$ \\ $$$$\:\:\:\:\Omega\:=\:\underset{{m}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{\:{n}+\mathrm{1}} }{{m}^{\mathrm{2}} {n}\:+\:{mn}^{\:\mathrm{2}} }\:\:=\:?\:\:\:\:\:\:\:\:\: \\ $$$$\:\:\:\:\:\:−−−−− \\ $$
Answered by witcher3 last updated on 14/Aug/23
$$\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{mn}\left(\mathrm{n}+\mathrm{m}\right)}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{m}^{\mathrm{2}} }\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{n}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{n}+\mathrm{m}}\right) \\ $$$$\mathrm{A}=\underset{\mathrm{m}\geqslant\mathrm{1}} {\sum}\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{m}^{\mathrm{2}} }\underset{\mathrm{n}\geqslant\mathrm{1}} {\sum}\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{n}−\mathrm{1}} }{\mathrm{n}}=\frac{\pi^{\mathrm{2}} \mathrm{ln}\left(\mathrm{2}\right)}{\mathrm{6}} \\ $$$$\mathrm{B}=\underset{\mathrm{m}\geqslant\mathrm{1}} {\sum}\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{m}^{\mathrm{2}} }\underset{\mathrm{n}\geqslant\mathrm{1}} {\sum}\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{n}−\mathrm{1}} }{\mathrm{n}+\mathrm{m}} \\ $$$$=\underset{\mathrm{m}\geqslant\mathrm{1}} {\sum}\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{m}^{\mathrm{2}} }\underset{\mathrm{n}\geqslant\mathrm{1}} {\sum}\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{n}−\mathrm{1}} \int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \mathrm{x}^{\mathrm{n}+\mathrm{m}−\mathrm{1}} \mathrm{dx} \\ $$$$=\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \Sigma\frac{\mathrm{x}^{\mathrm{m}} }{\mathrm{m}^{\mathrm{2}} }\underset{\mathrm{n}\geqslant\mathrm{1}} {\sum}\left(−\mathrm{x}\right)^{\mathrm{n}−\mathrm{1}} \mathrm{dx} \\ $$$$=\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \mathrm{Li}_{\mathrm{2}} \left(\mathrm{x}\right).\frac{\mathrm{dx}}{\mathrm{1}+\mathrm{x}} \\ $$$$=\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{\mathrm{Li}_{\mathrm{2}} \left(\mathrm{x}\right)}{\mathrm{1}+\mathrm{x}}=\mathrm{ln}\left(\mathrm{2}\right)\zeta\left(\mathrm{2}\right)+\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{\mathrm{ln}\left(\mathrm{1}−\mathrm{x}\right)\mathrm{ln}\left(\mathrm{1}+\mathrm{x}\right)}{\mathrm{x}}\mathrm{dx} \\ $$$$=\mathrm{ln}\left(\mathrm{2}\right)\zeta\left(\mathrm{2}\right)+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{\left(\mathrm{ln}\left(\mathrm{1}−\mathrm{x}^{\mathrm{2}} \right)\right)^{\mathrm{2}} −\mathrm{ln}^{\mathrm{2}} \left(\frac{\mathrm{1}−\mathrm{x}}{\mathrm{1}+\mathrm{x}}\right)}{\mathrm{x}}\mathrm{dx}_{=\mathrm{I}} \\ $$$$\mathrm{I}=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{8}}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{\mathrm{ln}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{1}−\mathrm{t}\right)}{\mathrm{t}}\mathrm{dt}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{\mathrm{2ln}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{t}\right)}{\left(\mathrm{1}−\mathrm{t}^{\mathrm{2}} \right)}+\zeta\left(\mathrm{2}\right)\mathrm{ln}\left(\mathrm{2}\right) \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{8}}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{\mathrm{ln}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{t}\right)}{\mathrm{1}−\mathrm{t}}\mathrm{dt}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{\mathrm{ln}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{t}\right)}{\mathrm{1}−\mathrm{t}^{\mathrm{2}} }\mathrm{dt}+\zeta\left(\mathrm{2}\right)\mathrm{ln}\left(\mathrm{2}\right) \\ $$$$\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \mathrm{t}^{\mathrm{n}} \mathrm{ln}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{t}\right)\mathrm{dt}=\frac{\Gamma\left(\mathrm{3}\right)}{\left(\mathrm{n}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{3}} } \\ $$$$=\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{8}\left(\mathrm{1}+\mathrm{n}\right)^{\mathrm{3}} }−\underset{\mathrm{n}\geqslant\mathrm{0}} {\sum}\frac{\mathrm{1}}{\left(\mathrm{1}+\mathrm{2n}\right)^{\mathrm{3}} }+\frac{\pi^{\mathrm{2}} \mathrm{ln}\left(\mathrm{2}\right)}{\mathrm{6}} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\zeta\left(\mathrm{3}\right)−\left(\frac{\mathrm{7}}{\mathrm{8}}\zeta\left(\mathrm{3}\right)\right)=−\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{8}}\zeta\left(\mathrm{3}\right) \\ $$$$\Omega=\mathrm{A}−\mathrm{B}=\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{6}}\mathrm{ln}\left(\mathrm{2}\right)−\left(\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{6}}\mathrm{ln}\left(\mathrm{2}\right)−\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{8}}\zeta\left(\mathrm{3}\right)\right) \\ $$$$\underset{\mathrm{n},\mathrm{m}\geqslant\mathrm{1}} {\sum}\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{n}−\mathrm{1}} }{\mathrm{nm}^{\mathrm{2}} +\mathrm{mn}^{\mathrm{2}} }=\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{8}}\zeta\left(\mathrm{3}\right) \\ $$$$ \\ $$
Answered by qaz last updated on 14/Aug/23
$$\Omega=\underset{{m},{n}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}+\mathrm{1}} }{{nm}\left({n}+{m}\right)}=\underset{{m},{n}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\left(−\mathrm{1}\right)^{{n}+\mathrm{1}} }{{nm}}\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} {x}^{{n}+{m}−\mathrm{1}} {dx} \\ $$$$=−\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{1}} \frac{{ln}\left(\mathrm{1}+{x}\right){ln}\left(\mathrm{1}−{x}\right)}{{x}}{dx}=\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{8}}\zeta\left(\mathrm{3}\right) \\ $$