Question Number 211558 by mnjuly1970 last updated on 12/Sep/24
$$ \\ $$$$ \\ $$$$\:\:\:\:\:−−−−−−−−−−−− \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\boldsymbol{\Omega}=\:\underset{\boldsymbol{{n}}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\:\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}\boldsymbol{{n}}+\mathrm{2}}\:−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}\boldsymbol{{n}}+\mathrm{1}}\:\right)=\:\boldsymbol{{a}\pi} \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:\Rightarrow\:\:\boldsymbol{{a}}^{\mathrm{2}} =\:? \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\:−−−−−−−−−−−− \\ $$
Answered by mr W last updated on 29/Sep/24
$$\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\psi\left(\mathrm{1}+\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3}}\right)=−\frac{\gamma}{\mathrm{3}}+\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}{n}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}{n}+\mathrm{2}}\right) \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\psi\left(\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\right)=−\frac{\gamma}{\mathrm{3}}+\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}{n}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}{n}+\mathrm{1}}\right) \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\left[\psi\left(\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\right)−\psi\left(\mathrm{1}+\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3}}\right)\right]=\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}{n}+\mathrm{2}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}{n}+\mathrm{1}}\right) \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\left[\psi\left(\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\right)−\psi\left(\mathrm{1}+\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3}}\right)\right]=\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}{n}+\mathrm{2}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}{n}+\mathrm{1}}\right)+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}} \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\left[\psi\left(\mathrm{1}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\right)−\psi\left(\mathrm{1}+\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3}}\right)\right]−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}=\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}{n}+\mathrm{2}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}{n}+\mathrm{1}}\right) \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\left[\psi\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\right)+\mathrm{3}−\psi\left(\frac{\mathrm{2}}{\mathrm{3}}\right)−\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}}\right]−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}=\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}{n}+\mathrm{2}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}{n}+\mathrm{1}}\right) \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\left[\psi\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\right)−\psi\left(\mathrm{1}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\right)\right]=\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}{n}+\mathrm{2}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}{n}+\mathrm{1}}\right) \\ $$$$\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\left[\psi\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\right)−\psi\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}}\right)−\pi\:\mathrm{cot}\:\frac{\pi}{\mathrm{3}}\right]=\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}{n}+\mathrm{2}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}{n}+\mathrm{1}}\right) \\ $$$$−\frac{\pi}{\mathrm{3}\sqrt{\mathrm{3}}}=\underset{{n}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\left(\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}{n}+\mathrm{2}}−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}{n}+\mathrm{1}}\right)={a}\pi \\ $$$$\Rightarrow{a}=−\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{3}\sqrt{\mathrm{3}}} \\ $$$$\Rightarrow{a}^{\mathrm{2}} =\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{27}}\:\checkmark \\ $$