Question Number 215516 by MrGaster last updated on 09/Jan/25
$$\:\:\:\:\:\:\mathrm{prove}: \\ $$$$\:\:\:\:\:\:\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{\pi^{\mathrm{2}} {n}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}}=\frac{\mathrm{1}}{{e}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}} \\ $$
Answered by mr W last updated on 09/Jan/25
$$\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{\pi^{\mathrm{2}} {n}^{\mathrm{2}} +\mathrm{1}} \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{i}}\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\left(\frac{\mathrm{1}}{\pi{n}−{i}}−\frac{\mathrm{1}}{\pi{n}+{i}}\right) \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\pi{i}}\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\left(\frac{\mathrm{1}}{{n}−\frac{{i}}{\pi}}−\frac{\mathrm{1}}{\pi+\frac{{i}}{\pi}}\right) \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\pi{i}}\left[\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{{n}}−\gamma−\psi\left(\mathrm{1}−\frac{{i}}{\pi}\right)−\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{{n}}+\gamma+\psi\left(\mathrm{1}+\frac{{i}}{\pi}\right)\right] \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\pi{i}}\left[\psi\left(\mathrm{1}+\frac{{i}}{\pi}\right)−\psi\left(\mathrm{1}−\frac{{i}}{\pi}\right)\right] \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\pi{i}}\left[\psi\left(\frac{{i}}{\pi}\right)+\frac{\pi}{{i}}−\psi\left(\frac{{i}}{\pi}\right)−\pi\:\mathrm{cot}\:{i}\right] \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\pi{i}}\left(\frac{\pi}{{i}}−\pi\:\mathrm{cot}\:{i}\right) \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}\pi{i}}\left(\frac{\pi}{{i}}−\frac{\pi}{{i}}\mathrm{coth}\:\mathrm{1}\right) \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left(\mathrm{coth}\:\mathrm{1}−\mathrm{1}\right) \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}}\left(\frac{{e}+{e}^{−\mathrm{1}} }{{e}−{e}^{−\mathrm{1}} }−\mathrm{1}\right) \\ $$$$=\frac{{e}^{−\mathrm{1}} }{{e}−{e}^{−\mathrm{1}} } \\ $$$$=\frac{\mathrm{1}}{{e}^{\mathrm{2}} −\mathrm{1}}\:\checkmark \\ $$
Commented by MrGaster last updated on 09/Jan/25
$$\mathrm{Than}\Bbbk\:\mathrm{you}\:\mathrm{sir}. \\ $$