■ポールテンの問題(その2)

ゼータ関数に帰着する無限級数(n=1~∞)として

  Σ1/(2n,n)={2π√3+9}/27

  Σ1/n(2n,n)=π√3/9

  3Σ1/n^2(2n,n)=ζ(2)

  12Σ(2-√3)^n/n^2(2n,n)=ζ(2)

  5/2Σ(-1)^(n-1)/n^3(2n,n)=ζ(3)

  Σ(2x)^2n/n^2(2n,n)=2(arcsinx)^2→x=1/2とおくとΣ1/n^2(2n,n)=π^2/18

などが知られています.

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  5/2Σ(-1)^(n-1)/n^3(2n,n)=ζ(3)

に関連して、ゴスパーは

  5/2Σ(30k-11)/4(2k-1)k^3(2k,k)^2=ζ(3)

Σ2^(-n)/(1+x^(2-n))=1/lnx+1/(1-x)

を発見した。

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 2項係数nCkを(n,k)と書くことにすると,ポールテンの問題

  36/17Σ1/n^4(2n,n)=ζ(4)=π^4/90

で表されます。ポールテンは

  1/2Σ1/n^4(2n,n)=∫(0,π/3)θ{log(2sin(θ/2))}^2dθ=17π^4/6480

を示すことによって彼自身の問題を解いたのですが,その際,ポリログ関数が使われたという話です.

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(証明)

  2(arcsin(x))^2=Σ(2x)^2n/n^2(2n,n)

より,

  Σ1/n^4(2n,n)=∫(0,1/2){∫(0,u)(arcsin(x))^2dx/x}du/u

ここで,右辺に部分積分を2回繰り返すことによって

  Σ1/n^4(2n,n)=2∫(0,π/3)θ{log(2sin(θ/2))}^2dθ

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