■ある無限級数(その27)
[1]Σ1/n^2(2n,n)=π^2/18
まず,Σ1/n^2(2n,n)が第0項から始まるように,パラメータをずらすことにする.
Σ1/(n+1)^2(2(n+1),n+1)=Σ(n+1)!(n+1)!/(n+1)^2(2n+2)!
この級数の項比は
an+1xn+1/anxn=(n+1)^3/4(n+2)(n+3/2)*x/(n+1)
であるから,
Σ1/(n+1)^2(2(n+1),n+1)=a0*3F2(1,1,1;3/2,2;1/4)
また,a0=1/2より
Σ1/(n+1)^2(2(n+1),n+1)=1/2*3F2(1,1,1;3/2,2;1/4)
これより,級数Σ1/n^2(2n,n)は超幾何級数であると同定される.
ここで,参考文献にある公式を活用しよう.
3F2(2a,2b,a+b:2a+2b,a+b+1/2;x)={2F1(a,b;a+b+1/2;x^2)}
において,a=1/2,b=1/2とすることにより
3F2(1,1,1;3/2,2;x^2)={2F1(1/2,1/2;3/2;x^2)}^2
2F1はガウス型超幾何関数であって,
2F1(1/2,1/2;3/2;x^2)=arcsin(x)/x
これより,1/2*{arcsin(x)/x}^2にx=1/2を代入することによって
Σ1/n^2(2n,n)=π^2/18
が得られる.
Σ(2-√3)^n/n^2(2n,n)
の場合の同様の計算は,
Σ(2-√3)^(n+1)/(n+1)^2(2(n+1),n+1)
=(2-√3)/2*3F2(1,1,1;3/2,2;(√6-√2)/4)
=π^2/72
交代級数
Σ(-1)^(n-1)/n^2(2n,n)
の場合は,
Σ(-1)^n/(n+1)^2(2(n+1),n+1)=1/2*3F2(1,1,1;3/2,2;-1/4)
2F1(1/2,1/2;3/2;-x^2)=arcsinh(x)/x
であって,
Σ(-1)^(n-1)/n^2(2n,n)=2*{arcsinh(1/2)}^2
となる.
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