การตรวจสอบรูปแบบปิดของ $\sum_{n=1}^\infty\frac{4^nH_n^{(2)}}{n^2{2n\choose n}}$

Question

คำถามของฉันอยู่ที่ส่วนท้ายของการแก้ปัญหา

เรามี

$$\int_0^1 x^{n-1}\ln(1-x)=-\frac{H_n}{n}$$

แยกความแตกต่างของทั้งสองฝ่ายด้วยความเคารพ $n$

$$\int_0^1 x^{n-1}\ln x\ln(1-x)=\frac{H_n}{n^2}+\frac{H_n^{(2)}}{n}-\frac{\zeta(2)}{n}$$

ถัดไปคูณทั้งสองข้างด้วย $\frac{4n}{n{2n\choose n}}$ แล้ว $\sum_{n=1}^\infty$ เราได้รับ

$$\sum_{n=1}^\infty\frac{4^nH_n}{n^3{2n\choose n}}+\sum_{n=1}^\infty\frac{4^nH_n^{(2)}}{n^2{2n\choose n}}-\zeta(2)\sum_{n=1}^\infty\frac{4^n}{n^2{2n\choose n}}=\int_0^1\frac{\ln x\ln(1-x)}{x}\left(\sum_{n=1}^\infty\frac{(4x)^n}{n{2n\choose n}}\right)dx$$

$$=\int_0^1\frac{\ln x\ln(1-x)}{x}\left(\frac{2\sqrt{x}\arcsin\sqrt{x}}{\sqrt{1-x}}\right)dx$$

$$\overset{\sqrt{x}=\sin\theta}{=}16\int_0^{\pi/2}\theta\ln(\sin\theta)\ln(\cos\theta)d\theta=16I$$

สำหรับอินทิกรัลให้ $\theta\to \frac{\pi}{2}-\theta$ เพื่อที่จะมี

$$I=\frac{\pi}{2}\int_0^{\pi/2}\ln(\sin\theta)\ln(\cos\theta)d\theta-\int_0^{\pi/2}\theta\ln(\sin\theta)\ln(\cos\theta)d\theta$$

$$\Longrightarrow 2I=\frac{\pi}{2}\int_0^{\pi/2}\ln(\sin\theta)\ln(\cos\theta)d\theta$$

$$=\frac{\pi}{2}\left(\frac{\pi}{2}\ln^2(2)-\frac{\pi^3}{48}\right)$$

$$\Longrightarrow I=\frac34\ln^2(2)\zeta(2)-\frac{15}{32}\zeta(4)$$

ดังนั้น

$$\sum_{n=1}^\infty\frac{4^nH_n}{n^3{2n\choose n}}+\sum_{n=1}^\infty\frac{4^nH_n^{(2)}}{n^2{2n\choose n}}-\zeta(2)\sum_{n=1}^\infty\frac{4^n}{n^2{2n\choose n}}=12\ln^2(2)\zeta(2)-\frac{15}{2}\zeta(4)$$

ตั้งแต่

$$\zeta(2)\sum_{n=1}^\infty\frac{4^n}{n^2{2n\choose n}}=\zeta(2)\left(\frac{\pi^2}{2}\right)=\frac{15}{2}\zeta(4)$$

เรามีความสัมพันธ์ที่ดี

$$\sum_{n=1}^\infty\frac{4^nH_n}{n^3{2n\choose n}}+\sum_{n=1}^\infty\frac{4^nH_n^{(2)}}{n^2{2n\choose n}}=12\ln^2(2)\zeta(2)$$

แทนที่ในที่สุด

$$\sum_{n=1}^\infty\frac{4^nH_n}{n^3{2n\choose n}}=-8\text{Li}_4\left(\frac12\right)+\zeta(4)+8\ln^2(2)\zeta(2)-\frac{1}{3}\ln^4(2)$$

เราได้รับ

$$\sum_{n=1}^\infty\frac{4^nH_n^{(2)}}{n^2{2n\choose n}}=8\text{Li}_4\left(\frac12\right)-\zeta(4)+4\ln^2(2)\zeta(2)+\frac{1}{3}\ln^4(2)\approx 6.2957$$

แต่Mathematicaให้

$$\sum_{n=1}^\infty\frac{4^nH_n^{(2)}}{n^2{2n\choose n}}\approx 6.04326$$

คุณสามารถมองเห็นข้อผิดพลาดหรือวิธีแก้ปัญหาของฉันดีหรือไม่?

ขอบคุณ.

Answer 1

@ ผู้ใช้ 628759 ให้การแก้ปัญหา ค่อนข้างน่าแปลกใจที่เห็นว่ามันมีความอ่อนไหวต่อพารามิเตอร์นี้เพียงใด

ในด้านของฉันฉันคำนวณอย่างถูกต้อง $$\sum_{n=1}^{10000}\frac{4^nH_n^{(2)}}{n^2{2n\choose n}}\approx 6.23740$$ $$\sum_{n=1}^{20000}\frac{4^nH_n^{(2)}}{n^2{2n\choose n}}\approx 6.25448$$

จะช้าอยู่ใย!