两个调和数问题
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  • 楼主SalomeJLQ
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  • 发布时间2024/6/10 16:26
  • 上次更新2024/10/15 00:40:50
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两个调和数问题
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SalomeJLQ楼主2024/6/10 16:26

这是一个比较古早的问题,来自这篇帖子,我给出两个比较不同的方法供各位批评用。

对于 [xn](1−x)klog⁡11−x[x^n](1-x)^k\log\frac{1}{1-x},这里只考虑 k<nk<n 的情形,用逐项积分能比较快地得到答案。具体地,容易归纳证明:对 f(x)f(x) 求 u (u≤k)u\,(u\leq k) 阶导后所得的结果为(f(x)f(x) 是上面要求系数的那串式子)

f(u)(x)=(−1)u+1(1−x)k−u(ku‾log⁡11−x+Au),f^{(u)}(x)=(-1)^{u+1}(1-x)^{k-u}\left(k^{\underline{u}}\log\frac{1}{1-x}+A_u\right),

这样就有

f(k+1)(x)=(−1)kk!1−x,f(x)=p(x)+∑n=0∞∬ ⁣ ⁣ ⁣⋯ ⁣ ⁣ ⁣∫xn(dx)k+1=p(x)+∑n=k∞xnnk+1‾,\begin{aligned} f^{(k+1)}(x)&=(-1)^k\frac{k!}{1-x},\\ f(x)&=p(x)+\sum_{n=0}^{\infty}\iint\!\!\!\cdots\!\!\!\int x^n(\text dx)^{k+1}\\ &=p(x)+\sum_{n=k}^\infty\frac{x^n}{n^{\underline{k+1}}}, \end{aligned}

这样就有

[xn](1−x)klog⁡11−x=(−1)kk!nk+1‾.[x^n](1-x)^k\log\frac{1}{1-x}=(-1)^k\frac{k!}{n^{\underline{k+1}}}.

下一个问题 [xn]1(1−x)klog⁡11−x[x^n]\frac{1}{(1-x)^k}\log\frac{1}{1-x} 则稍微棘手一些,我这里尝试积分 kk 次后逐项微分。我得到的结果不保证任何正确性(因为结果有点抽象),但方法应该是对的。

∬ ⁣ ⁣ ⁣⋯ ⁣ ⁣ ⁣∫(1−x)−klog⁡11−x(dx)k=−Hk−1(k−2)!log⁡11−x+12(k−1)!log⁡211−x=−Hk−1(k−2)!∑n=1∞xnn!+14(k−1)!∑n=1∞Hn−1nxn=∑n=1∞(Hn−14(k−1)!n−Hk−1n!(k−2)!)xn,\begin{aligned} \iint\!\!\!\cdots\!\!\!&\int(1-x)^{-k}\log\frac{1}{1-x}(\text dx)^{k}\\ &=\frac{-H_{k-1}}{(k-2)!}\log\frac{1}{1-x}+\frac{1}{2(k-1)!}\log^2\frac{1}{1-x}\\ &=-\frac{H_{k-1}}{(k-2)!}\sum_{n=1}^{\infty}\frac{x^n}{n!}+\frac{1}{4(k-1)!}\sum_{n=1}^\infty\frac{H_{n-1}}{n}x^n\\ &=\sum_{n=1}^{\infty}\left(\frac{H_{n-1}}{4(k-1)!n}-\frac{H_{k-1}}{n!(k-2)!}\right)x^n, \end{aligned}

解出来答案是

[xn]1(1−x)klog⁡11−x=(n+k)k‾(Hn+k−14(k−1)!(n+k)−Hk−1(n+k)!(k−2)!)[x^n]\frac{1}{(1-x)^k}\log\frac{1}{1-x}=(n+k)^{\underline{k}}\left(\frac{H_{n+k-1}}{4(k-1)!(n+k)}-\frac{H_{k-1}}{(n+k)!(k-2)!}\right)
2024/6/10 16:26
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