计算
∫10∫10ln(2−xy)1−xydx dy
(tian_275461)
解
∫10∫10ln(2−xy)1−xydx dy=∫10∫10ln(1+(1−xy))1−xydx dy=∞∑n=1(−1)n+1n∫10∫10(1−xy)n−1dx dy=∞∑n=1(−1)n+1n2∫10(1−(1−y)ny)dy=∞∑n=1(−1)n+1n2Hn=(−1)nn∫10(1−x)n−1lnxdx=−∫10∞∑n=1(x−1)n−1nlnxdx=∫10\Li1(x−1)lnx1−xdx=−∫10ln(1+t)ln(1−t)tdt
为了计算上面的式子,我们先算
∫10ln2(1+x)xdx
为此考虑一般的I(t)=∫t0ln2(1+x)xdx=lntln2(1+t)−2∫t0ln(x)ln(1+x)1+xdx=ln2tln(1+t)−2∫1+t1ln(y)y(lny+ln(1−1y))dy(y=x+1)=lntln2(1+t)−23ln3(1+t)−2∫1+t1lnyyln(1−1y)dy(z=1y)=lntln2(1+t)−23ln3(1+t)+2∫111+xlnzln(1−z)zdz=lntln2(1+t)−23ln3(1+t)−2∫111+xlnzd\Li2(z)=lntln2(1+t)−23ln3(1+t)−2(lnz\Li2(z)|111+x−∫111+x\Li2(z)zdz)=lntln2(1+t)−23ln3(1+t)−2ln(1+t)\Li2(11+t)−2\Li3(11+t)+2\Li3(1)
故
I(1)=−23ln32−2ln2\Li2(12)−2\Li3(12)+2\Li3(1)
由
\Li2(12)=112(π2−6ln22)
\Li3(12)=124[4ln32−2π2ln2+21ζ(3)]
I(1)=ζ(3)4
对已知结论
∫10ln2(1−x)xdx=2ζ(3)
作x=t2
⇒∫10ln2(1−t2)tdx=ζ(3)
⇔∫10ln2(1−t)tdx+∫10ln2(1+t)tdx+2∫10ln(1−t)ln(1+t)tdx=ζ(3)
⇒∫10ln(1−t)ln(1+t)tdx=−58ζ(3)
故有
∫10∫10ln(2−xy)1−xydx dy=58ζ(3)
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根据上面的办法,我们可以得到
∫10ln2(1−t)tdt=2ζ(3)
∫10ln2(1+t)tdt=14ζ(3)
∞∑n=1Hnn2=2ζ(3)
∫10∫10ln(1−xy)1−xydxdy=−ζ(3)
∞∑n=1Hnn3=π472