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\( \sum _ { n = 1 } ^ { \infty } \frac { ( x - 5 ) ^ { n } } { n ^ { 2 } \cdot 7 ^ { n } } = \)

Ask by Guzman Burns. in Russia
Feb 13,2025

Solución de inteligencia artificial de Upstudy

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Ряд \( \sum_{n=1}^{\infty} \frac{(x - 5)^n}{n^2 \cdot 7^n} \) можно записать как \( \sum_{n=1}^{\infty} \frac{z^n}{n^2} \), где \( z = \frac{x - 5}{7} \). Этот ряд является дилогарифмической функцией порядка 2, то есть \( \text{Li}_2(z) \). Сходимость ряда требует, чтобы \( |z| < 1 \), что эквивалентно \( |x - 5| < 7 \). Таким образом, результат можно представить как \( \text{Li}_2\left(\frac{x - 5}{7}\right) \) при \( |x - 5| < 7 \).

Solución

Мы можем записать данный ряд в виде   ∑ₙ₌₁^∞ [(x – 5)ⁿ/(n²·7ⁿ)] = ∑ₙ₌₁^∞ [((x – 5)/7)ⁿ/n²]. Обозначим z = (x – 5)/7. Тогда ряд принимает вид   ∑ₙ₌₁^∞ zⁿ/n². Этот ряд является определением полилиогарифмической функции порядка s, которая задаётся формулой   Liₛ(z) = ∑ₙ₌₁^∞ zⁿ/nˢ, а именно для s = 2 он совпадает с дилогарифмом. Таким образом,   ∑ₙ₌₁^∞ [(x – 5)ⁿ/(n²·7ⁿ)] = Li₂((x – 5)/7). Область сходимости ряда определяется условием сходимости степенного ряда по z: |z| < 1, то есть   |(x – 5)/7| < 1 ⇔ |x – 5| < 7. Таким образом, результат записывается как   ∑ₙ₌₁^∞ [(x – 5)ⁿ/(n²·7ⁿ)] = Li₂((x – 5)/7), при |x – 5| < 7.

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Extra Insights

To find the sum of the series \( \sum _ { n = 1 } ^ { \infty } \frac { ( x - 5 ) ^ { n } } { n ^ { 2 } \cdot 7 ^ { n } } \), we can recognize that this is a power series in the form of \( \sum_{n=1}^{\infty} a_n \), where \( a_n = \frac{(x-5)^n}{n^2 \cdot 7^n} \). This series can be manipulated into a more standard form. We can rewrite it as: \[ \sum_{n=1}^{\infty} \frac{(x-5)^n}{n^2} \cdot \frac{1}{7^n} = \sum_{n=1}^{\infty} \frac{(x-5)^n}{n^2} \cdot \left(\frac{1}{7}\right)^n \] The term \( \frac{(x-5)}{7} \) can be denoted as \( y \), so we have: \[ \sum_{n=1}^{\infty} \frac{y^n}{n^2} \] This series resembles the Taylor series for the function \( -\ln(1-y) \), where \( |y| < 1 \), but it actually converges to \( \text{Li}_2(y) \) or the dilogarithm function, which is defined for this form. Thus, the original series summation can be expressed as: \[ \sum_{n=1}^{\infty} \frac{(x-5)^n}{n^2 \cdot 7^n} = \text{Li}_2\left(\frac{x-5}{7}\right) \] This series converges for \( \left|\frac{x-5}{7}\right| < 1 \), or equivalently, \( 5 - 7 < x < 5 + 7 \), which simplifies to \( -2 < x < 12 \).

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