1. 引言及引理
二项式系数在数论,图论,统计和概率等数学分支扮演重要角色。二项式系数变换研究有大量文献
[1] - [10] 。文献 [2] [3] [4] [5] 中都提到被称为Lehmer级数恒等式
,
,一些作者
使用微分,积分,发生函数,白塔–伽马函数,递推等数学工具得到二项式系数倒数级数的重要结果。文 [3] 给出二项式系数倒数数值级数用积分表示,并给出递推公式。文 [4] 给出二项式系数倒数数值级数用反三角函数表示的公式;文 [5] 给出二项式系数倒数数值级数用积分表示。文 [5] [6] [7] [8] 利已知级数裂项构造出一批新二项式系数的倒数级数。文 [9] 利用白塔函数建立非中心型二项式倒数级数。文 [10] 利用“变换核”函数导出无穷级数恒等式。我们利用一个已知级数,用微分裂项法,将分式的化成部分分式经过一定程序转化分母含奇偶性不定的1个,2个,3个,4个,5个线性因子的二项式系数级数连带奇数倒数平方和。利用反正弦与反双曲正弦关系给出交错二项式系数级数连带奇数倒数平方和。所给出级数是封闭形的。并给出二项式系数级数连带奇数倒数平方和数值恒等式。
引理1 [11]
2. 主要结果和证明
2.1. 定理
设
,则二项式系数级数连带续奇数倒数平方和
1) 分母含有1个线性因子的二项式系数级数连带奇数倒数平方和
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
2) 分母含有2个线性因子的二项式系数级数连带奇数倒数平方和
(6)
(7)
(8)
(9)
(10)
(11)
3) 分母含有3个线性因子的二项式系数级数连带奇数倒数平方和
(12)
(13)
(14)
(15)
4) 分母含有4个线性因子的二项式系数级数连带奇数倒数平方和
(16)
(17)
(18)
(19)
5) 分分母含有5个线性因子的二项式系数级数连带奇数倒数平方和
(20)
推论1 设
,则交错二项式系数连带续奇数倒数平方和级数
1) 分母含有1个因子交错的二项式系数级数连带奇数倒数平方和
(21)
(22)
(23)
(24)
(25)
2) 母含有2个因子交错的二项式系数级数连带奇数倒数平方和
(26)
(27)
(28)
(29)
(30)
(31)
3) 母含有3个因子交错的二项式系数级数连带奇数倒数平方和
(32)
(33)
(34)
(35)
4) 分母含有4个因子交错的二项式系数级数连带奇数倒数平方和
(36)
(37)
(38)
(39)
5) 分母含有5个因子交错的二项式系数级数连带奇数倒数平方和
(40)
2.2. 定理的证明
由文 [11] 公式
两端关于x微分
(41)
1) 对(41)式左端裂项
令
,化成
,两端同乘以
,得出
,整理得到如下(1)式,令其为
2) 对(41)式左端裂项
,令
两端同乘以
得
(42)
a) (42)式化成部分分式,得出
由于
已知,计算得出下面(2)式,并令其为
b) 在(42)式,
已知,易得2个因子乘积的二项式系数级数连带奇数倒数平方和公式(6)。
3) 对(41)式左端裂项
令
,
两端同乘以
得
(43)
a) 将上式所有分式化成部分分式,得出
由于
已知,计算得出下面(3)式,并令其为
为行文简便,今后将
,
等用符号
,
表示。
以
证明级数连带奇数倒数平方和上标增加1项或几项不改变其和式收敛性。
前和式为二项式系数级数连带奇数倒数平方和表达式,后式极限趋于0。
根据阶乘斯特林渐进公式
,注意到变量
,
因此
所以,级数连带奇数倒数平方和上标增加1项或几项不改变其和式收敛性。
b) 在(43)保留2个因子分式,(在(41)式中出现的2个因子分式不再计算),对这些2个因子的分式,每次保留1个,其余化成部分分式,得到:
由于
已知,计算得出公式(7)~(8)
c) 在(43)保留3个因子分式,其他分式化成部分分式得到:
由于
已知,计算得出公式(12)式。
4) 对(41)式左端裂项
,
,两端同乘以
得
(44)
a) 将上式所有分式化成部分分式,得出
由于
已知,计算得出下面(4)式,并令其为
b) 在(44)式,其余保留2个因子分式,(在(43)式中出现的2个因子分式不再计算)然后对这些2个因子的分式,每次保留1个,其余化成部分分式,得到:
由于
已知,计算得出公式(9)~(11)式。
c) 在(44)保留3个因子分式(在(43)式出现的3个因子分式不再计算),然后对这些3个因子的分式,每次保留1个,其余化成部分分式,得到:
由于
已知,计算得出(13)~(15)式。
d) 在(44)保留4个因子分式,然后对这些2个因子的分式,每次保留1个,其余化成部分分式,得到:
由于
,已知,计算得出公式(16)式。
5) 对(41)式左端裂项
,
两端同乘以
得
展开乘积表达式
(45)
在(45)式有1个因子分式,2个因子分式4个,3个因子分式6个,4个因子分式4个,5个因子分式1个。为使论文简短写,我们仅选1个因子分式,4个因子分式,5个因子分式,通过如下操作程序:将分式化成分母为1个因子。4个因子(在(44)式出现的4个因子分式不再计算),5个因子乘积的二项式系数连带连续奇数倒数平方和级数
a) 将(45)式所有分式化成部分分式,得出:
由于
已知,计算得出下面(5)式,并令其为
b) 在(45)式保留4个因子分式,然后对这些4个因子的分式,每次保留1个,其余化成部分分式,得到:
由于
已知,计算得出(17)~(19)式。
c) 在(45)式保留5个因子分式,其余化成部分分式,得到:
由于
已知,计算得出(20)式。定理证毕。
2.3. 推论的证明
在定理的公式用ix代替x,注意到
,
,
,推论成立。
3. 一些数值级数
3.1. 数值级数
在定理公式(1)~(20),令
,
,
则分母为奇偶性不定线性因子乘积的二项式系数级数连带奇数倒数平方和数值恒等式
1)
;
2)
;
3)
;
4)
;
5)
;
6)
;
7)
;
8)
;
9)
;
10)
;
11)
;
12)
;
13)
;
14)
;
15)
;
16)
;
17)
;
18)
;
19)
;
20)
。
3.2. 数值级数
在公式(1)~(20),令
,
;计算公式中的项
,
因为
,而
,
这时定理计算公式(1)~(20)中,
与B相乘的项的均为0
则分母为奇偶性不定线性因子乘积的二项式系数级数连带奇数倒数平方和数值恒等式
1)
2)
;
3)
;
4)
;
5)
;
6)
;
7)
;
8)
;
9)
;
10)
;
11)
;
12)
;
13)
;
14)
;
15)
;
16)
;
17)
;
18)
;
19)
;
20)
。
3.3. 数值级数
在推论公式(1)~(5)令
,
则交错的分母为奇偶性不定因子乘积二项式系数级数连带奇数倒数平方和数值恒等式
1)
;
2)
;
3)
;
4)
;
5)
。