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第四个级数如何求和?

2021-02-21知识

置 y_n:=2\cos\frac{a}{2^n}-1, 则有

y_{n}\cos\frac{a}{2^{n+1}}=\left(4\cos^2\frac{a}{2^{n+1}}-3\right)\cos\frac{a}{2^{n+1}}=\cos\frac{3a}{2^{n+1}},

于是

y_n=\frac{\cos\frac{3a}{2^{n+1}}}{\cos\frac{a}{2^{n+1}}},

所以

\prod_{k=1}^ny_k=\prod_{k=1}^n\frac{\cos\frac{3a}{2^{k+1}}}{\cos\frac{a}{2^{k+1}}}=\prod_{k=1}^n\frac{\frac{\sin\frac{3a}{2^k}}{2\sin\frac{3a}{2^{k+1}}}}{\frac{\sin\frac{a}{2^k}}{2\sin\frac{a}{2^{k+1}}}}=\frac{\sin\frac{3a}{2}}{\sin\frac{a}{2}}\cdot\frac{\sin\frac{a}{2^{n+1}}}{\sin\frac{3a}{2^{n+1}}},

于是

\prod_{k=1}^{\infty}y_k=\lim_{n \to \infty}\left(\frac{\sin\frac{3a}{2}}{\sin\frac{a}{2}}\cdot\frac{\sin\frac{a}{2^{n+1}}}{\sin\frac{3a}{2^{n+1}}}\right)=\lim_{n \to \infty}\left(\frac{\sin\frac{3a}{2}}{\sin\frac{a}{2}}\cdot\frac{\frac{a}{2^{n+1}}}{\frac{3a}{2^{n+1}}}\right)=\frac{2\cos a+1}{3},

所以

\sum_{n=1}^{\infty}\ln y_n=\ln\prod_{n=1}^{\infty} y_n=\ln\left(\frac{2\cos a+1}{3}\right).