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Finally we find 2 Z 1 0 log(t) 1 − t2dt = Z 1 0 log(t) 1 − t dt + Z 1 0 log(t) 1 + t dt = −Dilog(0

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Academic year: 2021

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Testo completo

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Problem 11275

(American Mathematical Monthly, Vol.114, February 2007) Proposed by M. Becker (USA).

Find

Z

y=0

Z

x=y

(x − y)2log((x + y)/(x − y)) xy sinh(x + y) dx dy.

Solution proposed by Roberto Tauraso, Dipartimento di Matematica, Universit`a di Roma “Tor Vergata”, via della Ricerca Scientifica, 00133 Roma, Italy.

We change the variables: letting u = x + y and v = (x − y)/(x + y), the integral becomes

I = Z 1

v=0

Z

u=0

−(vu)2log(v) (u2(1 − v2)/4) sinh(u)

∂(x, y)

∂(u, v)

du dv =

Z 1

v=0

−2v2log(v) 1 − v2 dv



·

Z u=0

u sinh(u)du

 .

The first integral:

Z 1

v=0

−2v

2log(v) 1 − v2 dv = 2

Z 1

v=0

log(v) dv − 2 Z 1

v=0

log(v)

1 − v2dv = −2 − 2 Z 1

v=0

log(v) 1 − v2dv.

The second integral: let t = e−u then Z

u=0

u

sinh(u)du = −2 Z 0

t=1

log(t) t−1− t ·



− 1 t



dt = −2 Z 1

t=0

log(t) 1 − t2dt.

Finally we find

2 Z 1

0

log(t) 1 − t2dt =

Z 1

0

log(t) 1 − t dt +

Z 1

0

log(t)

1 + t dt = −Dilog(0) + Z 1

0

log(t) d(log(1 + t))

= −Dilog(0) + [log(t) log(1 + t)]10− Z 1

0

log(1 + t)

t dt

= −Dilog(0) + Dilog(2) = −π2 6 −

π2

12 = −π2 4 where

Dilog(x) :=

Z x 1

log(t) 1 − t dt =

Z 1−x 0

log(1/(1 − s))

s ds

and

Dilog(0) :=

Z 1

0

1 s

X

k=1

sk k ds =

X

k=1

1 k22

6 and Dilog(2) :=

Z −1

0

1 s

X

k=1

sk k ds =

X

k=1

(−1)k

k2 = −π2 12 Hence

I =



−2 + π2

4



· π2

4 = π22− 8) 16 .



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