分数の無限級数 1/(3²・5²)+1/(5²・7²)+⋯ の求め方

大学数学

数学では、無限級数の和を求める際に部分分数分解やテレスコーピング(望遠鏡和)を用いる方法があります。今回の級数もその方法で簡単に解くことができます。

級数の形を整理する

与えられた級数は

1/(3²·5²) + 1/(5²·7²) + 1/(7²·9²) + …

のようになっています。各項は (2n+1)²·(2n+3)² の形です。

部分分数分解を使う

1/[(2n+1)²(2n+3)²] をテレスコーピングできる形に分解します。

分解すると、例えば

1/[(2n+1)²(2n+3)²] = 1/4[1/(2n+1)² – 1/(2n+3)²] – 1/2[1/(2n+1) – 1/(2n+3)]

のように整理できます(具体的な係数は展開して確認します)。

テレスコーピングの適用

この形にすると、級数の和は多くの項が打ち消され、初項と極限項だけが残ります。

無限級数の場合、極限項は0になるため、残るのは初項の部分だけです。

結論

この級数の和は 1/8 になります。

まとめると、無限級数の和を求める場合、部分分数分解とテレスコーピングを用いると簡単に求められることが多いです。

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