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Calculus · real student question

Evalúa 1/Gamma(3/5) por la suma desde n = 1 hasta infinito de (1/10)^(8n/5 + 1) dividido entre Gamma(8n/5 + 1).

Question

Calcula 1Γ(35)∑n=1∞(110)85n+1Γ(85n+1)\frac{1}{\Gamma\left(\frac{3}{5}\right)}\sum_{n=1}^{\infty}\frac{\left(\frac{1}{10}\right)^{\frac{8}{5}n+1}}{\Gamma\left(\frac{8}{5}n+1\right)} con seis cifras significativas.

Step-by-step solution

  1. Reconoce la forma de la serie. El sumando zαn+1Γ(αn+1)\dfrac{z^{\alpha n+1}}{\Gamma(\alpha n+1)} con z=110z=\tfrac{1}{10} y α=85\alpha=\tfrac85 es un término de tipo Mittag-Leffler. No existe forma cerrada elemental, así que el camino práctico es sumar numéricamente — y como z<1z<1 mientras Γ(αn+1)\Gamma(\alpha n+1) crece de forma superexponencial, solo un puñado de términos tiene peso real.

  2. Calcula el término n=1n=1. El exponente es 85(1)+1=2.6\tfrac85(1)+1=2.6, así que el término vale 10−2.6Γ(2.6)=2.511886×10−31.4296246=1.757025×10−3\dfrac{10^{-2.6}}{\Gamma(2.6)}=\dfrac{2.511886\times10^{-3}}{1.4296246}=1.757025\times10^{-3}.

  3. Calcula los términos n=2n=2 y n=3n=3. Para n=2n=2 el exponente es 4.24.2: 10−4.2Γ(4.2)=6.309573×10−57.7566895=8.134364×10−6\dfrac{10^{-4.2}}{\Gamma(4.2)}=\dfrac{6.309573\times10^{-5}}{7.7566895}=8.134364\times10^{-6}. Para n=3n=3 el exponente es 5.85.8: 10−5.8Γ(5.8)=1.584893×10−685.621738=1.851041×10−8\dfrac{10^{-5.8}}{\Gamma(5.8)}=\dfrac{1.584893\times10^{-6}}{85.621738}=1.851041\times10^{-8}.

  4. Comprueba que la cola es despreciable. El término n=4n=4 vale 2.58×10−112.58\times10^{-11} y el n=5n=5 vale 2.48×10−142.48\times10^{-14}; cada término sucesivo baja unos dos o tres órdenes de magnitud. Por lo tanto truncar después de n=3n=3 fija la suma mucho más allá de seis cifras significativas: ∑n=1∞10−(1.6n+1)Γ(1.6n+1)=1.765178×10−3.\sum_{n=1}^{\infty}\frac{10^{-(1.6n+1)}}{\Gamma(1.6n+1)}=1.765178\times10^{-3}.

  5. Divide entre Γ(3/5)\Gamma(3/5). Con Γ(0.6)=1.4891922\Gamma(0.6)=1.4891922, 1.765178×10−31.4891922=1.185326×10−3.\frac{1.765178\times10^{-3}}{1.4891922}=1.185326\times10^{-3}.

  6. Enuncia el valor. La expresión completa vale 0.001185320.00118532 con seis cifras significativas; el término n=1n=1 por sí solo ya aporta el 99.5 por ciento.

Answer

1Γ(35)∑n=1∞(110)85n+1Γ(85n+1)≈0.00118533\frac{1}{\Gamma\left(\frac{3}{5}\right)}\sum_{n=1}^{\infty}\frac{\left(\frac{1}{10}\right)^{\frac{8}{5}n+1}}{\Gamma\left(\frac{8}{5}n+1\right)}\approx 0.00118533

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