Question Number 219724 by Nicholas666 last updated on 01/May/25

$$\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\:\mathrm{prove}; \\ $$$$\:\:\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\prod}}\:\frac{\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{3}} −\mathrm{3}\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}\right)+\mathrm{2}}{\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{3}} }\:=\:\frac{\pi}{\mathrm{6}} \\ $$$$ \\ $$
Answered by nothing48 last updated on 01/May/25

$${let}\:\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}\right)\:{be}\:{x}, \\ $$$${Simplify}\:{the}\:{numerator} \\ $$$$\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\prod}}\frac{\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{3}} −\mathrm{3}\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}\right)+\mathrm{2}}{\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{3}} }=\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\prod}}\frac{\mathrm{4}{n}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{3}\right)}{\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{3}} } \\ $$$${Partial}\:{Product}\left({P}_{{N}} \right)\:{is} \\ $$$$\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\prod}}\frac{\mathrm{4}{n}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{3}\right)}{\left(\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}\right)^{\mathrm{3}} }=\left(\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{{N}} {\prod}}\frac{\mathrm{2}{n}}{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}}\right)^{\mathrm{2}} ×\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{{N}} {\prod}}\frac{\mathrm{2}{n}+\mathrm{3}}{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}} \\ $$$${The}\:{second}\:{product}\:{is}\:{a}\:{telescoping}\:{Series} \\ $$$$\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{{N}} {\prod}}\frac{\mathrm{2}{n}+\mathrm{3}}{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}}=\frac{\mathrm{5}}{\mathrm{3}}×\frac{\mathrm{7}}{\mathrm{5}}×\frac{\mathrm{9}}{\mathrm{7}}…\frac{\mathrm{2}{N}+\mathrm{3}}{\mathrm{2}{N}+\mathrm{1}}=\frac{\mathrm{2}{N}+\mathrm{3}}{\mathrm{3}} \\ $$$${Now}, \\ $$$${Lets}\:{consider}\:{the}\:{first}\:{product}\:{and}\:{its}\:{relation} \\ $$$${to}\:{wallis}\:{product}: \\ $$$$\frac{\pi}{\mathrm{2}}=\underset{{N}\rightarrow\infty} {\mathrm{lim}}\frac{\mathrm{2}^{\mathrm{2}} ×\mathrm{4}^{\mathrm{2}} …\left(\mathrm{2}{N}\right)^{\mathrm{2}} }{\mathrm{1}^{\mathrm{2}} ×\mathrm{3}^{\mathrm{2}} …\left(\mathrm{2}{N}−\mathrm{1}\right)^{\mathrm{2}} ×\left(\mathrm{2}{N}+\mathrm{1}\right)}=\underset{{N}\rightarrow\infty} {\mathrm{lim}}\left(\frac{\mathrm{2}×\mathrm{4}…\mathrm{2}{N}}{\mathrm{1}×\mathrm{3}…\left(\mathrm{2}{N}−\mathrm{1}\right)}\right)^{\mathrm{2}} \frac{\mathrm{1}}{\mathrm{2}{N}+\mathrm{1}} \\ $$$${Now}, \\ $$$$\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{{N}} {\prod}}\frac{\mathrm{2}{n}}{\mathrm{2}{n}+\mathrm{1}}=\frac{\mathrm{2}×\mathrm{4}…\mathrm{2}{N}}{\mathrm{3}×\mathrm{5}…\left(\mathrm{2}{N}−\mathrm{1}\right)}\sim\sqrt{\pi{N}}\:{as}\:{N}\rightarrow\infty \\ $$$${Therefore} \\ $$$$\frac{\mathrm{2}×\mathrm{4}…\mathrm{2}{N}}{\mathrm{3}×\mathrm{5}..\left(\mathrm{2}{N}+\mathrm{1}\right)}\sim\sqrt{\frac{\pi}{\mathrm{4}{N}}} \\ $$$${Substitute}\:{back}\:{this}\:{in}\:{P}_{{N}} \\ $$$$\underset{{N}\rightarrow\infty} {\mathrm{lim}}{P}_{{N}} =\underset{{N}\rightarrow\infty} {\mathrm{lim}}\left(\sqrt{\frac{\pi}{\mathrm{4}{N}}}\right)^{\mathrm{2}} ×\frac{\mathrm{2}{N}+\mathrm{3}}{\mathrm{3}} \\ $$$$\underset{{N}\rightarrow\infty} {\mathrm{lim}}{P}_{{N}} =\underset{{N}\rightarrow\infty} {\mathrm{lim}}\frac{\pi}{\mathrm{4}{N}}×\frac{\mathrm{2}{N}+\mathrm{3}}{\mathrm{3}}=\frac{\pi}{\mathrm{6}} \\ $$$${Hence}\:{Proved} \\ $$