Question Number 221306 by Gbenga last updated on 30/May/25

$$\underset{{n}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{{csch}^{\mathrm{2}} \left(\pi{n}\right)}{{n}^{\mathrm{2}} } \\ $$
Answered by SdC355 last updated on 30/May/25

$$\underset{{l}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\:\:\frac{\mathrm{csch}^{\mathrm{2}} \left(\pi{l}\right)}{{l}^{\mathrm{2}} }=\underset{{l}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\:\:\frac{\mathrm{4}}{{l}^{\mathrm{2}} \left({e}^{\pi{l}} −{e}^{−\pi{l}} \right)^{\mathrm{2}} }=\mathrm{0}.\mathrm{00750124}…. \\ $$
Commented by Gbenga last updated on 30/May/25

$${is}\:{there}\:{a}\:{way}\:{to}\:{find}\:{the}\:{closed}\:{form} \\ $$
Commented by SdC355 last updated on 30/May/25

$$\mathrm{nope}… \\ $$$$\mathrm{can}'\mathrm{t}\:\mathrm{find}\:\mathrm{Closed}\:\mathrm{form}\:\mathrm{of}\:\:\Sigma\:\frac{\mathrm{csch}^{\mathrm{2}} \left({k}\pi\right)}{{k}^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\int_{\mathrm{1}} ^{\:\infty} \:\left(\frac{\mathrm{csch}\left(\pi{z}\right)}{{z}}\right)^{\mathrm{2}} \mathrm{d}{z}\:\leq\Sigma\:\:\frac{\mathrm{csch}^{\mathrm{2}} \left(\pi{k}\right)}{{k}^{\mathrm{2}} }\leq\int_{\mathrm{0}} ^{\:\infty} \:\:\left(\frac{\mathrm{csch}\left(\pi{z}\right)}{{z}}\right)^{\mathrm{2}} \mathrm{d}{z}\: \\ $$$${L}_{\mathrm{1}} \leq\Sigma\:\:\frac{\mathrm{csch}^{\mathrm{2}} \left({k}\pi\right)}{{k}^{\mathrm{2}} }\leq{L}_{\mathrm{2}} \\ $$$$\mathrm{and}\:{L}_{\mathrm{1}} ,{L}_{\mathrm{2}} \:\mathrm{are}\:\mathrm{bounded}\: \\ $$$$\mathrm{So}\:\Sigma\:\:\frac{\mathrm{csch}^{\mathrm{2}} \left({k}\pi\right)}{{k}^{\mathrm{2}} }\:\mathrm{is}\:\mathrm{convergence} \\ $$
Commented by Gbenga last updated on 30/May/25

Answered by MrGaster last updated on 31/May/25

$$\zeta\left(\mathrm{2}\right)=\underset{{m}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{{m}^{\mathrm{2}} }=\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{6}} \\ $$$$\underset{{m}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\mathrm{1}}{{n}^{\mathrm{2}} \mathrm{sinh}^{\mathrm{2}} \left(\pi{n}\right)}=\underset{{m}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{\mathrm{4}}{{m}^{\mathrm{2}} \left({e}^{{m}\pi} −{e}^{−{m}\pi} \right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$=\mathrm{4}\underset{{m}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{{e}^{−\mathrm{2}{m}\pi} }{{m}^{\mathrm{2}} \left(\mathrm{1}−{e}^{−\mathrm{2}{m}\pi} \right)^{\mathrm{2}} } \\ $$$$=\mathrm{4}\underset{{m}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{{e}^{−\mathrm{2}{m}\pi} }{{n}^{\mathrm{2}} }\underset{{k}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\left({k}+\mathrm{1}\right){e}^{−\mathrm{2}{km}\pi} \\ $$$$=\mathrm{4}\underset{{k}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}\left({k}+\mathrm{1}\right)\underset{{m}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{{e}^{−\mathrm{2}\left({k}+\mathrm{1}\right){m}\pi} }{{m}^{\mathrm{2}} } \\ $$$$=\mathrm{4}\underset{{k}=\mathrm{0}} {\overset{\infty} {\sum}}{k}\underset{{m}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{{e}^{−\mathrm{2}{km}\pi} }{{m}^{\mathrm{2}} } \\ $$$$=\mathrm{4}\underset{{k}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}{k}\left(\mathrm{Li}_{\mathrm{2}} \left({e}^{−\mathrm{2}{k}\pi} \right)−\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{6}}+\pi\:\mathrm{log}\left(\mathrm{1}−{e}^{−\mathrm{2}{k}\pi} \right)\right) \\ $$$$\mathrm{Li}_{\mathrm{2}} \left({e}^{−\mathrm{2}{k}\pi} \right)=\underset{{m}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}\frac{{e}^{−\mathrm{2}{km}\pi} }{{m}^{\mathrm{2}} } \\ $$$$\underset{{k}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}{k}\mathrm{Li}_{\mathrm{2}} \left({e}^{−\mathrm{2}{k}\pi} \right)=\frac{{G}}{\pi}−\frac{\pi}{\mathrm{72}} \\ $$$$\underset{{k}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}{k}\:\mathrm{log}\left(\mathrm{1}−{e}^{−\mathrm{2}{k}\pi} \right)=\frac{\pi}{\mathrm{12}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\mathrm{log}\left(\mathrm{2}\pi\right) \\ $$$$\underset{{k}=\mathrm{1}} {\overset{\infty} {\sum}}{k}\left(−\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{6}}\right)=−\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{6}}\zeta\left(−\mathrm{1}\right)=\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{72}} \\ $$$$\mathrm{4}\left(\frac{{G}}{\pi}−\frac{\pi}{\mathrm{72}}−\frac{\pi^{\mathrm{3}} }{\mathrm{72}}+\pi\left(−\frac{\pi}{\mathrm{12}}+\frac{\mathrm{1}}{\mathrm{4}}\mathrm{log}\left(\mathrm{2}\pi\right)\right)\right) \\ $$$$=\frac{\mathrm{4}{G}}{\pi}−\frac{\pi}{\mathrm{18}}−\frac{\pi^{\mathrm{3}} }{\mathrm{18}}−\frac{\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{3}}+\pi\:\mathrm{log}\left(\mathrm{2}\pi\right) \\ $$$$=\frac{\mathrm{2}{G}}{\mathrm{3}}−\frac{\mathrm{11}\pi^{\mathrm{2}} }{\mathrm{180}} \\ $$