Serie de Mercator

La serie fue descubierta, independientemente por Nicholas Mercator, Isaac Newton y Gregory Saint-Vincent. Fue publicada por primera vez por Mercator, en su tratado Logarithmo-technica de 1668.

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La serie puede ser obtenida del teorema de Taylor, mediante el cálculo inductivo de la n^ésima derivada del ln x en x = 1, comenzando con

${\displaystyle {\frac {d}{dx}}\ln x={\frac {1}{x}}.}$

Alternativamente, se puede comenzar con la serie geométrica finita (t ≠ −1)

${\displaystyle 1-t+t^{2}-\cdots +(-t)^{n-1}={\frac {1-(-t)^{n}}{1+t}}}$

que da

${\displaystyle {\frac {1}{1+t}}=1-t+t^{2}-\cdots +(-t)^{n-1}+{\frac {(-t)^{n}}{1+t}}.}$

Se sigue que

${\displaystyle \int _{0}^{x}{\frac {dt}{1+t}}=\int _{0}^{x}\left(1-t+t^{2}-\cdots +(-t)^{n-1}+{\frac {(-t)^{n}}{1+t}}\right)\,dt}$

y por integración término a término ,

${\displaystyle \ln(1+x)=x-{\frac {x^{2}}{2}}+{\frac {x^{3}}{3}}-\cdots +(-1)^{n-1}{\frac {x^{n}}{n}}+(-1)^{n}\int _{0}^{x}{\frac {t^{n}}{1+t}}\,dt.}$

Si −1 < x ≤ 1, el término resto tiende a 0 cuando ${\displaystyle n\to \infty }$.

Esta expresión puede ser integrada iterativamente k veces más para obtener

${\displaystyle -xA_{k}(x)+B_{k}(x)\ln(1+x)=\sum _{n=1}^{\infty }(-1)^{n-1}{\frac {x^{n+k}}{n(n+1)\cdots (n+k)}},}$

donde

${\displaystyle A_{k}(x)={\frac {1}{k!}}\sum _{m=0}^{k}{k \choose m}x^{m}\sum _{l=1}^{k-m}{\frac {(-x)^{l-1}}{l}}}$

y

${\displaystyle B_{k}(x)={\frac {1}{k!}}(1+x)^{k}}$

son polinomios en x.^[1]