关于$\left(\sum_{n=-\infty}^{\infty}x^{n^{2}}\right)^{2}$相关恒等式的证明求助
我最近在推导一个涉及平方和级数的恒等式时卡壳了,想请各位帮忙看看怎么继续往下推进。
首先,我要证明的是这个恒等式:
$$\left(\sum_{n=-\infty}{\infty}x{n{2}}\right){2}=1+4\sum_{n=0}{\infty}\frac{\left(-1\right){n}}{x^{-\left(2n+1\right)}-1}$$
我先把左边的级数展开转化,把它变成了需要证明的等价形式:
$$\left(1+2\sum_{n=1}{\infty}x{n{2}}\right){2}=1+4\sum_{n=0}{\infty}\left(-1\right){n}\frac{x{2n+1}}{1-x{2n+1}}$$
接着我把左边的平方展开并化简,最终得到了需要验证的核心等式:
$$\left(\sum_{n=1}{\infty}x{n{2}}\right){2}+\sum_{n=1}{\infty}x{n{2}}=\sum_{n=0}{\infty}\left(-1\right){n}\frac{x{2n+1}}{1-x^{2n+1}}$$
之后我尝试改写右边的求和项,把它转化成了这两种形式:
$$\sum_{n=1}{\infty}\frac{x{n}}{1+x{2n}}=\sum_{n=1}{\infty}\frac{1}{x{n}+x{-n}}$$
这样问题就进一步转化为要证明:
$$\sum_{i=1}{\infty}\sum_{j=1}{\infty}x{j{2}+i{2}}+\sum_{n=1}{\infty}x{n{2}}=\sum_{n=1}{\infty}\frac{1}{x{n}+x^{-n}}$$
可到这一步我就不知道该怎么继续变形来验证两边相等了。
这个问题源自用户Sangchul Lee的一个回答,之前有人问过相同的问题但帖子似乎被删除了,没找到完整的证明过程,所以特意来这里求助大家。
备注:内容来源于stack exchange,提问作者Miracle Invoker

