Algunas series numéricas tienen un valor exacto sorprendente que los métodos reales no explican. Un ejemplo representativo: n=0∑∞1+n21=21+2tanhππ≈2.077. El origen de ese tanh está en el teorema de los residuos.
El método se basa en que la función πcot(πz) tiene un polo con residuo 1 en cada entero. Integrando πcot(πz)f(z) sobre un contorno que crece, la suma sobre todos los enteros queda ligada a los residuos en los polos de f: n=−∞∑∞f(n)=−zk∑Res[πcot(πz)f(z),zk]. Para f(z)=1+z21 los polos son z=±i y los residuos suman πcothπ; al ser f par, la suma desde n=0 se recupera por simetría con ∑n≥0=21(S+f(0)).
Por qué el núcleo tiene residuo 1 en cada entero. Cerca de un entero n, cot(πz)=sinπzcosπz tiene un polo simple, porque sin(πz) se anula ahí con derivada no nula. Por la fórmula del residuo en un polo simple (N/D′), Res[πcot(πz),n]=(sinπz)′∣z=nπcos(πn)=πcos(πn)πcos(πn)=1. Ese residuo constante e igual a 1 en todos los enteros es lo que hace que ∮πcot(πz)f(z)dz, al crecer el contorno, recoja la suma ∑nf(n) (más los residuos en los polos de f): de ahí la fórmula de arriba. El núcleo alternado sin(πz)π se analiza igual y da residuo (−1)n.
Para las series alternadas basta cambiar de núcleo: sin(πz)π tiene residuo (−1)n en cada entero, y con él n=0∑∞1+n2(−1)n=21+2sinhππ≈0.636. El hiperbólico cambia de tanh a sinh con el núcleo.
La calculadora de sumatorios de MathOperator aplica este método —el mismo motor de residuos que usa para las integrales impropias— y desarrolla el contorno, los polos y cada residuo. Pueden probarse 1/(1+n^2) from 0 to oo y (-1)^n/(1+n^2) from 0 to oo.