Pregunta
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Find the integral \( \int x^{5} \cos \left(x^{3}\right) d x= \)

Ask by Rodriguez Fitzgerald. in the United States
Jan 24,2025

Solución de tutoría real

Respuesta verificada por el tutor

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The integral of \( x^{5} \cos \left(x^{3}\right) \) with respect to \( x \) is \( \frac{1}{3}x^{3}\sin(x^{3}) + \frac{1}{3}\cos(x^{3}) + C \), where \( C \) is a constant.

Solución

Calculate the integral \( \int x^{5} \cos \left(x^{3}\right) d x \). Evaluate the integral by following steps: - step0: Evaluate using substitution: \(\int x^{5}\cos\left(x^{3}\right) dx\) - step1: Use the substitution \(dx=\frac{1}{3x^{2}} dt\) to transform the integral\(:\) \(\int x^{5}\cos\left(x^{3}\right)\times \frac{1}{3x^{2}} dt\) - step2: Simplify: \(\int \frac{x^{3}\cos\left(x^{3}\right)}{3} dt\) - step3: Use the substitution \(t=x^{3}\) to transform the integral\(:\) \(\int \frac{t\cos\left(t\right)}{3} dt\) - step4: Simplify the expression: \(\int \frac{1}{3}t\cos\left(t\right) dt\) - step5: Use properties of integrals: \(\frac{1}{3}\times \int t\cos\left(t\right) dt\) - step6: Prepare for integration by parts: \(\begin{align}&u=t\\&dv=\cos\left(t\right)dt\end{align}\) - step7: Calculate the derivative: \(\begin{align}&du=dt\\&dv=\cos\left(t\right)dt\end{align}\) - step8: Evaluate the integral: \(\begin{align}&du=dt\\&v=\sin\left(t\right)\end{align}\) - step9: Substitute the values into formula: \(\frac{1}{3}\left(t\sin\left(t\right)-\int 1\times \sin\left(t\right) dt\right)\) - step10: Calculate: \(\frac{1}{3}\left(t\sin\left(t\right)-\int \sin\left(t\right) dt\right)\) - step11: Calculate: \(\frac{1}{3}t\sin\left(t\right)-\frac{1}{3}\times \int \sin\left(t\right) dt\) - step12: Evaluate the integral: \(\frac{1}{3}t\sin\left(t\right)+\frac{1}{3}\cos\left(t\right)\) - step13: Substitute back: \(\frac{1}{3}x^{3}\sin\left(x^{3}\right)+\frac{1}{3}\cos\left(x^{3}\right)\) - step14: Add the constant of integral C: \(\frac{1}{3}x^{3}\sin\left(x^{3}\right)+\frac{1}{3}\cos\left(x^{3}\right) + C, C \in \mathbb{R}\) The integral of \(x^{5} \cos \left(x^{3}\right)\) with respect to \(x\) is \(\frac{1}{3}x^{3}\sin(x^{3}) + \frac{1}{3}\cos(x^{3}) + C\), where \(C\) is an arbitrary constant.

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Beyond the Answer

To solve the integral \( \int x^{5} \cos \left(x^{3}\right) d x \), we can use the method of integration by parts or substitution. Let's use the substitution method. Let \( u = x^{3} \). Then, we have: \[ du = 3x^{2} dx \quad \Rightarrow \quad dx = \frac{du}{3x^{2}}. \] In terms of \( u \), we can express \( x^5 \) as: \[ x^5 = x^{3} \cdot x^{2} = u \cdot x^{2}. \] Now we need to express \( x^{2} \) in terms of \( u \). From our substitution: \[ x^{2} = \left(u^{1/3}\right)^{2} = u^{2/3}. \] Now, putting it all together, we have: \[ \int x^{5} \cos(x^{3}) dx = \int u \cdot u^{2/3} \cdot \frac{du}{3x^{2}} = \int \frac{u^{5/3}}{3 (\frac{u^{2/3}}{u^{1/3}})} du = \frac{1}{3} \int u^{5/3} \cos(u) du. \] Next, we can integrate \( \int u^{5/3} \cos(u) du \) using integration by parts or recognize it leads to a solution involving special functions (like the Fresnel integrals) or further parts applied iteratively. However, for simple understanding, you can write: \[ \int x^{5} \cos(x^{3}) dx = \text{special function representation} + C. \] Thus, the final answer is expressed in terms of functions that might not have a clean elementary format.

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