Find the integral \( \int x^{5} \cos \left(x^{3}\right) d x=\square \)
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To evaluate the integral \( \int x^{5} \cos \left(x^{3}\right) d x \), we can use the technique of substitution. Let's set \( u = x^3 \). Then \( du = 3x^2 dx \) or \( dx = \frac{du}{3x^2} \). Since \( x^2 = u^{2/3} \) (because \( x = u^{1/3} \)), we also have \( x^5 = (u^{1/3})^5 = u^{5/3} \). Now we can rewrite the integral. First, express \( x^5 \) and \( dx \): \[ \int x^{5} \cos \left(x^{3}\right) d x = \int u^{5/3} \cos(u) \cdot \frac{du}{3u^{2/3}} = \frac{1}{3} \int u^{5/3 - 2/3} \cos(u) du = \frac{1}{3} \int u^{1} \cos(u) du \] The integral \( \int u \cos(u) du \) can be solved using integration by parts. Let \( v = u \) and \( dw = \cos(u) du \). Then, \( dv = du \) and \( w = \sin(u) \). Applying integration by parts: \[ \int u \cos(u) du = u \sin(u) - \int \sin(u) du = u \sin(u) + \cos(u) \] Thus, \[ \int u \cos(u) du = u \sin(u) + \cos(u) \] Returning to our integral: \[ \int x^{5} \cos \left(x^{3}\right) d x = \frac{1}{3} \left( u \sin(u) + \cos(u) \right) + C \] Substituting back \( u = x^3 \): \[ \int x^{5} \cos \left(x^{3}\right) d x = \frac{1}{3} \left( x^3 \sin(x^3) + \cos(x^3) \right) + C \] So the final result is: \[ \int x^{5} \cos \left(x^{3}\right) d x = \frac{1}{3} \left( x^3 \sin(x^3) + \cos(x^3) \right) + C \]