Question Number 180388 by universe last updated on 11/Nov/22
Answered by aleks041103 last updated on 12/Nov/22
$$\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{3}} {f}^{−\mathrm{1}} \left({x}\right){dx}=\int_{{f}^{−\mathrm{1}} \left(\mathrm{0}\right)} ^{{f}^{−\mathrm{1}} \left(\mathrm{3}\right)} {f}^{−\mathrm{1}} \left({f}\left({y}\right)\right){d}\left({f}\left({y}\right)\right)= \\ $$$$=\int_{{f}^{−\mathrm{1}} \left(\mathrm{0}\right)} ^{{f}^{−\mathrm{1}} \left(\mathrm{3}\right)} {y}\:{d}\left({f}\left({y}\right)\right)=\left[{yf}\left({y}\right)\right]_{{f}^{−\mathrm{1}} \left(\mathrm{0}\right)} ^{{f}^{−\mathrm{1}} \left(\mathrm{3}\right)} −\int_{{f}^{−\mathrm{1}} \left(\mathrm{0}\right)} ^{{f}^{−\mathrm{1}} \left(\mathrm{3}\right)} {f}\left({y}\right){dy}= \\ $$$$=\mathrm{3}{f}^{−\mathrm{1}} \left(\mathrm{3}\right)−\int_{{f}^{−\mathrm{1}} \left(\mathrm{0}\right)} ^{{f}^{−\mathrm{1}} \left(\mathrm{3}\right)} {f}\left({x}\right){dx} \\ $$$${f}:\left[\mathrm{0},\infty\right)\rightarrow\left[\mathrm{0},\infty\right) \\ $$$${f}:{surjective} \\ $$$$\Rightarrow\exists{b}:{f}\left({b}\right)=\mathrm{0} \\ $$$${but}\:{if}\:{b}>\mathrm{0},\:{then}\:{since}\:{f}\:{is}\:{strictly}\:{increasing} \\ $$$${f}\left({b}\right)>{f}\left(\mathrm{0}\right)\Rightarrow\mathrm{0}>{f}\left(\mathrm{0}\right)\geqslant\mathrm{0}\rightarrow{contradiction} \\ $$$$\Rightarrow{b}=\mathrm{0}\Rightarrow{f}\left(\mathrm{0}\right)=\mathrm{0} \\ $$$$\Rightarrow{s}\left[{f}\right]=\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{5}} {f}\left({x}\right){dx}+\int_{\mathrm{0}} ^{\mathrm{3}} {f}^{−\mathrm{1}} \left({x}\right){dx}=\mathrm{3}{f}^{−\mathrm{1}} \left(\mathrm{3}\right)+\int_{{f}^{−\mathrm{1}} \left(\mathrm{3}\right)} ^{\:\mathrm{5}} {f}\left({x}\right){dx} \\ $$$${let}\:{f}^{−\mathrm{1}} \left(\mathrm{3}\right)<\mathrm{5}\Rightarrow{s}\left[{f}\right]>\mathrm{3}{f}^{−\mathrm{1}} \left(\mathrm{3}\right)+\left(\mathrm{5}−{f}^{−\mathrm{1}} \left(\mathrm{3}\right)\right){f}\left({f}^{−\mathrm{1}} \left(\mathrm{3}\right)\right)=\mathrm{15} \\ $$$${let}\:{f}^{−\mathrm{1}} \left(\mathrm{3}\right)>\mathrm{5}\Rightarrow{s}\left[{f}\right]=\mathrm{3}{f}^{−\mathrm{1}} \left(\mathrm{3}\right)−\int_{\mathrm{5}} ^{{f}^{−\mathrm{1}} \left(\mathrm{3}\right)} {f}\left({x}\right){dx} \\ $$$$\Rightarrow{s}\left[{f}\right]>\mathrm{3}{f}^{−\mathrm{1}} \left(\mathrm{3}\right)−\left({f}^{−\mathrm{1}} \left(\mathrm{3}\right)−\mathrm{5}\right){f}\left({f}^{−\mathrm{1}} \left(\mathrm{3}\right)\right)=\mathrm{15} \\ $$$${if}\:{f}^{−\mathrm{1}} \left(\mathrm{3}\right)=\mathrm{5}:\:{s}\left[{f}\right]=\mathrm{3}.\mathrm{5}−\mathrm{0}=\mathrm{15} \\ $$$$\Rightarrow{a}=\mathrm{15} \\ $$
Commented by universe last updated on 12/Nov/22
$${thank}\:{you}\:{sir} \\ $$