$$
\left|\frac{1+e^{ix}}{1+e^{iy}} + \frac{1+e^{iy}}{1+e^{ix}}\right|^2=
(\frac{1+e^{ix}}{1+e^{iy}} + \frac{1+e^{iy}}{1+e^{ix}}) \cdot \overline{(\frac{1+e^{ix}}{1+e^{iy}} + \frac{1+e^{iy}}{1+e^{ix}})} = \\
=(\frac{1+e^{ix}}{1+e^{iy}} + \frac{1+e^{iy}}{1+e^{ix}}) \cdot (\frac{1+e^{-ix}}{1+e^{-iy}} + \frac{1+e^{-iy}}{1+e^{-ix}})=\\=\frac{2 + 2\cos x}{2+2\cos y} + \frac{2 + 2\cos y}{2 + 2\sin y}
+\frac{(1+e^{ix})(1+e^{-iy})}{(1+e^{iy})(1+e^{-ix})} + \overline{\frac{(1+e^{ix})(1+e^{-iy})}{(1+e^{iy})(1+e^{-ix})} } = \\
=\frac{1+\cos x}{1 + \cos y} + \frac{1+\cos y}{1+\cos x} + 2 \text{Re}(e^{i(x-y)})=
\frac{1+\cos x}{1 + \cos y} + \frac{1+\cos y}{1+\cos x} + 2 \cos(x-y)
$$
Модуль:
$$
\left|\frac{2+\sqrt{3}+i}{1+e^{ix}}\right|^2=\frac{(2+\sqrt{3})^2+1}{2(1+\cos x)}=\frac{4+2\sqrt{3}}{1+\cos x}
$$
Аргумент:
$$
\arctan \frac{1}{2+\sqrt{3}}-\arctan \frac{\sin x}{1 + \cos x}=\frac{\pi}{12}-\frac{x}{2}
$$
$$
\sin^5 x = (\frac{e^{ix}-e^{-ix}}{2i})^5=\frac{e^{5ix} - 5e^{3ix}+10e^{ix}-10e^{-ix}+5e^{-3ix}+e^{-5ix}}{32i}=\\
$$
$$
\cos 4x = \text{Re} (e^{4ix})=\text{Re}(\cos x + i \sin x)^4=\\
=\text{Re}(\cos^4 x - 6 \cos^2 x \sin^2 x + \sin^4 x)=\\
=\cos^4 x - 6\cos^2 x (1 - \cos^2 x) + (1 - \cos^2 x)^2=\\
=8\cos^4 x - 8\cos^2 x+1
$$
Найдем комплексную амплитуду результирующего колебания, сложив комплексные амплитуды исходных:
$$
z=a+2ai+\frac{3}{2}ae^{i\pi/3} = a(1-2i+\frac{3}{4}+\frac{3\sqrt{3}}{4}i)
$$
Искомая амплитуда - это модуль $|z|$, т.е.
Это равно
$$
\text{Im} \sum_{k=0}^{\infty}r^k e^{ikx} = \text{Im} \sum_{k=0}^{\infty} (r e^{ix})^k=\text{Im} \frac{1}{1-re^{ix}}=\text{Im}\frac{1-re^{-ix}}{1-2r\cos x + r^2}=
$$
Это равно
$$
\text{Im}(1+i)^n=2^{n/2}\text{Im}\,e^{in\pi/4}=2^{n/2}\sin \frac{\pi n}{4}
$$
Нам нужна вещественная часть от $\sum_{k=1}^n k (e^{ix})^k$. Обозначим $q = e^{ix}$.
$$
\sum_{k=1}^{n}kq^k=\sum_{k=1}^{n}(k+1)q^k - \sum_{k=1}^{n}q^k=\\
=\frac{\partial}{\partial q}\sum_{k=1}^{n}q^{k+1} - \sum_{k=1}^{n}q^k=\frac{\partial}{\partial q} \frac{q^2(1-q^{n})}{1-q}-\frac{q(1-q^{n})}{1-q}=\\
=\frac{2q(1-q^{n})}{1-q}+\frac{nq^n}{1-q}+\frac{q^2(1-q^{n})}{(1-q)^2}-\frac{q(1-q^{n})}{1-q}=\\
=\frac{q(1-q^{n})}{1-q}+\frac{nq^n}{1-q}+\frac{q^2(1-q^{n})}{(1-q)^2}=\\
=\frac{nq^{n+2}-(n+1)q^{n+1}+q}{(q-1)^2}
$$
Осталось взять вещественную часть:
$$
\text{Re}\frac{nq^{n+2}-(n+1)q^{n+1}+q}{(q-1)^2}=\text{Re}\frac{nq^{n+1}-(n+1)q^{n}+1}{(q-1)(1-\overline{q})}=
$$
В разложении
$$
\sin^{100} x = (\frac{e^{ix}-e^{-ix}}{2i})^{100}
$$
будут только осциллирующие члены (среднее значение которых равно нулю) и константа, равная
$$
\int_{-\infty}^{\infty}dx\, e^{-ax^2+bx}=
\int_{-\infty}^{\infty}dx\, e^{-a(x-\frac{b}{2a})^2+\frac{b^2}{4a}}=
$$
$$
\int_{-\infty}^{\infty}dx\, e^{-ax^2}x^2=\frac{\partial^2}{\partial^2 b}\Bigg|_{b=0}
\int_{-\infty}^{\infty}dx\, e^{-ax^2+bx}=
\frac{\partial^2}{\partial^2 b}\Bigg|_{b=0}\left(e^{\frac{b^2}{4a}}\sqrt{\frac{\pi}{a}}\right)=
$$
$$
\int_{-\infty}^{\infty}dx\, e^{-ax^2}x^2=\frac{\partial^4}{\partial^4 b}\Bigg|_{b=0}
\int_{-\infty}^{\infty}dx\, e^{-ax^2+bx}=
\frac{\partial^4}{\partial^4 b}\Bigg|_{b=0}\left(e^{\frac{b^2}{4a}}\sqrt{\frac{\pi}{a}}\right)=
$$
Нужные интегралы - это вещественная и мнимая части интеграла
$$
\int_{-\infty}^{\infty}dx\, e^{ix^2}=\sqrt{\frac{\pi}{-i}}=\sqrt{\frac{\pi}{2}}(i + 1)
$$
(мы выбираем этот корень, т.к. очевидно $\int_{-\infty}^{\infty}dx\, cos(x^2) > 0$).
Остается взять вещественную и мнимую части. Для обоих интегралов ответ
Нужно заметить, что на данном отрезке $\sin \sqrt{x}$ примерно постоянен.
Мы можем интерпретировать это уравнение как 2-ой закон Ньютона для силы $F=-x^{3/2}$, и массы $m=1$. Сила зависит только от координаты, значит потенциальна. Ее потенциальная энергия находится интегрированием:
$$
U(x) = \frac{2}{5}x^{5/2}
$$
Кинетическая энергия, как всегда, равна
$$
K = \frac{\dot{x}^2}{2}
$$
Запишем ЗСЭ:
$$
\frac{\dot{x}^2}{2}+\frac{2}{5}x^{5/2}=E=\frac{2}{5}a^{5/2}
$$
Откуда
$$
\frac{dx}{dt}=\dot{x}=\sqrt{\frac{4}{5}(a^{5/2} - x^{5/2})}
$$
Значит период (как 4 четверть-периода):
$$
T=4 \int_0^{x_0} \frac{dx}{\sqrt{\frac{4}{5}(a^{5/2} - x^{5/2})}} = 2\sqrt{5} a^{-1/4} \int_0^{1} \frac{du}{\sqrt{(1 - u^{5/2})}}
$$