Ответ:

Определяем падеж прилагательного по падежу существительного, с которым оно связано:

  • по мрачному лесу — дательный падеж;
  • тяжёлую голову — винительный падеж;
  • птичьего голоса — родительный падеж;
  • на северном берегу — предложный падеж;
  • в густом ельнике — предложный падеж;
  • к холодному воздуху — дательный падеж.

Ответ: мрачному — Д. п.; тяжёлую — В. п.; птичьего — Р. п.; северном — П. п.; густом — П. п.; холодному — Д. п.