Untuk akar: periksa pergantian tanda pada bisection, atau hitung f dan f′ untuk Newton, dan pertahankan enam angka atau lebih pada tabel iterasi.
Untuk nilai tabel: interpolasikan secara linear di antara dua titik yang bertetangga.
Untuk integral: cari h = (b − a)/n, daftarkan f di setiap simpul, terapkan bobot (1, 2, …, 2, 1 untuk trapesium; 1, 4, 2, …, 4, 1 untuk Simpson dengan n genap) dan kalikan dengan h/2 atau h/3.
Untuk PD: melangkahlah dari t₀ dengan yₙ₊₁ = yₙ + h·f(tₙ, yₙ) (Euler) atau kemiringan rata-rata (Heun), satu baris per langkah, sampai mencapai t yang diminta.
2Soal latihan
1.Persamaan diferensialSedang
Sekaleng minuman soda bersuhu 4 °C dikeluarkan dari lemari es ke ruangan bersuhu 27 °C. Setelah 25 menit suhunya 16 °C. Benda tersebut mengikuti hukum pendinginan Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Cari konstanta k dalam min⁻¹.
T0 = 4 °CTa = 27 °CT(25) = 16 °C
k = min⁻¹
2.Persamaan diferensialSulit
Sebuah sistem memenuhi y″ + 4y′ + 29y = 58 untuk t ≥ 0, dimulai dari keadaan diam: y(0) = 0, y′(0) = 0. Cari nilai puncak ymax dari respons langkahnya.
y″ + 4y′ + 29y = 58y(0) = 0y′(0) = 0
ymax =
3.IntegralSedang
Hitung I = ∫₁2,5 x·ln x dx.
∫₁2,5 x ln x dx
I =
4.IntegralSulit
Tentukan luas A daerah yang dibatasi oleh y = 2x2 dan y = 2x.
y = 2x2y = 2x
A =
5.TurunanSedang
Misalkan f(x) = x·sin(x), dengan x dalam radian. Tentukan f′(1,5).
f(x) = x·sin(x)x = 1,5 rad
f′(1.5) =
6.TurunanSulit
Misalkan f(x) = x3 − 10,5x2 + 36x + 5. Tentukan koordinat x x dari maksimum lokal.
f(x) = x3 − 10,5x2 + 36x + 5
x =
7.Metode numerikSedang
Hampiri ∫12 1/x dx dengan kaidah Simpson, n = 2, dan bandingkan dengan nilai eksak. Carilah galat mutlak |E| = |S − I|.
f(x) = 1/x[a, b] = [1, 2]n = 2
|E| =
8.Metode numerikSulit
Pakai metode Euler dengan h = 0,5 untuk y′ = 1 + sin(ty), y(0) = 0 untuk menaksir y4 ≈ y(2).
y′ = 1 + sin(ty)y(0) = 0h = 0,5
y4 =
3Larutan
1.Persamaan diferensial
Jawaban: k = 0,0295 min⁻¹
Persamaan diferensial orde satu: dy/dt = k·y memiliki penyelesaian y = y₀·ekt (pertumbuhan untuk k > 0, peluruhan untuk k < 0); waktu paruh T memberikan k = ln 2/T. Hukum pendinginan Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ), memberikan T(t) = Tₐ + (T₀ − Tₐ)·e−kt. Persamaan linear y′ + p(x)·y = q(x) diselesaikan dengan faktor integrasi μ = e∫p dx: (μy)′ = μq, sehingga μy = ∫μq dx + C.
Rasio selisih suhu
e−25k = -11/-23
Selesaikan untuk k
k = ln(-23/-11)/25 = 0,0295 min⁻¹
Jawaban
k = 0,0295 min⁻¹
2.Persamaan diferensial
Jawaban: ymax = 2,569
Persamaan linear orde dua: untuk y″ + b·y′ + c·y = 0 coba y = ert: ini memberi persamaan karakteristik r² + b·r + c = 0. Dua akar real r₁ ≠ r₂ memberi y = A·er₁t + B·er₂t (redaman lebih); akar ganda r memberi y = (A + Bt)·ert (redaman kritis); akar kompleks −α ± jω memberi y = e−αt(A cos ωt + B sin ωt) (redaman kurang, berosilasi). Nilai awal y(0) dan y′(0) menentukan A dan B. Ditulis sebagai y″ + 2ζωny′ + ωn²y = 0, ωn adalah frekuensi alami dan ζ rasio redaman: ζ < 1 berosilasi. Dengan masukan konstan, y″ + by′ + cy = c·K, penyelesaiannya adalah nilai tunak K ditambah respons bebas.
Nilai tunak dan akar-akar
yss = 2, r = −2 ± 5j
Konstanta dari nilai awal
y(0) = 2 + A = 0 → A = −2
y′(0) = −2A + 5B = 0 → B = −0,8
Puncak
t = π/5 = 0,6283
ymax = 2·(1 + e−2·π/5) = 2,569
Jawaban
ymax = 2,569
3.Integral
Jawaban: I = 1,551
Integrasi parsial: ∫u·dv = u·v − ∫v·du, dari aturan perkalian. Pilih u sebagai faktor yang menjadi lebih sederhana saat diturunkan (pangkat x, atau ln x), dan dv sebagai faktor yang dapat Anda integralkan (eˣ, sin x, cos x, atau x bila u = ln x). Untuk integral tentu, hitung u·v pada kedua batas: ∫ₐᵇ u dv = [u·v]ₐᵇ − ∫ₐᵇ v du. Faktor x² memerlukan dua putaran.
Pilih u dan dv
u = ln x, du = dx/x; dv = x dx, v = x²/2
Antiturunan
∫x ln x dx = (x²/2)ln x − ∫(x/2) dx = (x²/2)ln x − x²/4
Limit
(3,125·ln 2,5 − 1,5625) − (0 − 0,25) = 1,551
Jawaban
I = 1,551
4.Integral
Jawaban: A = 0,3333
Integral tentu: ∫ₐᵇ f(x) dx adalah luas bertanda antara grafik dan sumbu x dari a ke b. Cari antiturunan F (dengan F′ = f) dan hitung F(b) − F(a). Aturan pangkat: ∫xⁿ dx = xⁿ⁺¹/(n + 1). Luas antara dua kurva adalah ∫(atas − bawah) dx.
Titik potong
2x2 = 2x → x = 0, x = 1
Integralkan atas dikurangi bawah
A = [x2 − 0,6667x3]01 = 0,3333
Jawaban
A = 0,3333
5.Turunan
Jawaban: f′(1.5) = 1,104
Diferensial: turunan f′(x) adalah kemiringan grafik di x. Aturan pangkat: (xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹. Aturan perkalian: (uv)′ = u′v + uv′. Aturan rantai: (f(g(x)))′ = f′(g(x))·g′(x). Di mana f′(x) = 0, grafik memiliki garis singgung mendatar: maksimum, minimum, atau titik pelana.
Aturan perkalian dan rantai
f′(x) = sin(x) + x·cos(x)
Substitusikan
f′(1,5) = 0,9975 + 1,5·0,07074 = 1,104
Jawaban
f′(1,5) = 1,104
6.Turunan
Jawaban: x = 3
Diferensial: turunan f′(x) adalah kemiringan grafik di x. Aturan pangkat: (xⁿ)′ = n·xⁿ⁻¹. Aturan perkalian: (uv)′ = u′v + uv′. Aturan rantai: (f(g(x)))′ = f′(g(x))·g′(x). Di mana f′(x) = 0, grafik memiliki garis singgung mendatar: maksimum, minimum, atau titik pelana.
Turunan
f′(x) = 3x2 − 21x + 36 = 3·(x2 − 7x + 12)
Selesaikan f′(x) = 0
x = 3 atau x = 4
Mana yang mana
f″(x) = 6x − 21: negatif di maksimum, positif di minimum.
f″(3) = −3, f″(4) = 3
x = 3
Jawaban
x = 3
7.Metode numerik
Jawaban: |E| = 0,001297
Integrasi numerik: bagi [a, b] menjadi n pita selebar h = (b − a)/n dengan simpul x₀ … xₙ. Kaidah trapesium: T = (h/2)[f₀ + 2f₁ + 2f₂ + … + 2fn−1 + fₙ]. Kaidah Simpson (n genap): S = (h/3)[f₀ + 4f₁ + 2f₂ + 4f₃ + … + 4fn−1 + fₙ]. Galat trapesium mengecil seperti h² (batas (b − a)h²·M/12 dengan M = maks|f″|), Simpson seperti h⁴, jadi Simpson biasanya jauh lebih akurat untuk simpul yang sama.
Nilai eksak
I = 0,693147
Kaidah Simpson
S = (0,5/3)·(1 + 4·0,666667 + 0,5) = 0,694444
Galat
|E| = |0,694444 − 0,693147| = 0,001297
Jawaban
|E| = 0,001297
Galat relatif: 0,1872%.
8.Metode numerik
Jawaban: y4 = 2,589
Penyelesaian numerik y′ = f(t, y): metode Euler melangkah menurut kemiringan di awal setiap langkah: yn+1 = yₙ + h·f(tₙ, yₙ). Metode Heun (Euler yang diperbaiki) merata-ratakan kemiringan di awal dan pada prediksi Euler: k₁ = f(tₙ, yₙ), k₂ = f(tₙ + h, yₙ + h·k₁), yn+1 = yₙ + (h/2)(k₁ + k₂). Metode Runge–Kutta klasik (RK4) menggabungkan empat kemiringan: yn+1 = yₙ + (h/6)(k₁ + 2k₂ + 2k₃ + k₄). Galat global Euler sebanding dengan h, Heun dengan h², RK4 dengan h⁴.