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
Sebuah komponen baja tempa bersuhu 340 °C dibiarkan mendingin di bengkel bersuhu 22 °C. Setelah 38 menit suhunya 239 °C. Benda tersebut mengikuti hukum pendinginan Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Berapa lama setelah awal, t, yang diperlukan untuk mencapai 120 °C?
T0 = 340 °CTa = 22 °CT(38) = 239 °CT = 120 °C
t = min
2.Persamaan diferensialSulit
Selesaikan y″ + 4y′ + 20y = 0 dengan y(0) = 3 dan y′(0) = 0 (dilepas dari keadaan diam). Cari y(0,25); sudut dalam radian.
y″ + 4y′ + 20y = 0y(0) = 3y′(0) = 0
y(0.25) =
3.IntegralSedang
Hitung I = ∫12 5/x dx.
f(x) = 5/x[1, 2]
I =
4.IntegralSulit
Hitung I = ∫₀3 x²·eˣ dx.
∫₀3 x²eˣ dx
I =
5.TurunanSedang
Misalkan f(x) = (4x + 3)4. Tentukan f′(1).
f(x) = (4x + 3)4x = 1
f′(1) =
6.TurunanSulit
Garis singgung f(x) = 3x2 + 2x − 4 di x = 3 memotong sumbu y di y = b. Tentukan b.
f(x) = 3x2 + 2x − 4x = 3
b =
7.Metode numerikSedang
Hampiri ∫02 √(1 + x³) dx dengan kaidah Simpson memakai n = 4 pita. Berikan S.
f(x) = √(1 + x³)[a, b] = [0, 2]n = 4
S =
8.Metode numerikSulit
Pakai metode Heun (Euler yang diperbaiki) dengan h = 0,1 untuk y′ = 1 + sin(ty), y(0) = 0 untuk menaksir y2 ≈ y(0,2).
y′ = 1 + sin(ty)y(0) = 0h = 0,1
y2 =
3Larutan
1.Persamaan diferensial
Jawaban: t = 117 min
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.
Konstanta pendinginan
k = ln(318/217)/38 = 0,01006 min⁻¹
Waktu untuk mencapai target
t = ln(318/98)/0,01006 = 117 min
Jawaban
t = 117 min
2.Persamaan diferensial
Jawaban: y(0.25) = 1,749
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.
Akar kompleks
r = −2 ± 4j
Konstanta
A = 3, B = 2·3/4 = 1,5
Hitung nilainya
y(0,25) = e−0,5(3·cos 1 + 1,5·sin 1) = 1,749
Jawaban
y(0,25) = 1,749
3.Integral
Jawaban: I = 3,466
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.
Antiturunan
F(x) = 5·ln x
Substitusikan batasnya
I = 5·(ln 2 − ln 1) = 5·ln 2 = 3,466
Jawaban
I = 3,466
4.Integral
Jawaban: I = 98,43
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.
Putaran pertama
∫x²eˣ dx = x²eˣ − ∫2x eˣ dx
Putaran kedua
∫2x eˣ dx = 2x eˣ − 2eˣ
∫x²eˣ dx = eˣ(x² − 2x + 2)
Limit
20,09·(5) − 1·2 = 98,43
Jawaban
I = 98,43
5.Turunan
Jawaban: f′(1) = 5488
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 rantai
f′(x) = 4·(4x + 3)3·4
Substitusikan
f′(1) = 4·73·4 = 5488
Jawaban
f′(1) = 5488
6.Turunan
Jawaban: b = −31
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.
Titik dan kemiringan
f(3) = 29
f′(x) = 6x + 2 → f′(3) = 20
Garis singgung di x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 29 − 20·3 = −31
Jawaban
b = −31
7.Metode numerik
Jawaban: S = 3,24
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.
Integral ini tidak memiliki antiturunan elementer, dan justru pada saat seperti itulah kaidah numerik diperlukan.
8.Metode numerik
Jawaban: y2 = 0,203
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.