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
Selesaikan y″ + 8y′ + 16y = 0 dengan y(0) = 5 dan y′(0) = 1. Cari y(1,5).
y″ + 8y′ + 16y = 0y(0) = 5y′(0) = 1
y(1.5) =
2.Persamaan diferensialSulit
Selesaikan masalah nilai awal y′ + y/x = x untuk x > 0, dengan y(1) = 0. Cari y(3).
y′ + y/x = xy(1) = 0
y(3) =
3.IntegralSedang
Daerah di bawah y = √(2x) dari x = 0 sampai x = 4 diputar mengelilingi sumbu x. Cari volume V benda padat itu (sebuah paraboloid).
y = √(2x)0 ≤ x ≤ 4
V =
4.IntegralSulit
Hitung I = ∫₀1,5 x²·eˣ dx.
∫₀1,5 x²eˣ dx
I =
5.TurunanSedang
Misalkan f(x) = (−2x − 3)5. Tentukan f′(−1).
f(x) = (−2x − 3)5x = −1
f′(−1) =
6.TurunanSulit
Misalkan f(x) = x3 − 12x2 + 45x − 4. Tentukan koordinat x x dari minimum lokal.
f(x) = x3 − 12x2 + 45x − 4
x =
7.Metode numerikSedang
Kelajuan sebuah kendaraan diukur setiap 5 s (tabel). Taksir jarak s yang ditempuh dari t = 0 sampai t = 20 s dengan kaidah Simpson.
h = 5 sn = 4
s = m
8.Metode numerikSulit
Pakai metode Heun (Euler yang diperbaiki) dengan h = 0,1 untuk y′ = t² + y², y(0) = 0,5 untuk menaksir y3 ≈ y(0,3).
y′ = t² + y²y(0) = 0,5h = 0,1
y3 =
3Larutan
1.Persamaan diferensial
Jawaban: y(1.5) = 0,09047
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 ganda
(r + 4)² = 0 → r = −4
Konstanta
A = y(0) = 5
y′(0) = B − 4A → B = 1 + 20 = 21
Hitung nilainya
y(1,5) = (5 + 21·1,5)·e−6 = 0,09047
Jawaban
y(1,5) = 0,09047
2.Persamaan diferensial
Jawaban: y(3) = 2,889
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.
Faktor integrasi
μ = e∫1/x dx = x1
Integralkan
(x1y)′ = x2 → x1y = 1x3/3 + C
Kondisi awal
0 = 1/3 + C → C = −0,3333
Hitung nilainya
y(3) = (1·33/3 + (−0,3333))/31 = 2,889
Jawaban
y(3) = 2,889
3.Integral
Jawaban: V = 50,27
Volume benda putar: memutar daerah di bawah y = f(x) dari x = a sampai x = b mengelilingi sumbu x menghasilkan benda padat yang penampangnya di x berupa cakram berjari-jari f(x). Menjumlahkan cakram-cakram itu memberi V = π∫ₐᵇ f(x)² dx. Bila daerah terletak di antara kurva luar R(x) dan kurva dalam r(x), setiap irisan berupa cincin (washer): V = π∫ₐᵇ (R(x)² − r(x)²) dx. Kuadratkan jari-jari sebelum Anda menguranginya.
Metode cakram
V = π∫₀4 2x dx
Integralkan
V = π·2·4²/2 = 50,27
Jawaban
V = 50,27
4.Integral
Jawaban: I = 3,602
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
4,482·(1,25) − 1·2 = 3,602
Jawaban
I = 3,602
5.Turunan
Jawaban: f′(−1) = −10
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) = 5·(−2x − 3)4·(−2)
Substitusikan
f′(−1) = 5·(−1)4·(−2) = −10
Jawaban
f′(−1) = −10
6.Turunan
Jawaban: x = 5
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 − 24x + 45 = 3·(x2 − 8x + 15)
Selesaikan f′(x) = 0
x = 3 atau x = 5
Mana yang mana
f″(x) = 6x − 24: negatif di maksimum, positif di minimum.
f″(3) = −6, f″(5) = 6
x = 5
Jawaban
x = 5
7.Metode numerik
Jawaban: s = 65 m
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.
Jumlah berbobot
1 + 4·2 + 2·5 + 4·4 + 4 = 39
Kaidah Simpson
s = (5/3)·39 = 65 m
Jawaban
s = 65 m
8.Metode numerik
Jawaban: y3 = 0,5983
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.