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
Secangkir kopi bersuhu 82 °C dibiarkan di ruangan bersuhu 21 °C. Benda tersebut mengikuti hukum pendinginan Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Dengan k = 0,09 min⁻¹, cari suhunya T setelah 5 menit.
T0 = 82 °CTa = 21 °Ck = 0,09 min⁻¹t = 5 min
T = °C
2.Persamaan diferensialSulit
Sebuah sistem memenuhi y″ + 4y′ + 13y = 130 untuk t ≥ 0, dimulai dari keadaan diam: y(0) = 0, y′(0) = 0. Cari nilai puncak ymax dari respons langkahnya.
y″ + 4y′ + 13y = 130y(0) = 0y′(0) = 0
ymax =
3.IntegralSedang
Hitung I = ∫₀π/3 x·cos x dx (x dalam radian).
∫₀π/3 x·cos x dx
I =
4.IntegralSulit
Tentukan luas A daerah antara parabola y = 4 − x² dan sumbu x.
y = 4 − x²
A =
5.TurunanSedang
Misalkan f(x) = ln(3x2 + 4). Tentukan f′(3).
f(x) = ln(3x2 + 4)x = 3
f′(3) =
6.TurunanSulit
Garis singgung f(x) = x2 − 5x + 4 di x = 3 memotong sumbu y di y = b. Tentukan b.
f(x) = x2 − 5x + 4x = 3
b =
7.Metode numerikSedang
Hampiri ∫03 sin x dx dengan kaidah Simpson, n = 2, dan bandingkan dengan nilai eksak. Carilah galat mutlak |E| = |S − I|.
f(x) = sin x[a, b] = [0, 3]n = 2
|E| =
8.Metode numerikSulit
Pakai metode Euler dengan h = 0,1 untuk y′ = cos t − y, y(0) = 0,5 untuk menaksir y3 ≈ y(0,3).
y′ = cos t − yy(0) = 0,5h = 0,1
y3 =
3Larutan
1.Persamaan diferensial
Jawaban: T = 59,9 °C
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.
Penyelesaian hukum pendinginan
T(t) = 21 + 61·e−0,09t
Substitusikan t
T(5) = 21 + 61·0,6376 = 59,9 °C
Jawaban
T = 59,9 °C
2.Persamaan diferensial
Jawaban: ymax = 11,23
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 = 10, r = −2 ± 3j
Konstanta dari nilai awal
y(0) = 10 + A = 0 → A = −10
y′(0) = −2A + 3B = 0 → B = −6,667
Puncak
t = π/3 = 1,047
ymax = 10·(1 + e−2·π/3) = 11,23
Jawaban
ymax = 11,23
3.Integral
Jawaban: I = 0,4069
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 = x, du = dx; dv = cos x dx, v = sin x
Antiturunan
∫x cos x dx = x sin x − ∫sin x dx = x sin x + cos x
Limit
(π/3·sin π/3 + cos π/3) − (0 + 1) = 0,4069
Jawaban
I = 0,4069
4.Integral
Jawaban: A = 10,67
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.
Pembuat nol
4 − x² = 0 → x = ±2
Integralkan
A = [4x − x³/3]−22 = 5,333 − (−5,333) = 10,67
Jawaban
A = 10,67
5.Turunan
Jawaban: f′(3) = 0,5806
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 untuk logaritma
f′(x) = 6x/(3x2 + 4)
Substitusikan
f′(3) = 18/31 = 0,5806
Jawaban
f′(3) = 0,5806
6.Turunan
Jawaban: b = −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.
Titik dan kemiringan
f(3) = −2
f′(x) = 2x − 5 → f′(3) = 1
Garis singgung di x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = −2 − 1·3 = −5
Jawaban
b = −5
7.Metode numerik
Jawaban: |E| = 0,07556
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 = 1,989992
Kaidah Simpson
S = (1,5/3)·(0 + 4·0,997495 + 0,14112) = 2,06555
Galat
|E| = |2,06555 − 1,989992| = 0,07556
Jawaban
|E| = 0,07556
Galat relatif: 3,797%.
8.Metode numerik
Jawaban: y3 = 0,6331
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.