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 87 °C dibiarkan di ruangan bersuhu 23 °C. Benda tersebut mengikuti hukum pendinginan Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Dengan k = 0,06 min⁻¹, cari suhunya T setelah 17 menit.
T0 = 87 °CTa = 23 °Ck = 0,06 min⁻¹t = 17 min
T = °C
2.Persamaan diferensialSulit
Sebuah sistem memenuhi y″ + 4y′ + 29y = 290 untuk t ≥ 0, dimulai dari keadaan diam: y(0) = 0, y′(0) = 0. Cari y(0,75); sudut dalam radian.
y″ + 4y′ + 29y = 290y(0) = 0y′(0) = 0
y(0.75) =
3.IntegralSedang
Hitung I = ∫₁6 x·ln x dx.
∫₁6 x ln x dx
I =
4.IntegralSulit
Tentukan luas A daerah yang dibatasi oleh y = x2 dan y = 2x.
y = x2y = 2x
A =
5.TurunanSedang
Misalkan f(x) = x3·e0,5x. Tentukan f′(2).
f(x) = x3·e0,5xx = 2
f′(2) =
6.TurunanSulit
Garis singgung f(x) = x2 + 5x di x = 3 memotong sumbu y di y = b. Tentukan b.
f(x) = x2 + 5xx = 3
b =
7.Metode numerikSedang
Hampiri ∫01 1/√(1 + x⁴) dx dengan kaidah trapesium memakai n = 6 pita. Berikan T.
f(x) = 1/√(1 + x⁴)[a, b] = [0, 1]n = 6
T =
8.Metode numerikSulit
Pakai metode Euler dengan h = 0,2 untuk y′ = t − y, y(0) = −1 untuk menaksir y4 ≈ y(0,8).
y′ = t − yy(0) = −1h = 0,2
y4 =
3Larutan
1.Persamaan diferensial
Jawaban: T = 46,08 °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) = 23 + 64·e−0,06t
Substitusikan t
T(17) = 23 + 64·0,3606 = 46,08 °C
Jawaban
T = 46,08 °C
2.Persamaan diferensial
Jawaban: y(0.75) = 12,34
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.
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
(18·ln 6 − 9) − (0 − 0,25) = 23,5
Jawaban
I = 23,5
4.Integral
Jawaban: A = 1,333
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
x2 = 2x → x = 0, x = 2
Integralkan atas dikurangi bawah
A = [x2 − 0,3333x3]02 = 1,333
Jawaban
A = 1,333
5.Turunan
Jawaban: f′(2) = 43,49
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
f′(x) = u′v + uv′ = e0,5x·(3x2 + 0,5·x3)
Substitusikan
f′(2) = 2,718·(12 + 4) = 43,49
Jawaban
f′(2) = 43,49
6.Turunan
Jawaban: b = −9
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) = 24
f′(x) = 2x + 5 → f′(3) = 11
Garis singgung di x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 24 − 11·3 = −9
Jawaban
b = −9
7.Metode numerik
Jawaban: T = 0,9254
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: y4 = −0,2
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.