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′ + 15y = 0 dengan y(0) = 3 dan y′(0) = 1. Cari y(0,5).
y″ + 8y′ + 15y = 0y(0) = 3y′(0) = 1
y(0.5) =
2.Persamaan diferensialSulit
Selesaikan y′ + 2y = 4e−t dengan y(0) = 2. Cari y(2).
y′ + 2y = 4e−ty(0) = 2
y(2) =
3.IntegralSedang
Hitung I = ∫03 e2x dx.
f(x) = e2x[0, 3]
I =
4.IntegralSulit
Daerah di antara garis y = 2x dan parabola y = 0,5x² diputar mengelilingi sumbu x. Cari volume V benda padat itu.
y = 2xy = 0,5x²
V =
5.TurunanSedang
Misalkan f(x) = (3x + 3)4. Tentukan f′(2).
f(x) = (3x + 3)4x = 2
f′(2) =
6.TurunanSulit
Garis singgung f(x) = x2 + x − 4 di x = 1 memotong sumbu y di y = b. Tentukan b.
f(x) = x2 + x − 4x = 1
b =
7.Metode numerikSedang
Hampiri ∫01 e−x² dx dengan kaidah trapesium memakai n = 6 pita. Berikan T.
f(x) = e−x²[a, b] = [0, 1]n = 6
T =
8.Metode numerikSulit
Pakai metode Heun (Euler yang diperbaiki) dengan h = 0,25 untuk y′ = t − y, y(0) = 0,5 untuk menaksir y2 ≈ y(0,5).
y′ = t − yy(0) = 0,5h = 0,25
y2 =
3Larutan
1.Persamaan diferensial
Jawaban: y(0.5) = 1,375
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 karakteristik
(r + 3)(r + 5) = 0 → r = −3, −5
Konstanta dari nilai awal
A + B = 3, −3A − 5B = 1
A = 8, B = −5
Hitung nilainya
y(0,5) = 8·e−1,5 + (−5)·e−2,5 = 1,375
Jawaban
y(0,5) = 1,375
2.Persamaan diferensial
Jawaban: y(2) = 0,5047
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 = e2t
(e2ty)′ = 4et
Penyelesaian umum
y = 4/1·e−t + C·e−2t = 4·e−t + C·e−2t
Kondisi awal
2 = 4 + C → C = −2
Hitung nilainya
y(2) = 4·0,1353 + (−2)·0,01832 = 0,5047
Jawaban
y(2) = 0,5047
3.Integral
Jawaban: I = 201,2
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) = e2x/2
Substitusikan batasnya
I = (e6 − 1)/2 = (403,4 − 1)/2 = 201,2
Jawaban
I = 201,2
4.Integral
Jawaban: V = 107,2
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.
Titik potong
2x = 0,5x² → x = 0, x = 4
Metode cincin (washer)
V = π∫₀4 ((2x)² − (0,5x²)²) dx
Integralkan
V = π(4·4³/3 − 0,25·4⁵/5) = π·34,13 = 107,2
Jawaban
V = 107,2
5.Turunan
Jawaban: f′(2) = 8748
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·(3x + 3)3·3
Substitusikan
f′(2) = 4·93·3 = 8748
Jawaban
f′(2) = 8748
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(1) = −2
f′(x) = 2x + 1 → f′(1) = 3
Garis singgung di x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = −2 − 3·1 = −5
Jawaban
b = −5
7.Metode numerik
Jawaban: T = 0,7451
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 = 0,4155
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.