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 380 °C dibiarkan mendingin di bengkel bersuhu 24 °C. Benda tersebut mengikuti hukum pendinginan Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Dengan k = 0,02 min⁻¹, cari suhunya T setelah 59 menit.
T0 = 380 °CTa = 24 °Ck = 0,02 min⁻¹t = 59 min
T = °C
2.Persamaan diferensialSulit
Sebuah sistem memenuhi y″ + y′ + 25,25y = 252,5 untuk t ≥ 0, dimulai dari keadaan diam: y(0) = 0, y′(0) = 0. Cari y(1); sudut dalam radian.
y″ + y′ + 25,25y = 252,5y(0) = 0y′(0) = 0
y(1) =
3.IntegralSedang
Hitung I = ∫₁3 x·ln x dx.
∫₁3 x ln x dx
I =
4.IntegralSulit
Hitung I = ∫₀0,5 x²·eˣ dx.
∫₀0,5 x²eˣ dx
I =
5.TurunanSedang
Misalkan f(x) = x3·e2x. Tentukan f′(1,5).
f(x) = x3·e2xx = 1,5
f′(1.5) =
6.TurunanSulit
Misalkan f(x) = x3 + 10,5x2 + 36x + 2. Tentukan koordinat x x dari minimum lokal.
f(x) = x3 + 10,5x2 + 36x + 2
x =
7.Metode numerikSedang
Kaidah trapesium dipakai untuk ∫02 sin x dx. Galatnya paling besar (b − a)³·M/(12n²) dengan M = maks|f″| pada [0, 2]. Carilah jumlah pita terkecil n yang menjamin galat di bawah 0,001.
f(x) = sin x[a, b] = [0, 2]ε = 0,001
n =
8.Metode numerikSulit
Pakai metode Heun (Euler yang diperbaiki) dengan h = 0,5 untuk y′ = t + y, y(0) = −1 untuk menaksir y2 ≈ y(1).
y′ = t + yy(0) = −1h = 0,5
y2 =
3Larutan
1.Persamaan diferensial
Jawaban: T = 133,4 °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) = 24 + 356·e−0,02t
Substitusikan t
T(59) = 24 + 356·0,3073 = 133,4 °C
Jawaban
T = 133,4 °C
2.Persamaan diferensial
Jawaban: y(1) = 8,861
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 = −0,5 ± 5j
Konstanta dari nilai awal
y(0) = 10 + A = 0 → A = −10
y′(0) = −0,5A + 5B = 0 → B = −1
Hitung nilainya
y(1) = 10·(1 − e−0,5(cos 5 + 0,1·sin 5)) = 8,861
Jawaban
y(1) = 8,861
3.Integral
Jawaban: I = 2,944
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
(4,5·ln 3 − 2,25) − (0 − 0,25) = 2,944
Jawaban
I = 2,944
4.Integral
Jawaban: I = 0,0609
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
1,649·(1,25) − 1·2 = 0,0609
Jawaban
I = 0,0609
5.Turunan
Jawaban: f′(1.5) = 271,2
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′ = e2x·(3x2 + 2·x3)
Substitusikan
f′(1,5) = 20,09·(6,75 + 6,75) = 271,2
Jawaban
f′(1,5) = 271,2
6.Turunan
Jawaban: x = −3
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 + 21x + 36 = 3·(x2 + 7x + 12)
Selesaikan f′(x) = 0
x = −4 atau x = −3
Mana yang mana
f″(x) = 6x + 21: negatif di maksimum, positif di minimum.
f″(−4) = −3, f″(−3) = 3
x = −3
Jawaban
x = −3
7.Metode numerik
Jawaban: n = 26
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.
Batas turunan kedua
M = |sin(π/2)| = 1
Selesaikan untuk n
n² > 8·1/(12·0,001) = 666,7
n > 25,82 → n = 26
Jawaban
n = 26
8.Metode numerik
Jawaban: y2 = −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.