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 300 °C dibiarkan mendingin di bengkel bersuhu 20 °C. Setelah 44 menit suhunya 68 °C. Benda tersebut mengikuti hukum pendinginan Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Berapa lama setelah awal, t, yang diperlukan untuk mencapai 184 °C?
T0 = 300 °CTa = 20 °CT(44) = 68 °CT = 184 °C
t = min
2.Persamaan diferensialSulit
Sebuah sistem memenuhi y″ + y′ + 16,25y = 162,5 untuk t ≥ 0, dimulai dari keadaan diam: y(0) = 0, y′(0) = 0. Cari y(0,25); sudut dalam radian.
y″ + y′ + 16,25y = 162,5y(0) = 0y′(0) = 0
y(0.25) =
3.IntegralSedang
Hitung I = ∫03 e−0,5x dx.
f(x) = e−0,5x[0, 3]
I =
4.IntegralSulit
Daerah di antara garis y = 3x dan parabola y = 3x² diputar mengelilingi sumbu x. Cari volume V benda padat itu.
y = 3xy = 3x²
V =
5.TurunanSedang
Misalkan f(x) = x·sin(2x), dengan x dalam radian. Tentukan f′(2).
f(x) = x·sin(2x)x = 2 rad
f′(2) =
6.TurunanSulit
Misalkan f(x) = x3 − 6x2 + 5. Tentukan koordinat x x dari minimum lokal.
f(x) = x3 − 6x2 + 5
x =
7.Metode numerikSedang
Kaidah trapesium dipakai untuk ∫12 1/x dx. Galatnya paling besar (b − a)³·M/(12n²) dengan M = maks|f″| pada [1, 2]. Carilah jumlah pita terkecil n yang menjamin galat di bawah 0,0005.
f(x) = 1/x[a, b] = [1, 2]ε = 0,0005
n =
8.Metode numerikSulit
Pakai metode Heun (Euler yang diperbaiki) dengan h = 0,1 untuk y′ = e−ty, y(0) = 0 untuk menaksir y2 ≈ y(0,2).
y′ = e−tyy(0) = 0h = 0,1
y2 =
3Larutan
1.Persamaan diferensial
Jawaban: t = 13,35 min
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.
Konstanta pendinginan
k = ln(280/48)/44 = 0,04008 min⁻¹
Waktu untuk mencapai target
t = ln(280/164)/0,04008 = 13,35 min
Jawaban
t = 13,35 min
2.Persamaan diferensial
Jawaban: y(0.25) = 4,304
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.
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.
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
3x = 3x² → x = 0, x = 1
Metode cincin (washer)
V = π∫₀1 ((3x)² − (3x²)²) dx
Integralkan
V = π(9·1³/3 − 9·1⁵/5) = π·1,2 = 3,77
Jawaban
V = 3,77
5.Turunan
Jawaban: f′(2) = −3,371
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 dan rantai
f′(x) = sin(2x) + 2x·cos(2x)
Substitusikan
f′(2) = −0,7568 + 4·(−0,6536) = −3,371
Jawaban
f′(2) = −3,371
6.Turunan
Jawaban: x = 4
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 − 12x = 3·(x2 − 4x)
Selesaikan f′(x) = 0
x = 0 atau x = 4
Mana yang mana
f″(x) = 6x − 12: negatif di maksimum, positif di minimum.
f″(0) = −12, f″(4) = 12
x = 4
Jawaban
x = 4
7.Metode numerik
Jawaban: n = 19
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 = 2/1³ = 2
Selesaikan untuk n
n² > 1·2/(12·0,0005) = 333,3
n > 18,26 → n = 19
Jawaban
n = 19
8.Metode numerik
Jawaban: y2 = 0,1971
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.