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″ + 6y′ + 5y = 0 dengan y(0) = 1 dan y′(0) = -2. Cari y(0,5).
y″ + 6y′ + 5y = 0y(0) = 1y′(0) = -2
y(0.5) =
2.Persamaan diferensialSulit
Selesaikan y′ + y = 6e−3t dengan y(0) = 5. Cari y(2).
y′ + y = 6e−3ty(0) = 5
y(2) =
3.IntegralSedang
Hitung I = ∫03 e−x dx.
f(x) = e−x[0, 3]
I =
4.IntegralSulit
Hitung I = ∫₀0,5 x²·eˣ dx.
∫₀0,5 x²eˣ dx
I =
5.TurunanSedang
Misalkan f(x) = ln(2x2 + 2). Tentukan f′(1).
f(x) = ln(2x2 + 2)x = 1
f′(1) =
6.TurunanSulit
Misalkan f(x) = x3 + 6x2 + 9x − 5. Tentukan koordinat x x dari maksimum lokal.
f(x) = x3 + 6x2 + 9x − 5
x =
7.Metode numerikSedang
Hampiri ∫13 1/x dx dengan kaidah trapesium, n = 4, dan bandingkan dengan nilai eksak. Carilah galat mutlak |E| = |T − I|.
f(x) = 1/x[a, b] = [1, 3]n = 4
|E| =
8.Metode numerikSulit
Pakai metode Heun (Euler yang diperbaiki) dengan h = 0,2 untuk y′ = e−ty, y(0) = 0,5 untuk menaksir y3 ≈ y(0,6).
y′ = e−tyy(0) = 0,5h = 0,2
y3 =
3Larutan
1.Persamaan diferensial
Jawaban: y(0.5) = 0,4754
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 + 1)(r + 5) = 0 → r = −1, −5
Konstanta dari nilai awal
A + B = 1, −1A − 5B = -2
A = 0,75, B = 0,25
Hitung nilainya
y(0,5) = 0,75·e−0,5 + 0,25·e−2,5 = 0,4754
Jawaban
y(0,5) = 0,4754
2.Persamaan diferensial
Jawaban: y(2) = 1,075
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 = et
(ety)′ = 6e−2t
Penyelesaian umum
y = 6/(−2)·e−3t + C·e−t = −3·e−3t + C·e−t
Kondisi awal
5 = −3 + C → C = 8
Hitung nilainya
y(2) = −3·0,002479 + 8·0,1353 = 1,075
Jawaban
y(2) = 1,075
3.Integral
Jawaban: I = 0,9502
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) = e−x/(−1)
Substitusikan batasnya
I = (e−3 − 1)/(−1) = (0,04979 − 1)/(−1) = 0,9502
Jawaban
I = 0,9502
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) = 1
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) = 4x/(2x2 + 2)
Substitusikan
f′(1) = 4/4 = 1
Jawaban
f′(1) = 1
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 + 12x + 9 = 3·(x2 + 4x + 3)
Selesaikan f′(x) = 0
x = −3 atau x = −1
Mana yang mana
f″(x) = 6x + 12: negatif di maksimum, positif di minimum.
f″(−3) = −6, f″(−1) = 6
x = −3
Jawaban
x = −3
7.Metode numerik
Jawaban: |E| = 0,01805
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.
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.