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 500 °C dibiarkan mendingin di bengkel bersuhu 27 °C. Setelah 11 menit suhunya 332 °C. Benda tersebut mengikuti hukum pendinginan Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Berapa lama setelah awal, t, yang diperlukan untuk mencapai 195 °C?
T0 = 500 °CTa = 27 °CT(11) = 332 °CT = 195 °C
t = min
2.Persamaan diferensialSulit
Sebuah sistem memenuhi y″ + y′ + 25,25y = 25,25 untuk t ≥ 0, dimulai dari keadaan diam: y(0) = 0, y′(0) = 0. Cari y(0,75); sudut dalam radian.
y″ + y′ + 25,25y = 25,25y(0) = 0y′(0) = 0
y(0.75) =
3.IntegralSedang
Hitung I = ∫₀2 x·cos x dx (x dalam radian).
∫₀2 x·cos x dx
I =
4.IntegralSulit
Daerah di antara garis y = 2x dan parabola y = x² diputar mengelilingi sumbu x. Cari volume V benda padat itu.
y = 2xy = x²
V =
5.TurunanSedang
Misalkan f(x) = x·sin(3x), dengan x dalam radian. Tentukan f′(0,5).
f(x) = x·sin(3x)x = 0,5 rad
f′(0.5) =
6.TurunanSulit
Garis singgung f(x) = −x2 + 2x − 6 di x = 3 memotong sumbu y di y = b. Tentukan b.
f(x) = −x2 + 2x − 6x = 3
b =
7.Metode numerikSedang
Kelajuan sebuah kendaraan diukur setiap 10 s (tabel). Taksir jarak s yang ditempuh dari t = 0 sampai t = 60 s dengan kaidah Simpson.
h = 10 sn = 6
s = m
8.Metode numerikSulit
Pakai metode Euler dengan h = 0,2 untuk y′ = e−ty, y(0) = 0 untuk menaksir y4 ≈ y(0,8).
y′ = e−tyy(0) = 0h = 0,2
y4 =
3Larutan
1.Persamaan diferensial
Jawaban: t = 25,95 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(473/305)/11 = 0,03989 min⁻¹
Waktu untuk mencapai target
t = ln(473/168)/0,03989 = 25,95 min
Jawaban
t = 25,95 min
2.Persamaan diferensial
Jawaban: y(0.75) = 1,603
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 = x, du = dx; dv = cos x dx, v = sin x
Antiturunan
∫x cos x dx = x sin x − ∫sin x dx = x sin x + cos x
Limit
(2·sin 2 + cos 2) − (0 + 1) = 0,4024
Jawaban
I = 0,4024
4.Integral
Jawaban: V = 13,4
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 = 1x² → x = 0, x = 2
Metode cincin (washer)
V = π∫₀2 ((2x)² − (1x²)²) dx
Integralkan
V = π(4·2³/3 − 1·2⁵/5) = π·4,267 = 13,4
Jawaban
V = 13,4
5.Turunan
Jawaban: f′(0.5) = 1,104
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(3x) + 3x·cos(3x)
Substitusikan
f′(0,5) = 0,9975 + 1,5·0,07074 = 1,104
Jawaban
f′(0,5) = 1,104
6.Turunan
Jawaban: b = 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.
Titik dan kemiringan
f(3) = −9
f′(x) = −2x + 2 → f′(3) = −4
Garis singgung di x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = −9 − (−4)·3 = 3
Jawaban
b = 3
7.Metode numerik
Jawaban: s = 756,7 m
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.
Jumlah berbobot
4 + 4·8 + 2·10 + 4·13 + 2·16 + 4·17 + 19 = 227
Kaidah Simpson
s = (10/3)·227 = 756,7 m
Jawaban
s = 756,7 m
8.Metode numerik
Jawaban: y4 = 0,7058
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.