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 320 °C dibiarkan mendingin di bengkel bersuhu 22 °C. Setelah 57 menit suhunya 39 °C. Benda tersebut mengikuti hukum pendinginan Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Berapa lama setelah awal, t, yang diperlukan untuk mencapai 31 °C?
T0 = 320 °CTa = 22 °CT(57) = 39 °CT = 31 °C
t = min
2.Persamaan diferensialSulit
Sebuah sistem memenuhi y″ + 4y′ + 8y = 80 untuk t ≥ 0, dimulai dari keadaan diam: y(0) = 0, y′(0) = 0. Cari y(0,5); sudut dalam radian.
y″ + 4y′ + 8y = 80y(0) = 0y′(0) = 0
y(0.5) =
3.IntegralSedang
Hitung I = ∫₀π/2 x·sin x dx (x dalam radian).
∫₀π/2 x·sin x dx
I =
4.IntegralSulit
Tentukan luas A daerah yang dibatasi oleh y = 0,5x2 dan y = 3x.
y = 0,5x2y = 3x
A =
5.TurunanSedang
Misalkan f(x) = (4x − 3)3. Tentukan f′(2).
f(x) = (4x − 3)3x = 2
f′(2) =
6.TurunanSulit
Misalkan f(x) = x3 + 9x2 + 24x − 6. Tentukan koordinat x x dari maksimum lokal.
f(x) = x3 + 9x2 + 24x − 6
x =
7.Metode numerikSedang
Hampiri ∫02 eˣ dx dengan kaidah trapesium, n = 4, dan bandingkan dengan nilai eksak. Carilah galat mutlak |E| = |T − I|.
f(x) = eˣ[a, b] = [0, 2]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 y2 ≈ y(0,4).
y′ = e−tyy(0) = 0,5h = 0,2
y2 =
3Larutan
1.Persamaan diferensial
Jawaban: t = 69,66 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(298/17)/57 = 0,05024 min⁻¹
Waktu untuk mencapai target
t = ln(298/9)/0,05024 = 69,66 min
Jawaban
t = 69,66 min
2.Persamaan diferensial
Jawaban: y(0.5) = 4,917
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 = −2 ± 2j
Konstanta dari nilai awal
y(0) = 10 + A = 0 → A = −10
y′(0) = −2A + 2B = 0 → B = −10
Hitung nilainya
y(0,5) = 10·(1 − e−1(cos 1 + 1·sin 1)) = 4,917
Jawaban
y(0,5) = 4,917
3.Integral
Jawaban: I = 1
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 = sin x dx, v = −cos x
Antiturunan
∫x sin x dx = −x cos x + ∫cos x dx = −x cos x + sin x
Limit
(−π/2·cos π/2 + sin π/2) − (0 + 0) = 1
Jawaban
I = 1
4.Integral
Jawaban: A = 18
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.
Titik potong
0,5x2 = 3x → x = 0, x = 6
Integralkan atas dikurangi bawah
A = [1,5x2 − 0,1667x3]06 = 18
Jawaban
A = 18
5.Turunan
Jawaban: f′(2) = 300
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) = 3·(4x − 3)2·4
Substitusikan
f′(2) = 3·52·4 = 300
Jawaban
f′(2) = 300
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 + 18x + 24 = 3·(x2 + 6x + 8)
Selesaikan f′(x) = 0
x = −4 atau x = −2
Mana yang mana
f″(x) = 6x + 18: negatif di maksimum, positif di minimum.
f″(−4) = −6, f″(−2) = 6
x = −4
Jawaban
x = −4
7.Metode numerik
Jawaban: |E| = 0,1326
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.