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″ + 3y′ + 2y = 0 dengan y(0) = 3 dan y′(0) = 6. Cari y(2).
y″ + 3y′ + 2y = 0y(0) = 3y′(0) = 6
y(2) =
2.Persamaan diferensialSulit
Selesaikan y′ + y = 4e−3t dengan y(0) = 2. Cari y(0,5).
y′ + y = 4e−3ty(0) = 2
y(0.5) =
3.IntegralSedang
Hitung I = ∫₀π/3 x·cos x dx (x dalam radian).
∫₀π/3 x·cos x dx
I =
4.IntegralSulit
Daerah di antara garis y = 6x dan parabola y = 2x² diputar mengelilingi sumbu x. Cari volume V benda padat itu.
y = 6xy = 2x²
V =
5.TurunanSedang
Misalkan f(x) = (2x + 3)3. Tentukan f′(0).
f(x) = (2x + 3)3x = 0
f′(0) =
6.TurunanSulit
Garis singgung f(x) = −x2 + 4x + 6 di x = 3 memotong sumbu y di y = b. Tentukan b.
f(x) = −x2 + 4x + 6x = 3
b =
7.Metode numerikSedang
Hampiri ∫03 sin x dx dengan kaidah Simpson, n = 2, dan bandingkan dengan nilai eksak. Carilah galat mutlak |E| = |S − I|.
f(x) = sin x[a, b] = [0, 3]n = 2
|E| =
8.Metode numerikSulit
Pakai metode Heun (Euler yang diperbaiki) dengan h = 0,1 untuk y′ = 2y, y(0) = 0,5 untuk menaksir y2 ≈ y(0,2).
y′ = 2yy(0) = 0,5h = 0,1
y2 =
3Larutan
1.Persamaan diferensial
Jawaban: y(2) = 1,459
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 + 2) = 0 → r = −1, −2
Konstanta dari nilai awal
A + B = 3, −1A − 2B = 6
A = 12, B = −9
Hitung nilainya
y(2) = 12·e−2 + (−9)·e−4 = 1,459
Jawaban
y(2) = 1,459
2.Persamaan diferensial
Jawaban: y(0.5) = 1,98
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)′ = 4e−2t
Penyelesaian umum
y = 4/(−2)·e−3t + C·e−t = −2·e−3t + C·e−t
Kondisi awal
2 = −2 + C → C = 4
Hitung nilainya
y(0,5) = −2·0,2231 + 4·0,6065 = 1,98
Jawaban
y(0,5) = 1,98
3.Integral
Jawaban: I = 0,4069
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
(π/3·sin π/3 + cos π/3) − (0 + 1) = 0,4069
Jawaban
I = 0,4069
4.Integral
Jawaban: V = 407,2
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
6x = 2x² → x = 0, x = 3
Metode cincin (washer)
V = π∫₀3 ((6x)² − (2x²)²) dx
Integralkan
V = π(36·3³/3 − 4·3⁵/5) = π·129,6 = 407,2
Jawaban
V = 407,2
5.Turunan
Jawaban: f′(0) = 54
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·(2x + 3)2·2
Substitusikan
f′(0) = 3·32·2 = 54
Jawaban
f′(0) = 54
6.Turunan
Jawaban: b = 15
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 + 4 → f′(3) = −2
Garis singgung di x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 9 − (−2)·3 = 15
Jawaban
b = 15
7.Metode numerik
Jawaban: |E| = 0,07556
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.
Nilai eksak
I = 1,989992
Kaidah Simpson
S = (1,5/3)·(0 + 4·0,997495 + 0,14112) = 2,06555
Galat
|E| = |2,06555 − 1,989992| = 0,07556
Jawaban
|E| = 0,07556
Galat relatif: 3,797%.
8.Metode numerik
Jawaban: y2 = 0,7442
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.