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″ + 2y′ + y = 0 dengan y(0) = 2 dan y′(0) = 1. Cari y(1).
y″ + 2y′ + y = 0y(0) = 2y′(0) = 1
y(1) =
2.Persamaan diferensialSulit
Sebuah tangki berisi 1000 L air yang melarutkan 10 kg garam. Air garam dengan 0,25 kg garam per liter mengalir masuk dengan laju 4 L/menit, dan larutan yang tercampur rata mengalir keluar dengan laju yang sama. Setelah berapa menit t tangki berisi 178 kg garam?
V = 1000 Lm0 = 10 kgc = 0,25 kg/Lr = 4 L/min
t = min
3.IntegralSedang
Daerah di bawah y = x dari x = 0 sampai x = 2 diputar mengelilingi sumbu x. Cari volume V benda padat itu (sebuah kerucut).
y = x0 ≤ x ≤ 2
V =
4.IntegralSulit
Tentukan luas A daerah yang dibatasi oleh y = x2 dan y = 4x.
y = x2y = 4x
A =
5.TurunanSedang
Misalkan f(x) = ln(2x2 + 2). Tentukan f′(1).
f(x) = ln(2x2 + 2)x = 1
f′(1) =
6.TurunanSulit
Garis singgung f(x) = 0,5x2 + 5 di x = 3 memotong sumbu y di y = b. Tentukan b.
f(x) = 0,5x2 + 5x = 3
b =
7.Metode numerikSedang
Hampiri ∫01 sin(x²) dx dengan kaidah trapesium memakai n = 4 pita. Berikan T.
f(x) = sin(x²)[a, b] = [0, 1]n = 4
T =
8.Metode numerikSulit
Selesaikan y′ = y(2 − y), y(0) = 1 dengan metode Euler dan langkah h = 0,25 sampai t = 1. Solusi eksaknya y = 2y₀/(y₀ + (2 − y₀)e−2t). Carilah galat global |E| = |y(1) − y4|.
y′ = y(2 − y)y(0) = 1h = 0,25
|E| =
3Larutan
1.Persamaan diferensial
Jawaban: y(1) = 1,839
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 ganda
(r + 1)² = 0 → r = −1
Konstanta
A = y(0) = 2
y′(0) = B − 1A → B = 1 + 2 = 3
Hitung nilainya
y(1) = (2 + 3·1)·e−1 = 1,839
Jawaban
y(1) = 1,839
2.Persamaan diferensial
Jawaban: t = 301 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.
Hasil
m(t) = 250 + (−240)·e−t/250
Selesaikan untuk t
e−t/250 = (250 − 178)/(250 − 10) = 0,3
t = 250·ln(3,333) = 301 min
Jawaban
t = 301 min
3.Integral
Jawaban: V = 8,378
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.
Metode cakram
V = π∫₀2 1x² dx
Integralkan
V = π·1·2³/3 = 8,378
Jawaban
V = 8,378
Periksa: kerucut berjari-jari 2 dan tinggi 2 memiliki (1/3)πr²h = 8,378.
4.Integral
Jawaban: A = 10,67
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
x2 = 4x → x = 0, x = 4
Integralkan atas dikurangi bawah
A = [2x2 − 0,3333x3]04 = 10,67
Jawaban
A = 10,67
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: b = 0,5
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) = 9,5
f′(x) = x → f′(3) = 3
Garis singgung di x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 9,5 − 3·3 = 0,5
Jawaban
b = 0,5
7.Metode numerik
Jawaban: T = 0,316
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.
Integral ini tidak memiliki antiturunan elementer, dan justru pada saat seperti itulah kaidah numerik diperlukan.
8.Metode numerik
Jawaban: |E| = 0,04998
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.
Langkah Euler
y4 = 1,811571
Nilai eksak
y(1) = 1,761594
Galat global
|E| = |1,761594 − 1,811571| = 0,04998
Grafik
Jawaban
|E| = 0,04998
Membagi dua h kira-kira membagi dua galat metode Euler.