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 460 °C dibiarkan mendingin di bengkel bersuhu 30 °C. Setelah 54 menit suhunya 115 °C. Benda tersebut mengikuti hukum pendinginan Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Berapa lama setelah awal, t, yang diperlukan untuk mencapai 60 °C?
T0 = 460 °CTa = 30 °CT(54) = 115 °CT = 60 °C
t = min
2.Persamaan diferensialSulit
Sebuah sistem memenuhi y″ + 3y′ + 18,25y = 182,5 untuk t ≥ 0, dimulai dari keadaan diam: y(0) = 0, y′(0) = 0. Cari nilai puncak ymax dari respons langkahnya.
y″ + 3y′ + 18,25y = 182,5y(0) = 0y′(0) = 0
ymax =
3.IntegralSedang
Hitung I = ∫₁2 x·ln x dx.
∫₁2 x ln 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) = x·sin(2x), dengan x dalam radian. Tentukan f′(1).
f(x) = x·sin(2x)x = 1 rad
f′(1) =
6.TurunanSulit
Garis singgung f(x) = 0,5x2 + x − 2 di x = 3 memotong sumbu y di y = b. Tentukan b.
f(x) = 0,5x2 + x − 2x = 3
b =
7.Metode numerikSedang
Kaidah trapesium dipakai untuk ∫13 1/x dx. Galatnya paling besar (b − a)³·M/(12n²) dengan M = maks|f″| pada [1, 3]. Carilah jumlah pita terkecil n yang menjamin galat di bawah 0,0005.
f(x) = 1/x[a, b] = [1, 3]ε = 0,0005
n =
8.Metode numerikSulit
Lakukan satu langkah metode Runge–Kutta klasik (RK4) dengan h = 0,5 untuk y′ = cos t − y, y(0) = 1. Carilah y₁ ≈ y(0,5).
y′ = cos t − yy(0) = 1h = 0,5
y1 =
3Larutan
1.Persamaan diferensial
Jawaban: t = 88,69 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(430/85)/54 = 0,03002 min⁻¹
Waktu untuk mencapai target
t = ln(430/30)/0,03002 = 88,69 min
Jawaban
t = 88,69 min
2.Persamaan diferensial
Jawaban: ymax = 13,08
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 = −1,5 ± 4j
Konstanta dari nilai awal
y(0) = 10 + A = 0 → A = −10
y′(0) = −1,5A + 4B = 0 → B = −3,75
Puncak
t = π/4 = 0,7854
ymax = 10·(1 + e−1,5·π/4) = 13,08
Jawaban
ymax = 13,08
3.Integral
Jawaban: I = 0,6363
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 = ln x, du = dx/x; dv = x dx, v = x²/2
Antiturunan
∫x ln x dx = (x²/2)ln x − ∫(x/2) dx = (x²/2)ln x − x²/4
Limit
(2·ln 2 − 1) − (0 − 0,25) = 0,6363
Jawaban
I = 0,6363
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′(1) = 0,077
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(2x) + 2x·cos(2x)
Substitusikan
f′(1) = 0,9093 + 2·(−0,4161) = 0,077
Jawaban
f′(1) = 0,077
6.Turunan
Jawaban: b = −6,5
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) = 5,5
f′(x) = x + 1 → f′(3) = 4
Garis singgung di x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = 5,5 − 4·3 = −6,5
Jawaban
b = −6,5
7.Metode numerik
Jawaban: n = 52
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.
Batas turunan kedua
M = 2/1³ = 2
Selesaikan untuk n
n² > 8·2/(12·0,0005) = 2667
n > 51,64 → n = 52
Jawaban
n = 52
8.Metode numerik
Jawaban: y1 = 0,9817
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.