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 400 °C dibiarkan mendingin di bengkel bersuhu 20 °C. Setelah 18 menit suhunya 285 °C. Benda tersebut mengikuti hukum pendinginan Newton, dT/dt = −k·(T − Tₐ). Cari konstanta k dalam min⁻¹.
T0 = 400 °CTa = 20 °CT(18) = 285 °C
k = min⁻¹
2.Persamaan diferensialSulit
Sebuah sistem memenuhi y″ + 2y′ + 10y = 50 untuk t ≥ 0, dimulai dari keadaan diam: y(0) = 0, y′(0) = 0. Cari nilai puncak ymax dari respons langkahnya.
y″ + 2y′ + 10y = 50y(0) = 0y′(0) = 0
ymax =
3.IntegralSedang
Hitung I = ∫₁5 x·ln x dx.
∫₁5 x ln x dx
I =
4.IntegralSulit
Daerah di antara garis y = 2x dan parabola y = 0,5x² diputar mengelilingi sumbu x. Cari volume V benda padat itu.
y = 2xy = 0,5x²
V =
5.TurunanSedang
Misalkan f(x) = ln(2x2 + 2). Tentukan f′(2).
f(x) = ln(2x2 + 2)x = 2
f′(2) =
6.TurunanSulit
Garis singgung f(x) = x2 + 2x − 6 di x = −2 memotong sumbu y di y = b. Tentukan b.
f(x) = x2 + 2x − 6x = −2
b =
7.Metode numerikSedang
Hampiri ∫01,5 sin(x²) dx dengan kaidah trapesium memakai n = 3 pita. Berikan T.
f(x) = sin(x²)[a, b] = [0, 1,5]n = 3
T =
8.Metode numerikSulit
Lakukan satu langkah metode Runge–Kutta klasik (RK4) dengan h = 0,1 untuk y′ = t² + y², y(0) = 0,5. Carilah y₁ ≈ y(0,1).
y′ = t² + y²y(0) = 0,5h = 0,1
y1 =
3Larutan
1.Persamaan diferensial
Jawaban: k = 0,02002 min⁻¹
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.
Rasio selisih suhu
e−18k = 265/380
Selesaikan untuk k
k = ln(380/265)/18 = 0,02002 min⁻¹
Jawaban
k = 0,02002 min⁻¹
2.Persamaan diferensial
Jawaban: ymax = 6,755
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 = 5, r = −1 ± 3j
Konstanta dari nilai awal
y(0) = 5 + A = 0 → A = −5
y′(0) = −1A + 3B = 0 → B = −1,667
Puncak
t = π/3 = 1,047
ymax = 5·(1 + e−1·π/3) = 6,755
Jawaban
ymax = 6,755
3.Integral
Jawaban: I = 14,12
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
(12,5·ln 5 − 6,25) − (0 − 0,25) = 14,12
Jawaban
I = 14,12
4.Integral
Jawaban: V = 107,2
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
2x = 0,5x² → x = 0, x = 4
Metode cincin (washer)
V = π∫₀4 ((2x)² − (0,5x²)²) dx
Integralkan
V = π(4·4³/3 − 0,25·4⁵/5) = π·34,13 = 107,2
Jawaban
V = 107,2
5.Turunan
Jawaban: f′(2) = 0,8
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′(2) = 8/10 = 0,8
Jawaban
f′(2) = 0,8
6.Turunan
Jawaban: b = −10
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(−2) = −6
f′(x) = 2x + 2 → f′(−2) = −2
Garis singgung di x = 0
b = f(x₀) − f′(x₀)·x₀ = −6 − (−2)·(−2) = −10
Jawaban
b = −10
7.Metode numerik
Jawaban: T = 0,739
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: y1 = 0,5267
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.