SlideShare uma empresa Scribd logo
1 de 38
MATEMATIKA 4
METODE NUMERIK PADA
PERSAMAAN DIFFERENSIAL
Bagus Hario Setiadji
Jurusan Teknik Sipil
Fakultas Teknik Universitas Diponegoro
DEFINISI METODE NUMERIK
• Metode numerik adalah suatu prosedur yang menghasilkan solusi
perkiraan (approximate solution) pada suatu nilai, dengan hanya
menggunakan operasi penambahan, pengurangan, perkalian dan
pembagian.
• Metode numerik sangat sesuai digunakan untuk menyelesaikan
persamaan-persamaan diferensial (dan juga integral) yang kompleks.
• Pada perkuliahan ini, suatu persamaan diferensial biasa (PDB) orde satu
atau lebih akan diselesaikan dengan menggunakan pendekatan metode
numerik yang diturunkan dari deret Taylor dan metode beda hingga (finite
difference).
PENDEKATAN DALAM METODE NUMERIK
• Pada umumnya, fungsi diferensial yang berbentuk kompleks dapat
disederhanakan menjadi fungsi hampiran dalam bentuk fungsi polinomial
yang lebih sederhana.
• Apabila dilakukan suatu pekerjaan hitungan dengan menggunakan fungsi
yang sesungguhnya, maka akan diperoleh hasil solusi yang eksak (solusi
sejati). Tetapi apabila pekerjaan hitungan tersebut diselesaikan dengan
fungsi hampiran, maka akan diperoleh hasil solusi hampiran (solusi
pendekatan).
• Perbedaan antara solusi eksak dan solusi hampiran adalah pada adanya
galat (error) pada fungsi hampiran. Galat pada solusi numerik harus selalu
dihubungkan dengan seberapa teliti fungsi polinomial tersebut dalam
menghampiri fungsi yang sesungguhnya.
PENDEKATAN DALAM METODE NUMERIK
• Cara numeris untuk menyelesaikan problem nilai awal adalah diferensial
hingga. Pada metode differensial hingga, penyelesaian pendekatan
didapat pada titik-titik hitung
x0 < x1 < x2 < x3 < …< xi < …
dan nilai pendekatan pada setiap xi diperoleh dengan menggunakan nilai-
nilai yang telah diperoleh sebelumnya.
PENDEKATAN DALAM METODE NUMERIK
• Misalkan diketahui PDB:
y’ = f(x, y) ; y(x0) = y0
• Setiap metode numerik akan menghasilkan solusi hampiran pada titik x0,
x1, x2, …, xi; dimana selisih antara dua nilai x yang berurutan adalah
konstan sebesar xi+1 – xi = h (i = 0, 1, 2, …, N), disebut sebagai step-size
• Solusi hampiran dari xi dinyatakan sebagai y(xi) atau yi. Solusi eksak dari xi
dinyatakan sebagai Y(xi) atau Yi. Sekali nilai yi diketahui, maka dari
persamaan di atas dapat ditulis:
y’n = f(xi, yi)
METODE EULER
• Metode Euler merupakan metode numerik paling sederhana dan
diturunkan dari deret Taylor. Misalkan, fungsi y(x) adalah fungsi kontinyu
dan memiliki turunan dalam interval [a, b]. Maka dalam deret Taylor
dengan xi < i < xi+1; dan xi = a + ih; i = 0, 1, 2, .., N
Dan karena y(xi) memenuhi persamaan diferensial
dan y(a) = , maka
iiii
y
h
xhyxyxy ''
2
'
2
1
iiiii
y
h
xyxhfxyxy ''
2
)(,
2
1
N
ab
xxh ii 1
bxa);,( yxf
dx
dy
METODE EULER
• Dengan mengabaikan suku terakhir dari persamaan di atas, diperoleh:
• Contoh 1:
Diketahui persamaan diferensial orde 1: y’ = y; 0 x 1; y(0) = 1 dan N = 5
• Solusi:
dan xi = a + ih = 0.2i; i = 0, 1, 2, …, 5
dengan demikian persamaan Euler dapat dinyatakan sebagai
yi+1 = yi + h(yi) = yi + 0.2(yi) = 1.2 yi
)(,1 iiii
xyxhfxyxy
2.0
5
01
N
ab
h
METODE EULER – Contoh 1
• yi+1 = 1.2 yi dengan n = 0, 1, 2, …, 5
• Maka:
i = 0; x0 = 0, y0 = 1
i = 1; x1 = 0.2, y1 = 1.2 y0 = 1.2 (1)= 1.2
i = 2; x2 = 0.4, y2 = 1.2 y1 = 1.2 (1.2) = 1.44
i = 3; x3 = 0.6, y3 = 1.2 y2 = 1.2 (1.44) = 1.728
i = 4; x4 = 0.8, y4 = 1.2 y3 = 1.2 (1.728) = 2.0736
i = 5; x1 = 1.0, y5 = 1.2 y4 = 1.2 (2.0736) = 2.48832
• Solusi eksak dari contoh 1 adalah
x
x
eY(x)
)y(
ceycxy
dx
y
dy
y
dx
dy
y
Jadi,
0cce1maka,10Jika
ln
'
0
METODE EULER – Contoh 2
• Contoh 2 :
Diketahui persamaan diferensial orde 1: y’ = y2 + 1; 0 x 1; y(0) = 0 dan N = 5
• Solusi:
dan xi = a + ih = 0.2i; i = 0, 1, 2, …, 5
dengan demikian persamaan Euler dapat dinyatakan sebagai
yi+1 = yi + h(yi
2 + 1) = yi + 0.2(yi
2 + 1) = 0.2 yi
2 + yi + 0.2
• Maka:
i = 0; x0 = 0, y0 = 0
i = 1; x1 = 0.2, y1 = 0.2 y0
2 + yo + 0.2 = 0.2 (0)2 + (0) + 0.2 = 0.2
i = 2; x2 = 0.4, y2 = 0.2 y1
2 + y1 + 0.2 = 0.2 (0.2)2 + (0.2) + 0.2 = 0.408
i = 3; x3 = 0.6, y3 = 0.2 y2
2 + y2 + 0.2 = 0.2 (0.408)2 + (0.408) + 0.2 = 0.6413
i = 4; x4 = 0.8, y4 = 0.2 y3
2 + y3 + 0.2 = 0.2 (0.6413)2 + (0.6413) + 0.2 = 0.9236
i = 5; x5 = 1.0, y5 = 0.2 y4
2 + y4 + 0.2 = 0.2 (0.9236)2 + (0.9236) + 0.2 = 1.2942
2.0
5
01
N
ab
h
METODE EULER – Contoh 2
• Solusi eksak dari contoh 1 adalah
xY(x)
)y(
cxycxy
dx
y
dy
y
dx
dy
y
tanJadi,
0cc0tan0maka,00Jika
tanarctan
1
1'
2
2
METODE EULER – Contoh 1 dan 2
• Galat (error) antara solusi hampiran dan solusi eksak
• Contoh 1 Contoh 2
Ket: Y(x) = ex Ket: Y(x) = tan x
• Terlihat bahwa galat yang terjadi pada metode Euler terus membesar
dengan bertambahnya iterasi.
i xn yn Yn Yn - yn
0 0 1 1 0
1 0.2 1.2 1.2214 0.0214
2 0.4 1.44 1.4918 0.0518
3 0.6 1.728 1.8221 0.0941
4 0.8 2.0736 2.2255 0.1519
5 1.0 2.48832 2.7183 0.2291
i xn yn Yn Yn - yn
0 0 0 0 0
1 0.2 0.2 0.2027 0.0027
2 0.4 0.408 0.4223 0.0143
3 0.6 0.6413 0.6841 0.0428
4 0.8 0.9236 1.0296 0.106
5 1.0 1.2942 1.5574 0.2632
METODE RUNGE – KUTTA
• Metode Runge – Kutta menawarkan penyelesaian diferensial dengan
pertumbuhan galat yang jauh lebih kecil dibandingkan dengan metode
Euler.
• Persamaan umum metode Runge – Kutta
34
23
12
1
43211
,
2
1
,
2
1
2
1
,
2
1
,
22
6
1
kyhxhfk
kyhxhfk
kyhxhfk
yxhfk
kkkkyy
ii
ii
ii
ii
ii
METODE RUNGE – KUTTA -- Contoh 1
• Contoh 1
Diketahui persamaan diferensial orde 1: y’ = y; 0 x 1; y(0) = 1 dan N = 5
• Solusi:
dan xi = a + ih = 0.2i; i = 0, 1, 2, …, 5
i = 0; x0 =0; y0 = 1
2.0
5
01
N
ab
h
2214.12444.0222.0222.022.0
6
1
122
6
1
2444.0222.012.0,
222.0
2
22.0
12.0
2
1
2
1
,
2
1
22.0
2
2.0
12.0
2
1
2
1
,
2
1
2.012.0,
432101
303004
202003
101002
0001
kkkkyy
kyhkyhxhfk
kyhkyhxhfk
kyhkyhxhfk
hyyxhfk
METODE RUNGE – KUTTA -- Contoh 1
• i = 1; x1 =0.2; y1 = 1.2214
4918.1
2985.02712.022687.022443.0
6
1
2214.122
6
1
2985.02712.02214.12.0,
2712.0
2
2687.0
2214.12.0
2
1
2
1
,
2
1
2687.0
2
2443.0
2214.12.0
2
1
2
1
,
2
1
2443.02214.12.0,
432112
313114
212113
111112
1111
kkkkyy
kyhkyhxhfk
kyhkyhxhfk
kyhkyhxhfk
hyyxhfk
METODE RUNGE – KUTTA -- Contoh 1
• i = 2; x2 =0.4; y2 = 1.4918
8221.1
3646.03312.023282.022984.0
6
1
4918.122
6
1
3646.03312.04918.12.0,
3312.0
2
3282.0
4918.12.0
22
1
,
2
1
3282.0
2
2984.0
4918.12.0
22
1
,
2
1
2984.04918.12.0,
432123
323224
222223
121222
2221
kkkkyy
kyhkyhxhfk
k
h
yhkyhxhfk
k
h
yhkyhxhfk
hyyxhfk
METODE RUNGE – KUTTA -- Contoh 1
• i = 3; x3 =0.6; y3 = 1.8221
2255.2
4453.04045.024009.023644.0
6
1
8221.122
6
1
4453.04045.08221.12.0,
4045.0
2
4009.0
8221.12.0
22
1
,
2
1
4009.0
2
3644.0
8221.12.0
22
1
,
2
1
3644.08221.12.0,
432134
333334
232333
131332
3331
kkkkyy
kyhkyhxhfk
k
h
yhkyhxhfk
k
h
yhkyhxhfk
hyyxhfk
METODE RUNGE – KUTTA -- Contoh 1
• i = 4; x4 =0.8; y4 = 2.259
7182.2
5439.04941.024896.024451.0
6
1
2255.222
6
5439.04941.02255.22.0,
4941.0
2
4896.0
2255.22.0
22
1
,
2
1
4896.0
2
4451.0
2255.22.0
22
1
,
2
1
4451.02255.22.0,
432145
344444
242443
141442
4441
kkkk
h
yy
kyhkyhxhfk
k
h
yhkyhxhfk
k
h
yhkyhxhfk
hyyxhfk
METODE RUNGE – KUTTA -- Contoh 2
• Contoh 2 :
Diketahui persamaan diferensial orde 1: y’ = y2 + 1; 0 x 1; y(0) = 0 dan
N = 5
• Solusi:
dan xi = a + ih = 0.2i; i = 0, 1, 2, …, 5
i = 0; x0 =0; y0 = 0
2.0
5
01
N
ab
h
2027.0
2082.02020.022020.022.0
6
1
022
6
1
2082.012020.002.01,
2020.01
2
2020.0
02.01
2
1
2
1
,
2
1
2020.01
2
2.0
02.01
2
1
2
1
,
2
1
2.0102.01,
432101
22
303004
22
202003
22
101002
22
0001
kkkkyy
kyhkyhxhfk
kyhkyhxhfk
kyhkyhxhfk
yhyxhfk
METODE RUNGE – KUTTA -- Contoh 1
• i = 1; x1 =0.2; y1 = 0.2027
4228.0
2357.02195.022188.022082.0
6
1
2027.022
6
1
2357.012195.02027.02.01,
2195.01
2
2188.0
2027.02.01
2
1
2
1
,
2
1
2188.01
2
2082.0
2027.02.01
2
1
2
1
,
2
1
2082.012027.02.01,
432112
22
313114
22
212113
22
111112
22
1111
kkkkyy
kyhkyhxhfk
kyhkyhxhfk
kyhkyhxhfk
yhyxhfk
METODE RUNGE – KUTTA -- Contoh 1
• i = 2; x2 =0.4; y2 = 0.4228
• Silakan dicoba untuk i = 3 dan i = 4, untuk mendapatkan y4 dan y5
6842.0
2935.02610.022585.022358.0
6
1
4228.022
6
1
2935.012610.04228.02.01,
2610.01
2
2585.0
4228.02.01
2
1
2
1
,
2
1
2585.01
2
2358.0
4228.02.01
2
1
2
1
,
2
1
2358.014228.02.01,
432123
22
323224
22
222223
22
121222
22
2221
kkkkyy
kyhkyhxhfk
kyhkyhxhfk
kyhkyhxhfk
yhyxhfk
METODE RUNGE - KUTTA -- Contoh 1 dan 2
• Galat (error) antara solusi hampiran dan solusi eksak
• Contoh 1 Contoh 2
• Terlihat bahwa galat yang terjadi pada metode Runge - Kutta sangat kecil,
dibandingkan dengan galat pada metode Euler.
i xn yn Yn Yn - yn
0 0 1 1 0
1 0.2 1.2214 1.2214 0.0000
2 0.4 1.4918 1.4918 0.0000
3 0.6 1.8221 1.8221 0.0000
4 0.8 2.2255 2.2255 0.0000
5 1.0 2.7182 2.7183 0.0001
i xn yn Yn Yn - yn
0 0 0 0 0
1 0.2 0.2027 0.2027 0.0000
2 0.4 0.4228 0.4223 0.0005
3 0.6 0.6842 0.6841 0.0001
4 0.8 1.0297 1.0296 0.0001
5 1.0 1.5575 1.5574 0.0001
METODE NUMERIK UNTUK PDB
ORDE 2 ATAU LEBIH
• Penyelesaian metode numerik untuk PDB orde 1 dapat juga digunakan
pada PDB orde 2 atau lebih, dengan terlebih dahulu melakukan
transformasi PDB orde 2 ke PDB orde 1 terlebih dahulu.
• Bentuk standar untuk sistem dengan dua persamaan
y’ = f(x, y, z); z’ = g(x, y, z); y(x0) = y0; z(x0) = z0
Dengan y’ = f(x, y, z) z, maka z’ = y’’, merupakan PDB orde 2, maka:
y’’ = z’ = g(x, y, y’); y(x0) = y0; y’(x0) = z0
• Bentuk standar untuk sistem dengan tiga persamaan
y’ = f(x, y, z, w); z’ = g(x, y, z, w); w’ = r(x, y, z, w); y(x0) = y0; z(x0) = z0
w(x0) = w0
Jika y’ = f(x, y, z, w) z, dan z’ = g(x, y, z, w) w, merupakan PDB orde 3,
maka: y’’’ = w’ = r(x, y, z, w); y(x0) = y0; y’(x0) = z0; y’’(x0) = w0
METODE NUMERIK UNTUK PDB
ORDE 2 ATAU LEBIH
• Contoh transformasi dari PDB orde 2 ke PDB orde 1
Diketahui PDB sebagai berikut y’’ – 3y’ + 2y = 0; y(0) = -1; y’(0) = 0
Definisikan: z = y’, maka z(0) = y’(0) = 0 dan z’ = y’’.
Selanjutnya PDB yang diketahui dapat ditulis:
y’’ = 3y’ - 2y atau z’ = 3z – 2y; dimana z = y’, serta y(0) = -1; z(0) = 0
• Contoh 2
Diketahui PDB orde 2 sebagai berikut:
3x2y’’ – xy’ + y = 0; y(1) = 4; y’(1) = 2
Definisikan: z = y’, maka z(1) = y’(1) = 2 dan z’ = y’’.
Selanjutnya PDB yang diketahui dapat ditulis:
2141dimana;
3x
y-xz
z';
3
'
'' 22
); z()z; y(y'
x
yxy
y
METODE RUNGE – KUTTA
UNTUK PDB ORDE 2 ATAU LEBIH
334
334
223
223
112
112
1
1
43211
43211
,,
,,
2
1
,
2
1
,
2
1
2
1
,
2
1
,
2
1
2
1
,
2
1
,
2
1
2
1
,
2
1
,
2
1
,,
,,
22
6
1
22
6
1
lzkyhxhgl
lzkyhxhfk
lzkyhxhgl
lzkyhxhfk
lzkyhxhgl
lzkyhxhfk
zyxhgl
zyxhfk
llllzz
kkkkyy
iii
iii
iii
iii
iii
iii
iii
iii
ii
ii
METODE RUNGE – KUTTA
(CONTOH PDB ORDE 2)
• Diketahui persamaan diferensial orde 2:
y’’ – 3y’ + 2y = 0; 0 x 1; y(0) = -1; y’(0) = 0 dan N = 5
• Solusi:
y’’ = 3y’ – 2y
y’’ = z’ dan y’ = z = f(x, y, z), sehingga
z’ = g(x, y, z) = 3z – 2y
x0 = 0; y(0) = -1 dan z(0) = y’(0) = 0
dan xi = a + ih = 0.2i; i = 0, 1, 2, …, 5
y’ = f(x, y, z) = z dan z’ = g(x, y, z) = 3z – 2y
• i = 0; x0 = 0; y0 = -1; z0 = 0
2.0
5
01
N
ab
h
52.0
2
0
12
2
4.0
032.0
2
1
2
2
1
3
2
1
,
2
1
,
2
1
04.0
2
4.0
02.0
2
1
2
1
,
2
1
,
2
1
4.012032.023,,
002.0,,
1010101002
10101002
000001
00001
kylzhlzkyhxhgl
lzhlzkyhxhfk
yzhzyxhgl
zhzyxhfk
METODE RUNGE – KUTTA
(CONTOH PDB ORDE 2)
708.0052.0(12548.0032.0
23,,
1096.0548.002.0,,
548.0
2
04.0
12
2
52.0
032.0
2
1
2
2
1
3
2
1
,
2
1
,
2
1
052.0
2
52.0
02.0
2
1
2
1
,
2
1
,
2
1
3030303004
30303004
2020202003
20202003
kylzhlzkyhxhgl
lzhlzkyhxhfk
kylzhlzkyhxhgl
lzhlzkyhxhfk
5407.0)708.0548.0252.024.0(
6
1
022
6
1
9511.0)1096.0052.0204.020(
6
1
122
6
1
432101
432101
llllzz
kkkkyy
METODE RUNGE – KUTTA
(CONTOH PDB ORDE 2)
• i = 1; x1 = 0.2; y1 = -0.9511; z1 = 0.5407
9055.0
2
1081.0
9511.02
2
7409.0
5407.032.0
2
1
2
2
1
3
2
1
,
2
1
,
2
1
1786.0
2
7049.0
5407.02.0
2
1
2
1
,
2
1
,
2
1
7049.09511.025407.032.023,,
1081.05407.02.0,,
1111111112
11111112
111111
11111
kylzhlzkyhxhgl
lzhlzkyhxhfk
yzhzyxhgl
zhzyxhfk
METODE RUNGE – KUTTA
(CONTOH PDB ORDE 2)
1683.11987.09511.029048.05407.032.0
23,,
2891.09048.05407.02.0,,
9408.0
2
1786.0
9511.02
2
9055.0
5407.032.0
2
1
2
2
1
3
2
1
,
2
1
,
2
1
1987.0
2
9055.0
5407.02.0
2
1
2
1
,
2
1
,
2
1
3131313114
31313114
2121212113
21212113
kylzhlzkyhxhgl
lzhlzkyhxhfk
kylzhlzkyhxhgl
lzhlzkyhxhfk
4683.1
)1683.19408.029055.027049.0(
6
1
5407.022
6
1
7591.0
)2891.01987.021786.021081.0(
6
1
9511.022
6
1
432112
432112
llllzz
kkkkyy
METODE RUNGE – KUTTA
(CONTOH PDB ORDE 2)
• i = 2; x2 = 0.4; y2 = -0.7591; z2 = 1.4683
4813.1
2
2937.0
7591.02
2
1846.1
4683.132.0
2
1
2
2
1
3
2
1
,
2
1
,
2
1
4121.0
2
1846.1
4683.12.0
2
1
2
1
,
2
1
,
2
1
1846.17591.024683.132.023,,
2937.04683.12.0,,
1212121222
12121222
222221
22221
kylzhlzkyhxhgl
lzhlzkyhxhfk
yzhzyxhgl
zhzyxhfk
METODE RUNGE – KUTTA
(CONTOH PDB ORDE 2)
9359.14418.07591.025466.14683.132.0
23,,
6030.05466.14683.12.0,,
5466.1
2
4121.0
7591.02
2
4813.1
4683.132.0
2
1
2
2
1
3
2
1
,
2
1
,
2
1
4418.0
2
4813.1
4683.12.0
2
1
2
1
,
2
1
,
2
1
3232323224
32323224
2222222223
22222223
kylzhlzkyhxhgl
lzhlzkyhxhfk
kylzhlzkyhxhgl
lzhlzkyhxhfk
9977.2
)9359.15466.124813.121846.1(
6
1
4683.122
6
1
3250.0
)6030.04418.024121.022937.0(
6
1
7591.022
6
1
432123
432123
llllzz
kkkkyy
METODE RUNGE – KUTTA
(CONTOH PDB ORDE 2)
METODE RUNGE – KUTTA
(CONTOH PDB ORDE 2)
• Solusi eksak dari PDB yang diberikan:
y’’ – 3y’ + 2y = 0; 0 x 1; y(0) = -1; y’(0) = 0 dan N = 5
• Berdasarkan general formula:
Maka y’’ – 3y’ – 2y = 0 dapat ditulis:
r2 – 3r – 2 = 0
(r – 2)(r – 1) = 0  r1 = 2; r2 = 1
Persamaan PDB yang diberikan dapat ditulis:
xx
xx
ececxy
ececxy
2
2
1
2
2
1
2)('
)(
xrxr
ececxy 21
21
)(
METODE RUNGE – KUTTA
(CONTOH PDB ORDE 2)
• Gunakan nilai batas untuk menentukan c1 dan c2
y(0) = -1, maka: -1 = c1 + c2
y’(0) = 0, maka: 0 = 2c1 + c2
Gunakan prinsip substitusi dan eliminasi, sehingga diperoleh c1 = 1; c2 = -2
Oleh karena itu, solusi eksak dari PDB: y’’ – 3y’ + 2y = 0 adalah
y(x) = e2x – 2ex
METODE RUNGE – KUTTA
(CONTOH PDB ORDE 2)
• Perbandingan galat (error) antara solusi hampiran dan solusi eksak:
• Untuk mengecilkan galat, bisa dilakukan dengan memperbanyak jumlah N,
atau dengan kata lain mengecilkan ukuran step-size. Sebagai contoh,
berikut ini akan dilakukan perhitungan kembali contoh yang diberikan,
dengan menggambil nilai N = 10, atau
i xn yn Yn Yn - yn
0 0 -1 -1 0
1 0.2 -0.9511 -0.9510 0.0001
2 0.4 -0.7591 -0.7581 0.0010
3 0.6 -0.3250 -0.3241 0.0009
1.0
10
01
N
ab
h
• i = 0; x0 = 0; y0 = -1; z0 = 0
23.0
2
0
12
2
2.0
031.0
2
1
2
2
1
3
2
1
,
2
1
,
2
1
01.0
2
2.0
01.0
2
1
2
1
,
2
1
,
2
1
2.012031.023,,
001.0,,
1010101002
10101002
000001
00001
kylzhlzkyhxhgl
lzhlzkyhxhfk
yzhzyxhgl
zhzyxhfk
METODE RUNGE – KUTTA
(CONTOH PDB ORDE 2)
2678.00115.0122335.0031.0
23,,
0234.02335.001.0,,
2335.0
2
01.0
12
2
23.0
031.0
2
1
2
2
1
3
2
1
,
2
1
,
2
1
0115.0
2
23.0
01.0
2
1
2
1
,
2
1
,
2
1
3030303004
30303004
2020202003
20202003
kylzhlzkyhxhgl
lzhlzkyhxhfk
kylzhlzkyhxhgl
lzhlzkyhxhfk
2325.0)2678.02335.0223.022.0(
6
1
022
6
1
9889.0)0234.00115.0201.020(
6
1
122
6
1
432101
432101
llllzz
kkkkyy
METODE RUNGE – KUTTA
(CONTOH PDB ORDE 2)
METODE RUNGE – KUTTA
(CONTOH PDB ORDE 2)
• Untuk i = 0, diperoleh sebagai hasil akhir berupa solusi hampiran:
y1 = -0.9889
Solusi eksak Y1 = -0.9889
Sehingga, galat (error) = 0.0000
• Sebagai latihan, hitunglah nilai y2, y4, y6 dari contoh yang diberikan
menggunakan h = 0.1 dan bandingkan hasilnya dengan hasil yang
diperoleh apabila menggunakan h = 0.2
AKHIR MATERI METODE NUMERIK
TERIMA KASIH.

Mais conteúdo relacionado

Mais procurados

Persamaan diferensial biasa: persamaan diferensial orde-kedua
Persamaan diferensial biasa: persamaan diferensial orde-keduaPersamaan diferensial biasa: persamaan diferensial orde-kedua
Persamaan diferensial biasa: persamaan diferensial orde-keduadwiprananto
 
persamaan-diferensial-orde-ii
persamaan-diferensial-orde-iipersamaan-diferensial-orde-ii
persamaan-diferensial-orde-iiFaried Doank
 
Integral Lipat Dua ( Kalkulus 2 )
Integral Lipat Dua ( Kalkulus 2 )Integral Lipat Dua ( Kalkulus 2 )
Integral Lipat Dua ( Kalkulus 2 )Kelinci Coklat
 
Persamaan Diferensial Biasa ( Kalkulus 2 )
Persamaan Diferensial Biasa ( Kalkulus 2 )Persamaan Diferensial Biasa ( Kalkulus 2 )
Persamaan Diferensial Biasa ( Kalkulus 2 )Kelinci Coklat
 
Bab 8. Fungsi Transenden ( Kalkulus 1 )
Bab 8. Fungsi Transenden ( Kalkulus 1 )Bab 8. Fungsi Transenden ( Kalkulus 1 )
Bab 8. Fungsi Transenden ( Kalkulus 1 )Kelinci Coklat
 
Transformasi laplace
Transformasi laplaceTransformasi laplace
Transformasi laplacedwiprananto
 
Persamaan differensial part 1
Persamaan differensial part 1Persamaan differensial part 1
Persamaan differensial part 1Jamil Sirman
 
Deret taylor and mac laurin
Deret taylor and mac laurinDeret taylor and mac laurin
Deret taylor and mac laurinMoch Hasanudin
 
ALJABAR LINEAR ELEMENTER
ALJABAR LINEAR ELEMENTERALJABAR LINEAR ELEMENTER
ALJABAR LINEAR ELEMENTERMella Imelda
 
Bab 2 perhitungan galat
Bab 2  perhitungan galatBab 2  perhitungan galat
Bab 2 perhitungan galatKelinci Coklat
 

Mais procurados (20)

Persamaan diferensial biasa: persamaan diferensial orde-kedua
Persamaan diferensial biasa: persamaan diferensial orde-keduaPersamaan diferensial biasa: persamaan diferensial orde-kedua
Persamaan diferensial biasa: persamaan diferensial orde-kedua
 
01 barisan-dan-deret
01 barisan-dan-deret01 barisan-dan-deret
01 barisan-dan-deret
 
2. galat
2. galat2. galat
2. galat
 
2 deret fourier
2 deret fourier2 deret fourier
2 deret fourier
 
Soal dan pembahasan integral permukaan
Soal dan pembahasan integral permukaanSoal dan pembahasan integral permukaan
Soal dan pembahasan integral permukaan
 
persamaan-diferensial-orde-ii
persamaan-diferensial-orde-iipersamaan-diferensial-orde-ii
persamaan-diferensial-orde-ii
 
Integral Lipat Dua ( Kalkulus 2 )
Integral Lipat Dua ( Kalkulus 2 )Integral Lipat Dua ( Kalkulus 2 )
Integral Lipat Dua ( Kalkulus 2 )
 
Persamaan Diferensial Biasa ( Kalkulus 2 )
Persamaan Diferensial Biasa ( Kalkulus 2 )Persamaan Diferensial Biasa ( Kalkulus 2 )
Persamaan Diferensial Biasa ( Kalkulus 2 )
 
Bab 8. Fungsi Transenden ( Kalkulus 1 )
Bab 8. Fungsi Transenden ( Kalkulus 1 )Bab 8. Fungsi Transenden ( Kalkulus 1 )
Bab 8. Fungsi Transenden ( Kalkulus 1 )
 
Polar Coordinates & Polar Curves
Polar Coordinates & Polar CurvesPolar Coordinates & Polar Curves
Polar Coordinates & Polar Curves
 
Integral Lipat Tiga
Integral Lipat TigaIntegral Lipat Tiga
Integral Lipat Tiga
 
Transformasi laplace
Transformasi laplaceTransformasi laplace
Transformasi laplace
 
Modul 1 pd linier orde satu
Modul 1 pd linier orde satuModul 1 pd linier orde satu
Modul 1 pd linier orde satu
 
Persamaan differensial part 1
Persamaan differensial part 1Persamaan differensial part 1
Persamaan differensial part 1
 
Deret taylor and mac laurin
Deret taylor and mac laurinDeret taylor and mac laurin
Deret taylor and mac laurin
 
Metode newton
Metode newtonMetode newton
Metode newton
 
ALJABAR LINEAR ELEMENTER
ALJABAR LINEAR ELEMENTERALJABAR LINEAR ELEMENTER
ALJABAR LINEAR ELEMENTER
 
Bab 2 perhitungan galat
Bab 2  perhitungan galatBab 2  perhitungan galat
Bab 2 perhitungan galat
 
Turunan numerik
Turunan numerikTurunan numerik
Turunan numerik
 
Deret Fourier
Deret FourierDeret Fourier
Deret Fourier
 

Semelhante a Metode numerik pada persamaan diferensial (new)

Metnum gregory mundur ( ppt )
Metnum gregory mundur ( ppt )Metnum gregory mundur ( ppt )
Metnum gregory mundur ( ppt )Fahrul Hakim
 
Newton gregory mundur
Newton gregory mundurNewton gregory mundur
Newton gregory mundurAdi Moel
 
Metode numerik pada persamaan integral (new)
Metode numerik pada persamaan integral (new)Metode numerik pada persamaan integral (new)
Metode numerik pada persamaan integral (new)Khubab Basari
 
METODE_NUMERIK_part_2.pptx
METODE_NUMERIK_part_2.pptxMETODE_NUMERIK_part_2.pptx
METODE_NUMERIK_part_2.pptxWahid Pasipa
 
Sistem Persamaan dan Pertidaksamaan Linear
Sistem Persamaan dan Pertidaksamaan LinearSistem Persamaan dan Pertidaksamaan Linear
Sistem Persamaan dan Pertidaksamaan LinearSulthan Isa
 
9 persamaan differensial biasa
9 persamaan differensial biasa9 persamaan differensial biasa
9 persamaan differensial biasaTony Creat
 
Pt 6 p-diffhomogen dan tak homogen-d4
Pt 6 p-diffhomogen dan tak homogen-d4Pt 6 p-diffhomogen dan tak homogen-d4
Pt 6 p-diffhomogen dan tak homogen-d4parulian
 
Kuliah 2 matematika teknik i
Kuliah 2 matematika teknik iKuliah 2 matematika teknik i
Kuliah 2 matematika teknik iSamuel Bojes
 
MetNum3-Sistem_Persamaan_Non_Linier.ppt
MetNum3-Sistem_Persamaan_Non_Linier.pptMetNum3-Sistem_Persamaan_Non_Linier.ppt
MetNum3-Sistem_Persamaan_Non_Linier.pptssuserb7d229
 
Sistem Persamaan Linear Dua Variabel dan Fungsi Kuadrat
Sistem Persamaan Linear Dua Variabel dan Fungsi KuadratSistem Persamaan Linear Dua Variabel dan Fungsi Kuadrat
Sistem Persamaan Linear Dua Variabel dan Fungsi KuadratSAINSFREAK
 
Rangkaian logika Teorema fungsi boole dan bentuk kanonik
Rangkaian logika Teorema fungsi boole dan bentuk kanonikRangkaian logika Teorema fungsi boole dan bentuk kanonik
Rangkaian logika Teorema fungsi boole dan bentuk kanonikradar radius
 
Matlan 05 pd-non-homogen
Matlan 05 pd-non-homogenMatlan 05 pd-non-homogen
Matlan 05 pd-non-homogenRachmaWardani2
 
Sistem bilangan rill.pptx
Sistem bilangan rill.pptxSistem bilangan rill.pptx
Sistem bilangan rill.pptxMunajiMoena
 

Semelhante a Metode numerik pada persamaan diferensial (new) (20)

Metnum gregory mundur ( ppt )
Metnum gregory mundur ( ppt )Metnum gregory mundur ( ppt )
Metnum gregory mundur ( ppt )
 
Metnum ppt
Metnum pptMetnum ppt
Metnum ppt
 
Perpotongan dua persamaan
Perpotongan dua persamaanPerpotongan dua persamaan
Perpotongan dua persamaan
 
Newton gregory mundur
Newton gregory mundurNewton gregory mundur
Newton gregory mundur
 
Metode numerik pada persamaan integral (new)
Metode numerik pada persamaan integral (new)Metode numerik pada persamaan integral (new)
Metode numerik pada persamaan integral (new)
 
METODE_NUMERIK_part_2.pptx
METODE_NUMERIK_part_2.pptxMETODE_NUMERIK_part_2.pptx
METODE_NUMERIK_part_2.pptx
 
Sistem Persamaan dan Pertidaksamaan Linear
Sistem Persamaan dan Pertidaksamaan LinearSistem Persamaan dan Pertidaksamaan Linear
Sistem Persamaan dan Pertidaksamaan Linear
 
9 persamaan differensial biasa
9 persamaan differensial biasa9 persamaan differensial biasa
9 persamaan differensial biasa
 
5 sistem persamaan linier
5 sistem persamaan linier5 sistem persamaan linier
5 sistem persamaan linier
 
Pt 6 p-diffhomogen dan tak homogen-d4
Pt 6 p-diffhomogen dan tak homogen-d4Pt 6 p-diffhomogen dan tak homogen-d4
Pt 6 p-diffhomogen dan tak homogen-d4
 
Kuliah 2 matematika teknik i
Kuliah 2 matematika teknik iKuliah 2 matematika teknik i
Kuliah 2 matematika teknik i
 
Komputasi Numerik
Komputasi NumerikKomputasi Numerik
Komputasi Numerik
 
MetNum3-Sistem_Persamaan_Non_Linier.ppt
MetNum3-Sistem_Persamaan_Non_Linier.pptMetNum3-Sistem_Persamaan_Non_Linier.ppt
MetNum3-Sistem_Persamaan_Non_Linier.ppt
 
Sistem Persamaan Linear Dua Variabel dan Fungsi Kuadrat
Sistem Persamaan Linear Dua Variabel dan Fungsi KuadratSistem Persamaan Linear Dua Variabel dan Fungsi Kuadrat
Sistem Persamaan Linear Dua Variabel dan Fungsi Kuadrat
 
Fungsi linear
Fungsi linearFungsi linear
Fungsi linear
 
Rangkaian logika Teorema fungsi boole dan bentuk kanonik
Rangkaian logika Teorema fungsi boole dan bentuk kanonikRangkaian logika Teorema fungsi boole dan bentuk kanonik
Rangkaian logika Teorema fungsi boole dan bentuk kanonik
 
Matlan 05 pd-non-homogen
Matlan 05 pd-non-homogenMatlan 05 pd-non-homogen
Matlan 05 pd-non-homogen
 
Transenden
TransendenTransenden
Transenden
 
Sistem bilangan rill.pptx
Sistem bilangan rill.pptxSistem bilangan rill.pptx
Sistem bilangan rill.pptx
 
Met num 1
Met num 1Met num 1
Met num 1
 

Metode numerik pada persamaan diferensial (new)

  • 1. MATEMATIKA 4 METODE NUMERIK PADA PERSAMAAN DIFFERENSIAL Bagus Hario Setiadji Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Diponegoro
  • 2. DEFINISI METODE NUMERIK • Metode numerik adalah suatu prosedur yang menghasilkan solusi perkiraan (approximate solution) pada suatu nilai, dengan hanya menggunakan operasi penambahan, pengurangan, perkalian dan pembagian. • Metode numerik sangat sesuai digunakan untuk menyelesaikan persamaan-persamaan diferensial (dan juga integral) yang kompleks. • Pada perkuliahan ini, suatu persamaan diferensial biasa (PDB) orde satu atau lebih akan diselesaikan dengan menggunakan pendekatan metode numerik yang diturunkan dari deret Taylor dan metode beda hingga (finite difference).
  • 3. PENDEKATAN DALAM METODE NUMERIK • Pada umumnya, fungsi diferensial yang berbentuk kompleks dapat disederhanakan menjadi fungsi hampiran dalam bentuk fungsi polinomial yang lebih sederhana. • Apabila dilakukan suatu pekerjaan hitungan dengan menggunakan fungsi yang sesungguhnya, maka akan diperoleh hasil solusi yang eksak (solusi sejati). Tetapi apabila pekerjaan hitungan tersebut diselesaikan dengan fungsi hampiran, maka akan diperoleh hasil solusi hampiran (solusi pendekatan). • Perbedaan antara solusi eksak dan solusi hampiran adalah pada adanya galat (error) pada fungsi hampiran. Galat pada solusi numerik harus selalu dihubungkan dengan seberapa teliti fungsi polinomial tersebut dalam menghampiri fungsi yang sesungguhnya.
  • 4. PENDEKATAN DALAM METODE NUMERIK • Cara numeris untuk menyelesaikan problem nilai awal adalah diferensial hingga. Pada metode differensial hingga, penyelesaian pendekatan didapat pada titik-titik hitung x0 < x1 < x2 < x3 < …< xi < … dan nilai pendekatan pada setiap xi diperoleh dengan menggunakan nilai- nilai yang telah diperoleh sebelumnya.
  • 5. PENDEKATAN DALAM METODE NUMERIK • Misalkan diketahui PDB: y’ = f(x, y) ; y(x0) = y0 • Setiap metode numerik akan menghasilkan solusi hampiran pada titik x0, x1, x2, …, xi; dimana selisih antara dua nilai x yang berurutan adalah konstan sebesar xi+1 – xi = h (i = 0, 1, 2, …, N), disebut sebagai step-size • Solusi hampiran dari xi dinyatakan sebagai y(xi) atau yi. Solusi eksak dari xi dinyatakan sebagai Y(xi) atau Yi. Sekali nilai yi diketahui, maka dari persamaan di atas dapat ditulis: y’n = f(xi, yi)
  • 6. METODE EULER • Metode Euler merupakan metode numerik paling sederhana dan diturunkan dari deret Taylor. Misalkan, fungsi y(x) adalah fungsi kontinyu dan memiliki turunan dalam interval [a, b]. Maka dalam deret Taylor dengan xi < i < xi+1; dan xi = a + ih; i = 0, 1, 2, .., N Dan karena y(xi) memenuhi persamaan diferensial dan y(a) = , maka iiii y h xhyxyxy '' 2 ' 2 1 iiiii y h xyxhfxyxy '' 2 )(, 2 1 N ab xxh ii 1 bxa);,( yxf dx dy
  • 7. METODE EULER • Dengan mengabaikan suku terakhir dari persamaan di atas, diperoleh: • Contoh 1: Diketahui persamaan diferensial orde 1: y’ = y; 0 x 1; y(0) = 1 dan N = 5 • Solusi: dan xi = a + ih = 0.2i; i = 0, 1, 2, …, 5 dengan demikian persamaan Euler dapat dinyatakan sebagai yi+1 = yi + h(yi) = yi + 0.2(yi) = 1.2 yi )(,1 iiii xyxhfxyxy 2.0 5 01 N ab h
  • 8. METODE EULER – Contoh 1 • yi+1 = 1.2 yi dengan n = 0, 1, 2, …, 5 • Maka: i = 0; x0 = 0, y0 = 1 i = 1; x1 = 0.2, y1 = 1.2 y0 = 1.2 (1)= 1.2 i = 2; x2 = 0.4, y2 = 1.2 y1 = 1.2 (1.2) = 1.44 i = 3; x3 = 0.6, y3 = 1.2 y2 = 1.2 (1.44) = 1.728 i = 4; x4 = 0.8, y4 = 1.2 y3 = 1.2 (1.728) = 2.0736 i = 5; x1 = 1.0, y5 = 1.2 y4 = 1.2 (2.0736) = 2.48832 • Solusi eksak dari contoh 1 adalah x x eY(x) )y( ceycxy dx y dy y dx dy y Jadi, 0cce1maka,10Jika ln ' 0
  • 9. METODE EULER – Contoh 2 • Contoh 2 : Diketahui persamaan diferensial orde 1: y’ = y2 + 1; 0 x 1; y(0) = 0 dan N = 5 • Solusi: dan xi = a + ih = 0.2i; i = 0, 1, 2, …, 5 dengan demikian persamaan Euler dapat dinyatakan sebagai yi+1 = yi + h(yi 2 + 1) = yi + 0.2(yi 2 + 1) = 0.2 yi 2 + yi + 0.2 • Maka: i = 0; x0 = 0, y0 = 0 i = 1; x1 = 0.2, y1 = 0.2 y0 2 + yo + 0.2 = 0.2 (0)2 + (0) + 0.2 = 0.2 i = 2; x2 = 0.4, y2 = 0.2 y1 2 + y1 + 0.2 = 0.2 (0.2)2 + (0.2) + 0.2 = 0.408 i = 3; x3 = 0.6, y3 = 0.2 y2 2 + y2 + 0.2 = 0.2 (0.408)2 + (0.408) + 0.2 = 0.6413 i = 4; x4 = 0.8, y4 = 0.2 y3 2 + y3 + 0.2 = 0.2 (0.6413)2 + (0.6413) + 0.2 = 0.9236 i = 5; x5 = 1.0, y5 = 0.2 y4 2 + y4 + 0.2 = 0.2 (0.9236)2 + (0.9236) + 0.2 = 1.2942 2.0 5 01 N ab h
  • 10. METODE EULER – Contoh 2 • Solusi eksak dari contoh 1 adalah xY(x) )y( cxycxy dx y dy y dx dy y tanJadi, 0cc0tan0maka,00Jika tanarctan 1 1' 2 2
  • 11. METODE EULER – Contoh 1 dan 2 • Galat (error) antara solusi hampiran dan solusi eksak • Contoh 1 Contoh 2 Ket: Y(x) = ex Ket: Y(x) = tan x • Terlihat bahwa galat yang terjadi pada metode Euler terus membesar dengan bertambahnya iterasi. i xn yn Yn Yn - yn 0 0 1 1 0 1 0.2 1.2 1.2214 0.0214 2 0.4 1.44 1.4918 0.0518 3 0.6 1.728 1.8221 0.0941 4 0.8 2.0736 2.2255 0.1519 5 1.0 2.48832 2.7183 0.2291 i xn yn Yn Yn - yn 0 0 0 0 0 1 0.2 0.2 0.2027 0.0027 2 0.4 0.408 0.4223 0.0143 3 0.6 0.6413 0.6841 0.0428 4 0.8 0.9236 1.0296 0.106 5 1.0 1.2942 1.5574 0.2632
  • 12. METODE RUNGE – KUTTA • Metode Runge – Kutta menawarkan penyelesaian diferensial dengan pertumbuhan galat yang jauh lebih kecil dibandingkan dengan metode Euler. • Persamaan umum metode Runge – Kutta 34 23 12 1 43211 , 2 1 , 2 1 2 1 , 2 1 , 22 6 1 kyhxhfk kyhxhfk kyhxhfk yxhfk kkkkyy ii ii ii ii ii
  • 13. METODE RUNGE – KUTTA -- Contoh 1 • Contoh 1 Diketahui persamaan diferensial orde 1: y’ = y; 0 x 1; y(0) = 1 dan N = 5 • Solusi: dan xi = a + ih = 0.2i; i = 0, 1, 2, …, 5 i = 0; x0 =0; y0 = 1 2.0 5 01 N ab h 2214.12444.0222.0222.022.0 6 1 122 6 1 2444.0222.012.0, 222.0 2 22.0 12.0 2 1 2 1 , 2 1 22.0 2 2.0 12.0 2 1 2 1 , 2 1 2.012.0, 432101 303004 202003 101002 0001 kkkkyy kyhkyhxhfk kyhkyhxhfk kyhkyhxhfk hyyxhfk
  • 14. METODE RUNGE – KUTTA -- Contoh 1 • i = 1; x1 =0.2; y1 = 1.2214 4918.1 2985.02712.022687.022443.0 6 1 2214.122 6 1 2985.02712.02214.12.0, 2712.0 2 2687.0 2214.12.0 2 1 2 1 , 2 1 2687.0 2 2443.0 2214.12.0 2 1 2 1 , 2 1 2443.02214.12.0, 432112 313114 212113 111112 1111 kkkkyy kyhkyhxhfk kyhkyhxhfk kyhkyhxhfk hyyxhfk
  • 15. METODE RUNGE – KUTTA -- Contoh 1 • i = 2; x2 =0.4; y2 = 1.4918 8221.1 3646.03312.023282.022984.0 6 1 4918.122 6 1 3646.03312.04918.12.0, 3312.0 2 3282.0 4918.12.0 22 1 , 2 1 3282.0 2 2984.0 4918.12.0 22 1 , 2 1 2984.04918.12.0, 432123 323224 222223 121222 2221 kkkkyy kyhkyhxhfk k h yhkyhxhfk k h yhkyhxhfk hyyxhfk
  • 16. METODE RUNGE – KUTTA -- Contoh 1 • i = 3; x3 =0.6; y3 = 1.8221 2255.2 4453.04045.024009.023644.0 6 1 8221.122 6 1 4453.04045.08221.12.0, 4045.0 2 4009.0 8221.12.0 22 1 , 2 1 4009.0 2 3644.0 8221.12.0 22 1 , 2 1 3644.08221.12.0, 432134 333334 232333 131332 3331 kkkkyy kyhkyhxhfk k h yhkyhxhfk k h yhkyhxhfk hyyxhfk
  • 17. METODE RUNGE – KUTTA -- Contoh 1 • i = 4; x4 =0.8; y4 = 2.259 7182.2 5439.04941.024896.024451.0 6 1 2255.222 6 5439.04941.02255.22.0, 4941.0 2 4896.0 2255.22.0 22 1 , 2 1 4896.0 2 4451.0 2255.22.0 22 1 , 2 1 4451.02255.22.0, 432145 344444 242443 141442 4441 kkkk h yy kyhkyhxhfk k h yhkyhxhfk k h yhkyhxhfk hyyxhfk
  • 18. METODE RUNGE – KUTTA -- Contoh 2 • Contoh 2 : Diketahui persamaan diferensial orde 1: y’ = y2 + 1; 0 x 1; y(0) = 0 dan N = 5 • Solusi: dan xi = a + ih = 0.2i; i = 0, 1, 2, …, 5 i = 0; x0 =0; y0 = 0 2.0 5 01 N ab h 2027.0 2082.02020.022020.022.0 6 1 022 6 1 2082.012020.002.01, 2020.01 2 2020.0 02.01 2 1 2 1 , 2 1 2020.01 2 2.0 02.01 2 1 2 1 , 2 1 2.0102.01, 432101 22 303004 22 202003 22 101002 22 0001 kkkkyy kyhkyhxhfk kyhkyhxhfk kyhkyhxhfk yhyxhfk
  • 19. METODE RUNGE – KUTTA -- Contoh 1 • i = 1; x1 =0.2; y1 = 0.2027 4228.0 2357.02195.022188.022082.0 6 1 2027.022 6 1 2357.012195.02027.02.01, 2195.01 2 2188.0 2027.02.01 2 1 2 1 , 2 1 2188.01 2 2082.0 2027.02.01 2 1 2 1 , 2 1 2082.012027.02.01, 432112 22 313114 22 212113 22 111112 22 1111 kkkkyy kyhkyhxhfk kyhkyhxhfk kyhkyhxhfk yhyxhfk
  • 20. METODE RUNGE – KUTTA -- Contoh 1 • i = 2; x2 =0.4; y2 = 0.4228 • Silakan dicoba untuk i = 3 dan i = 4, untuk mendapatkan y4 dan y5 6842.0 2935.02610.022585.022358.0 6 1 4228.022 6 1 2935.012610.04228.02.01, 2610.01 2 2585.0 4228.02.01 2 1 2 1 , 2 1 2585.01 2 2358.0 4228.02.01 2 1 2 1 , 2 1 2358.014228.02.01, 432123 22 323224 22 222223 22 121222 22 2221 kkkkyy kyhkyhxhfk kyhkyhxhfk kyhkyhxhfk yhyxhfk
  • 21. METODE RUNGE - KUTTA -- Contoh 1 dan 2 • Galat (error) antara solusi hampiran dan solusi eksak • Contoh 1 Contoh 2 • Terlihat bahwa galat yang terjadi pada metode Runge - Kutta sangat kecil, dibandingkan dengan galat pada metode Euler. i xn yn Yn Yn - yn 0 0 1 1 0 1 0.2 1.2214 1.2214 0.0000 2 0.4 1.4918 1.4918 0.0000 3 0.6 1.8221 1.8221 0.0000 4 0.8 2.2255 2.2255 0.0000 5 1.0 2.7182 2.7183 0.0001 i xn yn Yn Yn - yn 0 0 0 0 0 1 0.2 0.2027 0.2027 0.0000 2 0.4 0.4228 0.4223 0.0005 3 0.6 0.6842 0.6841 0.0001 4 0.8 1.0297 1.0296 0.0001 5 1.0 1.5575 1.5574 0.0001
  • 22. METODE NUMERIK UNTUK PDB ORDE 2 ATAU LEBIH • Penyelesaian metode numerik untuk PDB orde 1 dapat juga digunakan pada PDB orde 2 atau lebih, dengan terlebih dahulu melakukan transformasi PDB orde 2 ke PDB orde 1 terlebih dahulu. • Bentuk standar untuk sistem dengan dua persamaan y’ = f(x, y, z); z’ = g(x, y, z); y(x0) = y0; z(x0) = z0 Dengan y’ = f(x, y, z) z, maka z’ = y’’, merupakan PDB orde 2, maka: y’’ = z’ = g(x, y, y’); y(x0) = y0; y’(x0) = z0 • Bentuk standar untuk sistem dengan tiga persamaan y’ = f(x, y, z, w); z’ = g(x, y, z, w); w’ = r(x, y, z, w); y(x0) = y0; z(x0) = z0 w(x0) = w0 Jika y’ = f(x, y, z, w) z, dan z’ = g(x, y, z, w) w, merupakan PDB orde 3, maka: y’’’ = w’ = r(x, y, z, w); y(x0) = y0; y’(x0) = z0; y’’(x0) = w0
  • 23. METODE NUMERIK UNTUK PDB ORDE 2 ATAU LEBIH • Contoh transformasi dari PDB orde 2 ke PDB orde 1 Diketahui PDB sebagai berikut y’’ – 3y’ + 2y = 0; y(0) = -1; y’(0) = 0 Definisikan: z = y’, maka z(0) = y’(0) = 0 dan z’ = y’’. Selanjutnya PDB yang diketahui dapat ditulis: y’’ = 3y’ - 2y atau z’ = 3z – 2y; dimana z = y’, serta y(0) = -1; z(0) = 0 • Contoh 2 Diketahui PDB orde 2 sebagai berikut: 3x2y’’ – xy’ + y = 0; y(1) = 4; y’(1) = 2 Definisikan: z = y’, maka z(1) = y’(1) = 2 dan z’ = y’’. Selanjutnya PDB yang diketahui dapat ditulis: 2141dimana; 3x y-xz z'; 3 ' '' 22 ); z()z; y(y' x yxy y
  • 24. METODE RUNGE – KUTTA UNTUK PDB ORDE 2 ATAU LEBIH 334 334 223 223 112 112 1 1 43211 43211 ,, ,, 2 1 , 2 1 , 2 1 2 1 , 2 1 , 2 1 2 1 , 2 1 , 2 1 2 1 , 2 1 , 2 1 ,, ,, 22 6 1 22 6 1 lzkyhxhgl lzkyhxhfk lzkyhxhgl lzkyhxhfk lzkyhxhgl lzkyhxhfk zyxhgl zyxhfk llllzz kkkkyy iii iii iii iii iii iii iii iii ii ii
  • 25. METODE RUNGE – KUTTA (CONTOH PDB ORDE 2) • Diketahui persamaan diferensial orde 2: y’’ – 3y’ + 2y = 0; 0 x 1; y(0) = -1; y’(0) = 0 dan N = 5 • Solusi: y’’ = 3y’ – 2y y’’ = z’ dan y’ = z = f(x, y, z), sehingga z’ = g(x, y, z) = 3z – 2y x0 = 0; y(0) = -1 dan z(0) = y’(0) = 0
  • 26. dan xi = a + ih = 0.2i; i = 0, 1, 2, …, 5 y’ = f(x, y, z) = z dan z’ = g(x, y, z) = 3z – 2y • i = 0; x0 = 0; y0 = -1; z0 = 0 2.0 5 01 N ab h 52.0 2 0 12 2 4.0 032.0 2 1 2 2 1 3 2 1 , 2 1 , 2 1 04.0 2 4.0 02.0 2 1 2 1 , 2 1 , 2 1 4.012032.023,, 002.0,, 1010101002 10101002 000001 00001 kylzhlzkyhxhgl lzhlzkyhxhfk yzhzyxhgl zhzyxhfk METODE RUNGE – KUTTA (CONTOH PDB ORDE 2)
  • 28. • i = 1; x1 = 0.2; y1 = -0.9511; z1 = 0.5407 9055.0 2 1081.0 9511.02 2 7409.0 5407.032.0 2 1 2 2 1 3 2 1 , 2 1 , 2 1 1786.0 2 7049.0 5407.02.0 2 1 2 1 , 2 1 , 2 1 7049.09511.025407.032.023,, 1081.05407.02.0,, 1111111112 11111112 111111 11111 kylzhlzkyhxhgl lzhlzkyhxhfk yzhzyxhgl zhzyxhfk METODE RUNGE – KUTTA (CONTOH PDB ORDE 2)
  • 30. • i = 2; x2 = 0.4; y2 = -0.7591; z2 = 1.4683 4813.1 2 2937.0 7591.02 2 1846.1 4683.132.0 2 1 2 2 1 3 2 1 , 2 1 , 2 1 4121.0 2 1846.1 4683.12.0 2 1 2 1 , 2 1 , 2 1 1846.17591.024683.132.023,, 2937.04683.12.0,, 1212121222 12121222 222221 22221 kylzhlzkyhxhgl lzhlzkyhxhfk yzhzyxhgl zhzyxhfk METODE RUNGE – KUTTA (CONTOH PDB ORDE 2)
  • 32. METODE RUNGE – KUTTA (CONTOH PDB ORDE 2) • Solusi eksak dari PDB yang diberikan: y’’ – 3y’ + 2y = 0; 0 x 1; y(0) = -1; y’(0) = 0 dan N = 5 • Berdasarkan general formula: Maka y’’ – 3y’ – 2y = 0 dapat ditulis: r2 – 3r – 2 = 0 (r – 2)(r – 1) = 0  r1 = 2; r2 = 1 Persamaan PDB yang diberikan dapat ditulis: xx xx ececxy ececxy 2 2 1 2 2 1 2)(' )( xrxr ececxy 21 21 )(
  • 33. METODE RUNGE – KUTTA (CONTOH PDB ORDE 2) • Gunakan nilai batas untuk menentukan c1 dan c2 y(0) = -1, maka: -1 = c1 + c2 y’(0) = 0, maka: 0 = 2c1 + c2 Gunakan prinsip substitusi dan eliminasi, sehingga diperoleh c1 = 1; c2 = -2 Oleh karena itu, solusi eksak dari PDB: y’’ – 3y’ + 2y = 0 adalah y(x) = e2x – 2ex
  • 34. METODE RUNGE – KUTTA (CONTOH PDB ORDE 2) • Perbandingan galat (error) antara solusi hampiran dan solusi eksak: • Untuk mengecilkan galat, bisa dilakukan dengan memperbanyak jumlah N, atau dengan kata lain mengecilkan ukuran step-size. Sebagai contoh, berikut ini akan dilakukan perhitungan kembali contoh yang diberikan, dengan menggambil nilai N = 10, atau i xn yn Yn Yn - yn 0 0 -1 -1 0 1 0.2 -0.9511 -0.9510 0.0001 2 0.4 -0.7591 -0.7581 0.0010 3 0.6 -0.3250 -0.3241 0.0009 1.0 10 01 N ab h
  • 35. • i = 0; x0 = 0; y0 = -1; z0 = 0 23.0 2 0 12 2 2.0 031.0 2 1 2 2 1 3 2 1 , 2 1 , 2 1 01.0 2 2.0 01.0 2 1 2 1 , 2 1 , 2 1 2.012031.023,, 001.0,, 1010101002 10101002 000001 00001 kylzhlzkyhxhgl lzhlzkyhxhfk yzhzyxhgl zhzyxhfk METODE RUNGE – KUTTA (CONTOH PDB ORDE 2)
  • 37. METODE RUNGE – KUTTA (CONTOH PDB ORDE 2) • Untuk i = 0, diperoleh sebagai hasil akhir berupa solusi hampiran: y1 = -0.9889 Solusi eksak Y1 = -0.9889 Sehingga, galat (error) = 0.0000 • Sebagai latihan, hitunglah nilai y2, y4, y6 dari contoh yang diberikan menggunakan h = 0.1 dan bandingkan hasilnya dengan hasil yang diperoleh apabila menggunakan h = 0.2
  • 38. AKHIR MATERI METODE NUMERIK TERIMA KASIH.