BAB 2 PERSAMAAN DIFFERENSIAL BIASA

dokumen-dokumen yang mirip
PERSAMAAN DIFERENSIAL LINIER NON HOMOGEN

PENYELESAIAN PERSAMAAN DIFFERENSIAL ORDE 1 - I

PERSAMAAN DIFFERENSIAL LINIER

Persamaan diferensial adalah suatu persamaan yang memuat satu atau lebih turunan fungsi yang tidak diketahui.

PENYELESAIAN PERSAMAAN DIFFERENSIAL ORDE 2 - II

MATEMATIKA TEKNIK 2 S1-TEKNIK ELEKTRO. Mohamad Sidiq

PERSAMAAN DIFERENSIAL I PERSAMAAN DIFERENSIAL BIASA

BAB II PERSAMAAN DIFERENSIAL ORDE SATU

BAB II PERSAMAAN DIFERENSIAL ORDE SATU

Persamaan Diferensial

Universitas Indonusa Esa Unggul Fakultas Ilmu Komputer Teknik Informatika. Persamaan Diferensial Orde II

Pertemuan 1 dan 2 KONSEP DASAR PERSAMAAN DIFERENSIAL

KONSEP DASAR PERSAMAAN DIFERENSIAL

Persamaan Di erensial Orde-2

BAB III PD LINIER HOMOGEN

Persamaan Diferensial

Program Perkuliahan Dasar Umum Sekolah Tinggi Teknologi Telkom Persamaan Diferensial Orde II

BAB 2 PDB Linier Order Satu 2.1 PDB Linier Order Satu Homogen PDB order satu dapat dinyatakan dalam atau dalam bentuk derivatif = f(x y) dx M(x y)dx +

Persamaan Diferensial Biasa. Rippi Maya

BAB IV PERSAMAAN TAKHOMOGEN

MA1201 KALKULUS 2A (Kelas 10) Bab 7: Teknik Pengintegral

Setelah kita mengetahui hasil dari masing-masing persamaan, kemudian kita kembali gabungkan kedua persamaan tersebut :

MA1201 KALKULUS 2A (Kelas 10) Bab 7: Teknik Pengintegral

BAB I PERSAMAAN DIFERENSIAL LINIER ORDE I

Pengintegralan Fungsi Rasional

PERSAMAAN DIFERENSIAL (PD)

Persamaan Diferensial

TUGAS MANDIRI KULIAH PERSAMAAN DIFERENSIAL BIASA Tahun Ajaran 2016/2017

PD Orde 2 Lecture 3. Rudy Dikairono

Teknik Pengintegralan

FUNGSI-FUNGSI INVERS

BAB II PERSAMAAN DIFERENSIAL BIASA(PDB) ORDE SATU

Hendra Gunawan. 23 April 2014

BAB I PENDAHULUAN. Kompetensi

PERSAMAAN DIFFERENSIAL ORDE I. Nurdinintya Athari

BAB I PENDAHULUAN. Kompetensi

PENYELESAIAN PERSAMAAN DIFFERENSIAL ORDE 1 - II

HUBUNGAN ANTARA DIFFERENSIAL DAN INTEGRAL

BAB III PERSAMAAN DIFERENSIAL LINIER

Ringkasan Kalkulus 2, Untuk dipakai di ITB 1. Integral Lipat Dua Atas Daerah Persegipanjang

Kalkulus 2. Teknik Pengintegralan ke - 1. Tim Pengajar Kalkulus ITK. Institut Teknologi Kalimantan. Januari 2018

HANDOUT PERSAMAAN DIFERENSIAL BIASA PDB 4)SKS. DOSEN Efendi, M.Si. BUKU)REFERENSI: )Persamaan )Diferensial)oleh)Dr.St. Budi Waluya, M.

Persamaan Differensial Biasa

BAB II KAJIAN TEORI. dalam penulisan bab III. Materi yang diuraikan berisi tentang definisi, teorema,

4. Dibawah ini persamaan diferensial ordo dua berderajat satu adalah

METODE DEKOMPOSISI ADOMIAN UNTUK MENYELESAIKAN PERMASALAHAN NILAI BATAS PADA PERSAMAAN DIFERENSIAL PARSIAL NONLINEAR ABSTRACT

Kalkulus Variasi. Persamaan Euler, Masalah Kalkulus Variasi Berkendala, Syarat Batas. Toni Bakhtiar. Departemen Matematika IPB.

BAB I PERSAMAAN DIFERENSIAL BIASA ORDE SATU

Catatan Kuliah MA1123 KALKULUS ELEMENTER I BAB III. TURUNAN

Persamaan Diferensial Biasa

Persamaan Diferensial Biasa

Hendra Gunawan. 25 April 2014

Nurdinintya Athari PERSAMAAN DIFFERENSIAL ORDE 2

Persamaan Diferensial: Pengertian, Asal Mula dan Penyelesaian

perpindahan, kita peroleh persamaan differensial berikut :

BAB II PERSAMAAN DIFERENSIAL BIASA(PDB) ORDE SATU

INTEGRAL TAK TENTU 1

Kalkulus 2. Teknik Pengintegralan ke - 3. Tim Pengajar Kalkulus ITK. Institut Teknologi Kalimantan. Januari 2018

Persamaan Diferensial

log2 PEMBAHASAN SOAL TRY OUT = = 2 1 = 27 8 = 19 Jawaban : C = = = 2( 15 10) Jawaban : B . 4. log3 1 2 (1) .

Teorema Faktor. Misalkan P (x) suatu polynomial, (x k) merupakan faktor dari P (x) jika dan hanya jika P (k) = 0

dy = f(x,y) = p(x) q(y), dx dy = p(x) dx,

Pertemuan Kesatu. Matematika III. Oleh Mohammad Edy Nurtamam, S.Pd., M.Si. Page 1.

AB = c, AC = b dan BC = a, maka PQ =. 1

Matematika Teknik I. Prasyarat : Kalkulus I, Kalkulus II, Aljabar Vektor & Kompleks

Metode Koefisien Tak Tentu untuk Penyelesaian PD Linier Homogen Tak Homogen orde-2 Matematika Teknik I_SIGIT KUSMARYANTO

TEKNIK PENGINTEGRALAN

MODIFIKASI METODE RUNGE-KUTTA ORDE-4 KUTTA BERDASARKAN RATA-RATA HARMONIK TUGAS AKHIR. Oleh : EKA PUTRI ARDIANTI

BAB I DASAR-DASAR PEMODELAN MATEMATIKA DENGAN PERSAMAAN DIFERENSIAL

BAB 2 LANDASAN TEORI

A. Distribusi Gabungan

Wardaya College. Tes Simulasi Ujian Nasional SMA Berbasis Komputer. Mata Pelajaran Matematika Tahun Ajaran 2017/2018

disebut Persamaan Diferensial Parsial (PDP).

BAB II PENGANTAR SOLUSI PERSOALAN FISIKA MENURUT PENDEKATAN ANALITIK DAN NUMERIK

Fakultas Teknik UNY Jurusan Pendidikan Teknik Otomotif INTEGRASI FUNGSI. 0 a b X A. b A = f (X) dx a. Penyusun : Martubi, M.Pd., M.T.

Peubah Acak dan Distribusi Kontinu

LOMBA MATEMATIKA NASIONAL KE-26

A. Distribusi Gabungan

BAB II PERSAMAAN DIFERENSIAL BIASA (PDB) ORDE SATU

Fungsi F disebut anti turunan (integral tak tentu) dari fungsi f pada himpunan D jika. F (x) = f(x) dx dan f (x) dinamakan integran.

Kalkulus 2. Teknik Pengintegralan ke - 2. Tim Pengajar Kalkulus ITK. Institut Teknologi Kalimantan. Januari 2018

MA3081 STATISTIKA MATEMATIKA We love Statistics

Mata Kuliah :: Matematika Rekayasa Lanjut Kode MK : TKS 8105 Pengampu : Achfas Zacoeb

: Pramitha Surya Noerdyah NIM : A. Integral. ʃ f(x) dx =F(x) + c

BAB III Diferensial. Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia

Fungsi F disebut anti turunan (integral tak tentu) dari fungsi f pada himpunan D jika. F (x) = f(x) dx dan f (x) dinamakan integran.

SOLUSI PERSAMAAN DIFFERENSIAL

PERSAMAAN DIFERENSIAL BIASA ORDE SATU

INTEGRAL (ANTI DIFERENSIAL) Tito Adi Dewanto S.TP

Pecahan Parsial (Partial Fractions)

Kuliah PD. Gaya yang bekerj a pada suatu massa sama dengan laju perubahan momentum terhadap waktu.

SUKU BANYAK. A. Teorema Sisa 1) F(x) = (x b) H(x) + S, maka S = F(b) 2) F(x) = (ax b) H(x) + S, maka S = F( a

FUNGSI. Berdasarkan hubungan antara variabel bebas dan terikat, fungsi dibedakan dua: fungsi eksplisit dan fungsi implisit.

DERET FOURIER. n = bilangan asli (1,2,3,4,5,.) L = pertemuan titik. Bilangan-bilangan untuk,,,, disebut koefisien fourier dari f(x) dalam (-L,L)

BAB PDB Linier Order Satu

INTISARI KALKULUS 2. Penyusun: Drs. Warsoma Djohan M.Si. Open Source. Not For Commercial Use

16. INTEGRAL. A. Integral Tak Tentu 1. dx = x + c 2. a dx = a dx = ax + c. 3. x n dx = + c. cos ax + c. 4. sin ax dx = 1 a. 5.

Teknik pengintegralan: Integral fungsi pecah rasional (bagian 1)

MACLAURIN S SERIES. Ghifari Eka

BAB VI PENYELESAIAN DERET UNTUK PERSAMAAN DIFERENSIAL

Transkripsi:

BAB 2 BIASA 2.1. KONSEP DASAR Persamaan Diferensial (PD) Biasa adalah persamaan yang mengandung satu atau beberapa penurunan y (varibel terikat) terhadap x (variabel bebas) yang tidak spesifik dan ditentukan hanya oleh satu macam variabel bebas, x dan konstanta. Contoh : y = cos x ( 2-1 ) y +4y = 0. ( 2-2 ) x 2 y y +2e x y = (x 2 +2)y 2 ( 2-3 ) Bila pada PD terdapat dua atau lebih variabel bebas yang tidak spesifik, maka persamaan tersebut dina-makan PD Parsial. u u Contoh : + = 0 ( 2-4 ) 2 2 x y PD orde 1, y = g(x) disebut solusi PD orde 1 untuk sembarang harga x dalam interval : a < x < b 2 2 AGUS R UTOMO DEPEARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK - UNIVERSITAS INDONESIA 1

Contoh 1 Cari solusi dari y = 2y Karena dy = 2ydx Maka solusinya y = e 2x + k ; k = konstanta Contoh 2 Cari solusi dari yy = -x Karena ydy = -xdx dan solusinya < 1 x 2 + y 2 = 1 untuk -1 < x Contoh 3 Cari solusi dari y = cos x Karena dy = cos x dx Maka solusinya y = sin x + k ; k = konstanta SOAL-SOAL LATIHAN 1 Cari solusi dari soal-soal di bawah ini : 1. y + y cotg x = 0 6. y + 2xy = 0 2. y + ½ y = 0 7. y + y x = -y 3. y + (y/x) = 0 8. x + y = xy 4. y yx2 + y = 0 9. y - x x = 0 5. xy + y = cos x 10. xy + y = e -xy AGUS R UTOMO DEPEARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK - UNIVERSITAS INDONESIA 2

2. METODE PEMISAHAN Misalkan PD g(y)y = f(x) ( 4 ) bila y = dy/dx maka g(y) dy = f(x) dx ( 5 ) Diintegralkan g(y) dy = f(x) dx + k ( 6 ) f dan g merupakan fungsi kontinyu Contoh 1 9yy + 4x = 0 Dng pemisahan 9y dy = - 4x dx 9y dy = - 4x dx 9/2) y 2 + 2 x 2 = k [(x 2 )/9] + [(y 2 )/4] = k Contoh 2 y = -2xy (dy / y) = (-2x) dx (dy / y) = (-2x) dx ln(y) = -x 2 + k atau y = e (-x2 + k) AGUS R UTOMO DEPEARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK - UNIVERSITAS INDONESIA 3

Contoh 3 (x 2 + 1)y + y 2 + 1 = 0 Pemisahan Diintegralkan 1 dy 1 dx y 2 = ( + 1) (x 2 + 1) arc tan y + arc tan x = k Bila kedua ruas di tangens kan : dan tan(arc tan y + arc tan x) = tan k tan(a + b) = tan a + tan b 1 tan a tan b maka untuk a = arc tan y dan b = arc tan x, diperoleh tan( arc tany+ arc tanx ) = y 1 + x xy Sehingga solusi akhirnya menjadi : y + x 1 xy = tan k AGUS R UTOMO DEPEARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK - UNIVERSITAS INDONESIA 4

SOAL-SOAL LATIHAN 2 Cari solusi dari soal-soal di bawah ini, bila parameter-parameter a, b, dan n adalah konstanta : 1. y + xy = 0 2. y = - [ (x-a)/(y-b) ] 3. y - (ny)/x = 0 4. yy = 2x exp(y 2 ) 5. y sin 2x = y cos 2x 6. yy + x = 0 7. y - y /(x ln x) = 0 8. y + ay + b =0 ( a 0 ) 9. xy = 2 (y-1) 10. y + 2y tanh x = 0 AGUS R UTOMO DEPEARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK - UNIVERSITAS INDONESIA 5

3. METODE REDUKSI Digunakan untuk memisahkan PD orde 1 yang tak dapat dipisahkan y ' = g ( y x ) ( 2-7 ) Misalkan (y/x) = u maka y = u + u x ( 2-8 ) dan Sehingga g(y/x) = g(u) u + u x = g(u) Bila variabel u dan x dipisahkan, maka : du g(u) u dx x Selanjutnya bila diintegralkan dan u diganti dengan (y/x), akan diperoleh solusi yang dicari. Contoh 1 2xyy y 2 + x 2 = 0 bagi dengan x 2 2 (y/x) y (y/x) 2 + 1 = 0 Misalkan u = y/x 2 u (u + u x) u 2 +1 = 0 = AGUS R UTOMO DEPEARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK - UNIVERSITAS INDONESIA 6

2u 1 + du u 2 = dx x Bila diintegarlkan, maka hasilnya : ln ( 1 + u 2 ) = - ln x + k atau 1 + u 2 = (k/x) Gantikan u dengan (y/x), maka solusi akhirnya: x 2 + y 2 = kx ( x k/2 ) 2 + y 2 = (k 2 )/4 atau Contoh 2 (2x 4y + 5)y + x 2y + 3 = 0 misalkan x 2y = u ; y = ½ (1 u ) sehingga ( 2u + 5 ) u = 4u + 11 ( 1 1 ) du = 2 dx 4u + 11 u ¼ ln 4u +11 = 2x + k Bila u = x-2y disubstitusikan, maka : 4x + 8y + ln (4x 8y + 11) = k AGUS R UTOMO DEPEARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK - UNIVERSITAS INDONESIA 7

SOAL-SOAL LATIHAN 3 Cari solusi dari soal-soal di bawah ini : 1. xy = x + y 2. xy 2 y = 3x 3. x 2 y - y 2 = x 2 xy 4. (x 2 + 1)y = x 3 / (xy -y) 5. xy y = x 2 tan (y/x) 6. xy x 2 sec (y/x) = y 7. y ( y+x ) = y-x ; y(1) = 1. 6. yy xy = y + x ; y(0) = 2. 9. xy y = (y-x) 2 ; y(1) = 1.5 10. xyy 4x 2 = 2y 2 ; y(2) = 4 AGUS R UTOMO DEPEARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK - UNIVERSITAS INDONESIA 8

4. FAKTOR INTEGTRAL Misalkan terdapat PD orde 1 linier : y + f(x). y = r(x) ( 2-9 ) Bila r(x) 0, disebut PD Homogen sebaliknya disebut PD Non Homogen dy + [ f(x)y ] dx = r(x) dx Untuk mencari solusinya, asumsikan f dan r kontinyu pada interval I. PD non homogen, asumsikan f(x) f dan r(x) r, maka : dy + ( fy ) dx = r dx (fy r) dx + dy = 0 ( 2-10 ) Untuk dapatkan soludinya diperlukan suatu faktor F(x) yang hanya tergantung dari x. F(x) disebut FAKTOR INTEGRAL F(x) [(fy r)] dx + F(x) dy = 0 ( 2-11 ) PD ini harus EKSAK AGUS R UTOMO DEPEARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK - UNIVERSITAS INDONESIA 9

5. PD EKSAK Suatu PD M(x,y) dx + N(x,y) dy = 0 ( 2-12 ) Disebut eksak bila memenuhi : M y = N x Substitusikan pers.(2-11) ke dalam pers.(2-12): y [ F(x)(fy r) ] = d F(x) f. F(x) = d dx F(x) dx ln F = f(x) dx Bila maka h(x) = f(x) dx F(x) = e h(x) ( 2-13 ) F(x) adalah FAKTOR INTEGRAL AGUS R UTOMO DEPEARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK - UNIVERSITAS INDONESIA 10

Kalikan pers.(9) dengan pers.(13), d dx ( ye h ) = e h. r e h ( y + f y)= e h. r ( 2-14 ) Ingat dan h = h(x) = f(x) dx h = (dh/dx) = f(x), Perhatikan persamaan (14) d (y. e h ) = y. e h + y. e h (dh/dx) = [ y + (dh/dx).y ] e h = [ y + f. y ] e h Maka y. e h = r. e h dx + k ( 2-15 ) Bila pers. (15) dijabarkan : Kedua ruas dibagi dengan e h, sehingga didapatkan : y = e -h [ e h r dx + k ] ( 2-16 ) dengan h = h(x) = f(x) dx AGUS R UTOMO DEPEARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK - UNIVERSITAS INDONESIA 11

Contoh 1: xy + y + 4 = 0 y + (1/x) y = -(4/x) y + f y = r f = (1/x) dan r = -(4/x) h = h(x) = f(x) dx = (1/x) dx = ln x y = e -ln x [ e ln x -(4/x) dx + k ] y = e ln (1/x) [ -4 dx + k ] y = (1/x) (-4x + k ) = (k/x) 4 Contoh 2: y + y tan x = sin 2x ; y(0) = 1 f = tan x dan r = sin 2x h = f(x) dx = tan x dx = -ln cos x y = e ln cos x [ e -ln cos x sin 2x dx + k ] = cos x [ {-(sin 2x)/(cos x)} dx + k ] = cos x [ 2 cos x + k ] y = k cos x + 2 cos 2 x y(0) = 1 maka k = -1 dan y = 2 cos 2 x cos x AGUS R UTOMO DEPEARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK - UNIVERSITAS INDONESIA 12

Contoh 3 : y y = e 2x f(x) = -1 ; r = e 2x ; h = f(x) dx = -x y = e x [ e -x (e 2x ) dx + k ] = e x ( e x + k ) = ke x +e 2x SOAL-SOAL LATIHAN 4 Carilah solusi dari soal-soal di bawah ini : 1. y + y = 1 2. xy + y = 2x 3. y + xy = 2x 4. y + 2y = cos x 5. y + 3y = e 2x + 6 6. y tan x +1 = y 7. y = 2(y/x) + x 2 e x 8. (x 2-1) y = xy x 9. y y = e x ; y(1) = 0 10. y x 3 y = -4x 3 ; y(0) = 6 AGUS R UTOMO DEPEARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK - UNIVERSITAS INDONESIA 13

6. PERSAMAAN BERNOULLI Digunakan untuk menyelesaikan PD orde 1. Bentuk umum persamaan : y + f(x) y = g(x) y m (2-17) Dimana a = sembarang bilangan riel Untuk m = 0 dan m = 1, PD menjadi linier Tinjau u(x) = y (1-m) du = (1-m) y -m dy du/dx = (1-m) y -m dy/dx u = (1-m) y -m y Kalikan PD semula dengan (1-m) y -m [(1-m)y -m ] y +f(x) y [(1-m) y -m ]= g(x) y m [(1-m) y- m ] (1-m)y -m y + (1-m) f(x) y (1-m) = (1-m) g(x) u + (1-m) f(x) u = (1-m) g(x). (2-18) AGUS R UTOMO DEPEARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK - UNIVERSITAS INDONESIA 14

Contoh : 1. Cari solusi dari y + x -1 y = x -1 y 2 Penyelesaian : y +(1/x) y = (1/x) y 2 f(x) = 1/x ; g(x) = 1/x ; m=2 maka u = y (1-2) u + (1-m)f(x) u = (1-m) g(x) u (1/x) u = -(1/x) Selanjut gunakan faktor integral. h = f(x) dx = -(1/x)dx = - ln(x) ; r = -(1/x) u= e ln(x) [ e -ln(x) (-1/x) dx + k ] = x [ -(1/x 2 ) dx + k ] = kx + 1 u = y -1 = kx + 1 sehingga y = 1/(kx + 1) 7. PERSAMAAN CAUCHY/EULER Persamaan Cauchy atau disebut juga Persamaan Euler adalah persamaan yang digunakan untuk menyelesaikan PD orde 2. Bentuk umum persamaan : x 2 y + axy + by = 0 ( 2-19 ) dengan a dan b = konstanta AGUS R UTOMO DEPEARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK - UNIVERSITAS INDONESIA 15

Perhatikan y = x m ( 2-20 ) Bila diturunkan, menjadi y = m x (m-1) ( 2-21 ) Y = m(m-1) x (m-2) ( 2-22 ) Bila persamaan (2-20), (2-21) dan (2-22) disubstitusikan ke dalam persamaan (2-19), maka persamaan tersebut menjadi : x 2 [m(m-1) x (m-2) ] + ax[m x (m-1) ] + b[x m ]=0 m(m-1) x m + am x m + bx m =0 m 2 x m + (a-1)m x m + bx m =0 m 2 + (a-1)m + b = 0 ( 2-23 ) Kondisi khusus : 1. Nilai akar-akar m 1 dan m 2 berbeda (m 1 m 2 ); Solusi umumnya y 1 = x m1 dan y 2 = x m2 k 1 = k 2 = konstanta y = k 1 x m1 +k 2 x m2 ( 2-24 ) AGUS R UTOMO DEPEARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK - UNIVERSITAS INDONESIA 16

Nilai akar-akar m 1 =m 2. Nilai-nilai m 1 = m 2 bila dan hanya bila b = (1/4)(1-a) 2 ; m 1 = m 2 = [(1-a)/2] dan solusi umumnya adalah : y = (k 1 + k 2 ln x) x m ( 2-25 ) dengan k 1 dan k 2 adalah konstanta Contoh 1. Carilah solusi dari x 2 y 1.5 xy 1.5 y = 0 Penyelesaian y = kx m ; a = -1.5 dan b = -1.5 (a-1)m + b = 0 m 2 + (-1.5-1)m - 1.5 = 0 m 2-2.5m - 1.5 = 0 Akar-akar persamaannya : m 1 = -0.5 dan m 2 = 3 y 1 = x m1 = x (-0.5) = 1/( x) y 2 = x m2 = x 3 Maka solusi umumnya adalah : y = [k 1 /( x)] + k 2 x 3 AGUS R UTOMO DEPEARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK - UNIVERSITAS INDONESIA 17

2. Carilah solusi dari x 2 y 3xy + 4y = 0 Penyelesaian : Lihat persamaan (2-19) ; x 2 y + axy + by = 0 a = -3 dan b = 4 Periksa nilai-nilai m : b = (1/4)(1-a) 2 b = (1/4)(1+3) 2 = 4 ; m 1 = m 2 = [(1-a)/2] (memenuhi syarat) maka m1,2 = (1+3)/2 = 2 Cara lain : y = x m a= -3 dan b = 4 m 2 + (a-1)m + b = 0 m 2 + (-3-1)m + 4 = 0 m 2-4m + 4 = 0 (m-2) 2 = 0 ; m 1,2 = 2 Solusi umum : y = k 1 x 2 + k 2 x 2 ln X AGUS R UTOMO DEPEARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK - UNIVERSITAS INDONESIA 18

8. AKAR-AKAR PERSAMAAN KARAKTERISTIK Bentuk umum persamaan y + ay + by = 0 ( 2-26 ) Bila solusinya adalah persamaan karakteristik λ, maka λ 2 + aλ + b = 0 ( 2-27 ) dan akar-akarnya yaitu λ 1 = [-a + (a 2 4b)]/2 ( 2-28 ) λ 2 = [-a - (a 2 4b)]/2 ( 2-29 ) a dan b adalah bilangan real (nyata) dan D = (a 2 4b) ( 2-30) D = Diskriminan Persamaan karakteristik yang terbentuk : Kasus 1 : D > 0 ; ada 2 akar nyata berbeda Kasus 2 : D = 0 ; ada 2 akar nyata kembar (harganya sama) Kasus 3 : D < 0 ; ada 2 akar kompleks conjugate (*) AGUS R UTOMO DEPEARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK - UNIVERSITAS INDONESIA 19

Kasus 1 : D > 0 (dua akar nyata berbeda harga) (a 2 4b)> 0 Solusi umumnya y 1 = e λ1 X dan y 2 = e λ2 X y = k 1 e λ1 X + k 2 e λ2 X ( 2-31 ) Contoh : Carilah solusi umum dari PD di bawah ini : y + y - 2y = 0 λ 2 + λ -2 = 0 (λ -1)(λ + 2) =0 λ 1 = 1 dan λ 2 = -2 Solusi umumnya y = k 1 e X + k 2 e -2 X AGUS R UTOMO DEPEARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK - UNIVERSITAS INDONESIA 20

Kasus 2 : D = 0 ( dua akar nyata ganda berharga sama) (a 2 4b) = 0 ; b = (1/4)a 2 Disebut kondisi kritis y + ay + (1/4)a 2 y = 0 ( 2-32 ) akar ganda λ = -(a/2) Solusi 1. Hanya ada 1 solusi yaitu : y 1 = e λ X dengan λ = -(a/2) 2. Solusi lain y 2y2 (x) = u(x)y 1 (x) dengan y 1 (x) = e (-ax/2) Hitung u dan substitusikan y 2 dan turunannya ke dalam persamaan ( 7 ). sehingga menjadi : u{y 1 +ay 1 + (1/4) a 2 y 1 } + u(2y 1 +ay 1 ) + u y 1 = 0 AGUS R UTOMO DEPEARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK - UNIVERSITAS INDONESIA 21

1. Karena y 1 adalah solusi 1 ; { y 1 +ay 1 + (1/4) a 2 y 1 } = 0 2. Karena 2y 1 = 2(-a/2) e -(ax/2) = ay 1 (2y 1 +ay 1 ) = 0 sehingga u y 1 = 0, karenanya u = 0, Solusi u = x memberikan : y 2 (x) = xe λ X ; λ = -a/2 Dalam kasus akar ganda, basis dari solusi 1. pada setiap interval adalah : e λ X dan xe λ X untuk λ = -a/2 Sehingga Solusi umum PD pada kasus akar ganda ialah : y = (k 1 + k 2 x) e λ X ( 2-33 ) dengan λ = -a/2 AGUS R UTOMO DEPEARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK - UNIVERSITAS INDONESIA 22

Contoh : Carilah solusi umum dari PD berikut ini 1. y + 8y + 16 y = 0 Jawab: λ 2 + 8 λ +16 = 0 Akar ganda ; λ = -4 Basis solusi adalah : e -4x dan x e -4x Sehingga solusi umumnya adalah : y = (k 1 + k 2 x) e -4x 2. y - 4y + 4y = 0 ; y(0) = 3 ; y (0) = 1 Jawab : λ 2-4λ +4= 0 Akar ganda ; λ = -2 Basis solusi adalah : e -2x dan x e -2x Solusi umum : y = (k 1 + k 2 x) e -2x AGUS R UTOMO DEPEARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK - UNIVERSITAS INDONESIA 23

Bila diturunkan, akan didapatkan : y (x) = k 2 e 2x + 2(k 1 +k 2 x)e 2x Substitusikan harga-harga yang diketahui : y(0) = 3 dan y (0) = 1 sehingga didapatkan k 1 = 3 dan k 2 + 2k 1 = 1 k 1 = 3 dan k 2 = -5 Solusi umumnya menjadi : y = (3 5x) e 2x Kasus 3 : D < 0 ; ada 2 akar kompleks conjugate (*) Akar-akar kompleks haruslah conjugate (*) λ 1 = p + j q dan λ 2 = p - j q AGUS R UTOMO DEPEARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK - UNIVERSITAS INDONESIA 24

dengan p dan q adalah real ; q 0 dengan asumsi a dn b juga real. 1. Terbentuk basis : y 1 = e (p+jq)x y 2 = e (p-jq)x Dengan menerapkan rumus Euler e jθ = cos θ + j sin θ e- jθ = cos θ -j sin θ Anggap θ = qx, sehingga dari rumus Euler didapatkan : y 1 = e (p+jq)x = e px e jqx y 1 = e px (cos θ + j sin θ ) y 2 = e (p-jq)x = e px e- jqx y 2 = e px (cos θ -j sin θ ) AGUS R UTOMO DEPEARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK - UNIVERSITAS INDONESIA 25

½ (y 1 + y 2 ) = e px cos qx (1/2j)(y 1 y 2 ) = e px sin qx 2. Terbentuk basis untuk setiap interval, yaitu : e px cos qx dan e px sin qx Sehingga solusi umumnya adalah : y(x) = e px (A cos qx + B sin qx) ( 2-34 ) dengan A dan B adalah konstanta Contoh : 1. Carilah solusi dari PD berikut ini y y + 10 y = 0 AGUS R UTOMO DEPEARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK - UNIVERSITAS INDONESIA 26

Jawab : Persamaan karakteristiknya λ 2-2λ +10 = 0 akar-akarnya λ = p + jq = 1 + j3 λ = p jq = 1 j3 berarti p = 1 dan q = 3 sehingga memberikan basis e x cos 3x dan e x sin 3x Solusi umumnya : y = e x (A cos 3x + B sin 3x) 2. Carilah solusi dari PD berikut ini y y + 10 y = 0 ; y(0) = 4 ; y (0)=1 Jawab : Solusi umum (lihat jawaban akhir soal di atas) y = e x (Acos 3x + Bsin 3x 3Asin 3x + 3Bcos 3x) AGUS R UTOMO DEPEARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK - UNIVERSITAS INDONESIA 27

Dari nilai-nilai awal di dapatkan : y(0) = A = 4 y (0) = A + 3B = 1 ; B = -1 maka solusi umumna adalah : y = e x (4 cos 3x - sin 3x) 3. Carilah solusi dari PD berikut ini y + ω 2 y = 0 ω = konstanta 0 Jawab : Solusi umumnya adalah y = A cos ωx + B sin ωx AGUS R UTOMO DEPEARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK - UNIVERSITAS INDONESIA 28

IKHTISAR PERSAMAAN KARAKTERISTIK PD HOMOGEN ORDE 2 Kasus 1 Akar-akar : Real λ 1, λ 2 Basis : e λ1x, e λ2x Solusi Umum : y = k 1 e λ1x + k 2 e λ2x Kasus 2 Akar-akar Basis Solusi Umum : Real Ganda, λ (=-a/2) : e λx, xe λx : y = (k 1 + k 2 x)e λx Kasus 3 Akar-akar Basis Solusi Umum : Kompleks, Conjugate λ 1 = p + jq ; λ 2 = p - jq : e px cos qx ; e px sin qx : y = e px (A cos qx + B sin qx) AGUS R UTOMO DEPEARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK - UNIVERSITAS INDONESIA 29

SOAL-SOAL LATIHAN 5 Selesaikan PD berikut ini : 1. y -2y 3 y = 0 6. 4y -4y +y=0 2. y -2y + y = 0 7. 8y -2y -y=0 3. y - 6y + 25y = 0 8. y + 2ky + k 2 y =0 4. y + 6y + 9y = 0 9. y + π 2 y=0 5. 2y + 3y - 2y = 0 10. y + 2y +(π 2 +1)y =0 11. y 4y = 0 ; y(0) = 2 ; y (0) = 4 12. y + 4y = 0 ; y(0) = 0 ; y (0) = 6 13. y - 6y + 9y = 0 ; y(0) = 2 ; y (0) = 8 14. y + 2y + y = 0 ; y(0) = 1 ; y (0) = -2 15. y + 4y + 5y = 0 ; y(0) = 1 ; y (0) = -3 16. 4y + 4y + y = 0 ; y(0) = -2 ; y (0) = 1 17. y - 3y + 2y = 0 ; y(0) = -1 ; y (0) = 0 AGUS R UTOMO DEPEARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK - UNIVERSITAS INDONESIA 30