Persamaan Difusi. Penurunan, Solusi Analitik, Solusi Numerik (Beda Hingga, RBF) M. Jamhuri. April 7, UIN Malang. M. Jamhuri Persamaan Difusi

dokumen-dokumen yang mirip
Soal Ujian 2 Persamaan Differensial Parsial

Metode Beda Hingga pada Persamaan Gelombang

PDP linear orde 2 Agus Yodi Gunawan

Solusi Numerik Persamaan Transport dengan RBF

Simulasi Persamaan Gelombang

BAB III HASIL DAN PEMBAHASAN. analitik dengan metode variabel terpisah. Selanjutnya penyelesaian analitik dari

BAB III PERSAMAAN DIFUSI, PERSAMAAN KONVEKSI DIFUSI, DAN METODE PEMISAHAN VARIABEL

Bab 2. Landasan Teori. 2.1 Persamaan Air Dangkal Linier (Linier Shallow Water Equation)

TINJAUAN PUSTAKA. diketahui) dengan dua atau lebih peubah bebas dinamakan persamaan. Persamaan diferensial parsial memegang peranan penting di dalam

Sidang Tugas Akhir - Juli 2013

Persamaan Diferensial Biasa

perpindahan, kita peroleh persamaan differensial berikut :

METODE PEMISAH VARIABEL: PERSAMAAN LAPLACE

KALKULUS MULTIVARIABEL II

PENYELESAIAN PERSAMAAN DIFFERENSIAL ORDE 1 - I

Bab 2 TEORI DASAR. 2.1 Linearisasi Persamaan Air Dangkal

Reflektor Gelombang 1 balok

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

Bab 2. Landasan Teori. 2.1 Persamaan Air Dangkal (SWE)

BAB II PENGANTAR SOLUSI PERSOALAN FISIKA MENURUT PENDEKATAN ANALITIK DAN NUMERIK

SOLUSI PENYEBARAN PANAS PADA BATANG KONDUKTOR MENGGUNAKAN METODE CRANK-NICHOLSON

Kalkulus Multivariabel I

UJI KONVERGENSI. Januari Tim Dosen Kalkulus 2 TPB ITK

MA1201 KALKULUS 2A (Kelas 10) Bab 8: Bentuk Tak Tentu d

BAB IV SIMULASI NUMERIK

PERSAMAAN DIFERENSIAL I PERSAMAAN DIFERENSIAL BIASA

Modul Praktikum Analisis Numerik

PENGANTAR MATEMATIKA TEKNIK 1. By : Suthami A

BAB II KAJIAN TEORI. homogen yang dikenal sebagai persamaan forced Korteweg de Vries (fkdv). Persamaan fkdv yang dikaji dalam makalah ini adalah

BAB I DASAR-DASAR PEMODELAN MATEMATIKA DENGAN PERSAMAAN DIFERENSIAL

III PEMBAHASAN. Berdasarkan persamaan (2.15) dan persamaan (2.16), fungsi kontinu dan masing-masing sebagai berikut : dan = 3

1 Pendahuluan pdp 2. 4 Persamaan Difusi Prinsip Maksimum Fungsi Green Metoda separasi variable, recall...

Kalkulus Multivariabel I

Kalkulus Multivariabel I

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

BAB PDB Linier Order Satu

Modul Praktikum Analisis Numerik

: D C adalah fungsi kompleks dengan domain riil

Bab 4 DINDING SINUSOIDAL SEBAGAI REFLEKTOR GELOMBANG

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

BAB VI INTEGRAL TAK TENTU DAN PENGGUNAANNYA

Catatan Kuliah MA1123 KALKULUS ELEMENTER I BAB III. TURUNAN

Jurusan Matematika FMIPA-IPB

BAB 1 PERSAMAAN DIFERENSIAL ORDER SATU

BAB 1 Konsep Dasar 1

Simulasi Perambatan Tsunami menggunakan Persamaan Gelombang Air-Dangkal

digunakan untuk menyelesaikan integral seperti 3

Department of Mathematics FMIPAUNS

Pemodelan Matematika dan Metode Numerik

FUNGSI KHUSUS DALAM BENTUK INTEGRAL

KALKULUS MULTIVARIABEL II

BAB I PERSAMAAN DIFERENSIAL LINIER ORDE I

BANK SOAL METODE KOMPUTASI

MASALAH SYARAT BATAS (MSB)

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

Pengantar Metode Perturbasi Bab 1. Pendahuluan

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.

MATEMATIKA TEKNIK 2 S1-TEKNIK ELEKTRO. Mohamad Sidiq

BAB I PENDAHULUAN. terbagi dalam berberapa tingkatan, gelombang pada atmosfir yang berotasi

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

Pertemuan 1 dan 2 KONSEP DASAR PERSAMAAN DIFERENSIAL

DERET TAYLOR UNTUK METODE DEKOMPOSISI ADOMIAN ABSTRACT

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

BAB 4 ANALISIS DAN BAHASAN

Barisan dan Deret Agus Yodi Gunawan

MODUL RESPONSI MAM 4222 KALKULUS IV

KONSEP DASAR PERSAMAAN DIFERENSIAL

MATEMATIKA 3 Turunan Parsial. -Irma Wulandari-

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

BAB III Diferensial. Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia

TURUNAN. Ide awal turunan: Garis singgung. Kemiringan garis singgung di titik P: lim. Definisi

MA1201 KALKULUS 2A Do maths and you see the world

Suku Banyak Chebyshev

BAB 2 LANDASAN TEORI

11. Konvolusi. Misalkan f dan g fungsi yang terdefinisi pada R. Konvolusi dari f dan g adalah fungsi f g yang didefinisikan sebagai.

TURUNAN. Bogor, Departemen Matematika FMIPA-IPB. (Departemen Matematika FMIPA-IPB) Kalkulus: Turunan Bogor, / 50

Persamaan Diferensial Parsial CNH3C3

Persamaan Poisson. Fisika Komputasi. Irwan Ary Dharmawan

FUNGSI EVANS, SIFAT-SIFAT DAN APLIKASINYA PADA PELACAKAN NILAI EIGEN DARI MASALAH STURM-LIOUVILLE

BAB 2 PDB Linier Order Satu 2

Open Source. Not For Commercial Use

Ringkasan Kalkulus 2, Untuk dipakai di ITB 1

4. Deret Fourier pada Interval Sebarang dan Aplikasi

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

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

II. TINJAUAN PUSTAKA. Turunan fungsi f adalah fungsi lain f (dibaca f aksen ) yang nilainya pada ( ) ( ) ( )

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

5.1 Fungsi periodik, fungsi genap, fungsi ganjil

LAMPIRAN I. Alfabet Yunani

Agus Suryanto dan Isnani Darti

4. Deret Fourier pada Interval Sebarang dan Aplikasi

NOISE TERMS PADA SOLUSI DERET DEKOMPOSISI ADOMIAN DALAM MENYELESAIKAN PERSAMAAN DIFERENSIAL PARSIAL ABSTRACT

Husna Arifah,M.Sc : Persamaan Bessel: Fungsi-fungsi Besel jenis Pertama

Persamaan Diferensial

Kalkulus Variasi. Masalah Kalkulus Variasi, Fungsional Objektif, Variasi, Syarat Perlu Optimalitas. Toni Bakhtiar. Departemen Matematika IPB

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

SOLUSI NUMERIK UNTUK PERSAMAAN INTEGRAL KUADRAT NONLINEAR. Eka Parmila Sari 1, Agusni 2 ABSTRACT

3 LIMIT DAN KEKONTINUAN

Hendra Gunawan. 26 Februari 2014

TINJAUAN KASUS PERSAMAAN PANAS DIMENSI SATU SECARA ANALITIK

Transkripsi:

Persamaan Difusi Penurunan, Solusi Analitik, Solusi Numerik (Beda Hingga, RBF) M Jamhuri UIN Malang April 7, 2013

Penurunan Persamaan Difusi Misalkan u(x, t) menyatakan konsentrasi dari zat pada posisi x dan pada waktu t Pada selang [x 0,x 1 ], massa zat dan perubahan massa M = dm dt ˆ x1 x 0 u(x,t)dx ˆ x1 = u t (x,t)dx (1) x 0 Massa pada selang tersebut akan berubah bila ada zat yang masuk atau keluar selang tersebut Hukum Fick mengatakan rata-rata penyebaran sebanding dengan gradien konsentrasi dm dt = zat masuk zat keluar = ku x (x 1, t) ku x (x 0, t) (2) dimana k adalah konstanta pembanding dengan menyamakan dm dt pada persamaan (1) dan (2) diperoleh ˆ x1 x 0 u t (x,t)dx = ku x (x 1,t) ku x (x 0, t) atau ˆ x1 x 0 u t (x,t) dx = k ˆ x1 x 0 u xx (x,t) dx (3)

Jika integral kedua ruas dari (3) dihilangkan diperoleh u t = ku xx (4) yang biasa disebut sebagai persamaan difusi atau persamaan panas

Solusi Analitik Sebelum menentukan solusi persamaan difusi (4) pada daerah < x < dan t > 0, kita tinjau lebih dahulu solusi persamaan difusi dalam bentuk khusus dengan Q (x,t) = g (p) p = x 4kt Permasalahan disini adalah bagaimana bentuk dari g, untuk itu akan kita lakukan langkah-langkah sebagai berikut: substitusikan Q pada (4), dengan Q t = dg p dp t = 1 2t pg (p) (5) Q x = dg p dp x 1 = g (p) (6) 4kt 2 Q x 2 = = 1 4kt x g (p) 1 4kt g (p) (7)

sehingga diperoleh Q t = kq xx 1 [ ] 1 2t pg (p) = k 4kt g (p) pg (p) = 1 2 g (p) Solusi dari (8) dapat diperoleh sebagai berikut misalkan dan Solusi dari ODE (10) adalah g (p)+2pg (p) = 0 (8) d 2 dp 2 g (p)+2p d dp g (p) = 0 ( ) d dg dp + 2p = 0 dp dg dp = v (9) ( ) d dp + 2p v = 0 (10) dv dp v = 2pv = C 1 e p2

selanjutnya substitusikan v pada (9), sehingga diperoleh dan ˆ dg dp = C 1 e p2 dg = C 1ˆ e p2 dp [ˆ ] g = C 1 e p2 dp + C 2 Q(x,t) = C 1ˆ x 4kt 0 e p2 dp + C 2 Konstanta C 1 dan C 2 diperoleh dengan menggunakan syarat awal khusus, yang diberikan dalam bentuk { 1, untuk x > 0 Q (x,0) = 0, untuk x < 0

Hitung limit t 0 + Kasus x > 0 lim Q (x, t) = C1 t 0 + ˆ 0 e p2 dp + C 2 = C 1 π 2 + C2 = 1 Dalam menghitung integral tak wajar, kita gunakan distribusi normal berbentuk 1 e πˆ p2 dp = 1 Kasus x < 0 ˆ 0 π lim Q (x, t) = C1 e p2 dp+c 2 = C t 0 1ˆ e p2 dp+c 2 = C 1 0 2 +C2 = 0 Dari dua limit diatas diperoleh sehingga untuk t > 0 C 1 = 1 π dan C 2 = 1 2 Q(x,t) = 1 2 + πˆ 1 x 4kt 0 e p2 dp Dari Q yang sudah diperkenalkan di atas, kita akan menentukan solusi u terkait dengan Q Tetapi lebih dahulu kita perhatikan sifat-sifat berikut

Jika u memenuhi u t ku xx = 0 maka v = u x juga memenuhi persamaan tersebut Kita dapat menunjukkan dengan memeriksa apakah v memenuhi persamaan, turunan dari v v t = ( ) u t x = v x = v xx = 2 u t x ( ) u x x = 2 u x 2 x ( 2 u x 2 = 3 u x 3 Selanjutnya terapkan v t, dan v xx diatas pada persamaan difusi, yaitu 2 u v t kv xx = t x u k 3 x [ 3 ] u = x t u k 2 x 2 = x 0 = 0 memenuhi persamaan difusi )

Dengan Q seperti didefinisikan diatas, S (x,t) = Q x juga solusi persamaan panas Hal ini dapat ditunjukkan, karena Q memenuhi persamaan panas, dan sifat sebelum ini, Begitu juga S (x,y) memenuhi persamaan panas, dan juga ˆ W (x,t) = S (x y,t) g (y)dy untuk sebarang g (y) asalkan integral konvergen Dengan sifat-sifat diatas dan pendefinisian S terkait dengan Q, maka u dapat didefinisikan sebagai ˆ u(x,t) = S (x y,t)φ(y)dy untuk t > 0, yang memenuhi persamaan panas Masalah sekarang adalah apakah u tersebut memenuhi kondisi awal u(x,0) = φ(x) Untuk itu, kita tuliskan u dalam dalam Q sedangkan ˆ u(x,t) = Q x (x y,t)φ(y)dy Q x = Q y (x y) = Q (x y) y (x y) x y x

Selanjutnya gunakan integral parsial, sehingga diperoleh u(x,t) = [Qφ ˆ ] Q (x y,t)φ (y)dy Suku pertama pada ruas kanan bernilai nol dengan menggunakan asumsi φ 0 untuk y, sehingga diperoleh ˆ u(x,0) = Q (x y,0)φ (y)dy Sekarang kita gunakan Q (x,0) = 1 untuk x > 0 Q (x y,0) = 1 untuk y < x dan dengan uraian yang sama diperoleh Q(x y, 0) = 0 untuk y > x Bila hal ini diterapkan pada integral, didapat ˆ x u(x,0) = φ (y)dy = φ(x) memenuhi syarat yang ada, dan secara eksplisit solusinya u(x,t) = 1 4πktˆ e (x y)2 4kt φ(y) dy (11)

Contoh Tentukan solusi u t ku xx = 0 untuk < x <, dengan syarat awal Dari persamaan 11 diperoleh u(x,t) = = u(x,0) = e x 1 4πktˆ 1 4πktˆ e (x y)2 4kt e y dy [ e ] (x y) 2 +4kty 4kt dy (12) (x y) 2 + 4kty 4kt sehingga (12) menjadi = = = = 1 [ ] (x y) 2 + 4kty 4kt 1 [( x 2 xy + y 2) + 4kty ] 4kt 1 [(x y 2kt) 2 + 4ktx 4k 2 t 2] 4kt ( ) x y 2kt 2 +(x kt) 4kt ˆ u(x,t) = e (x kt) e s2 ds = e (x kt) 4πkt

Metode Pemisahan Variabel Diberikan persamaan difusi dengan kondisi batas u t = 3u xx pada 0 < x < π, t > 0 (13) u(0, t) = u(π,t) = 0 (14) u(x,0) = 4sin(2x) (15) Misalkan u(x, t) = X (x) T (t) dan substitusikan pemisalan tersebut pada (13), sehingga diperoleh XT T 3T = 3X T = X X Ruas kiri dari (16) hanya bergantung pada variabel t saja, sedangkan ruas kanan hanya bergantung pada variabel x saja, kondisi tersebut hanya mungkin dipenuhi jika keduanya merupakan konstan yaitu (16) T 3T = X = λ (17) X Misalkan λ = β 2, maka persamaan (17) dapat dituliskan menjadi dua buah ODE yaitu X +β 2 X = 0 (18) dan T + 3λT = 0 (19)

Solusi dari (18) adalah X (x) = C 1 e iβx + C 2 e iβx atau dalam bentuk sinusoidal X (x) = A cos(βx)+b sin(βx) (20) Kondisi u(0, t) = 0 memberikan A = 0, sehingga X (x) = B sin(βx) selanjutnya kondisi u(π, t) = 0 memberikan sin(βπ) = 0 βπ = arcsin 0 βπ = nπ, {n = 0,1, 2,} β = n sehingga diperoleh X n (x) = sin(nx) (21) Solusi dari persamaan (19) adalah T (t) = Ce 3λt karena λ = β 2 = n 2, maka T n (t) = Ce 3n2 t (22)

Dari persamaan (21) dan (22), maka diperoleh solusi u n (x,t) = C ne 3n2t sin(nx) Karena kombinasi linier dari solusi persamaan difusi adalah solusi, maka u(x,t) = C ne 3n2t sin(nx) (23) n=1 Selanjutnya gunakan kondisi awal (15) u(x,0) = 4sin(2x) sehingga diperoleh dimana C n 4sin(2x) = C n sin(nx) n=1 = 8 ˆ π sin(2x)sin(nx)dx π 0 { 0, jika n 2 = 4 n lainnya Substitusikan kembali C n pada (23) sehingga diperoleh u(x,t) = 4e 12t sin(2x)

Metode Numerik dengan RBF Persamaan difusi (13) yaitu u t = 3u xx kita aproksimasi dengan jaringan RBF sebagai dimana N j=1 N j=1 α j t φ(x,t) = 3 N j=1 α j 2 x 2φ(x,t) [ ] 2 α j φ(x,t) 3 t x 2φ(x,t) = 0 (24) φ(x,t) = (x c) 2 +(t d) 2 +ǫ 2 t φ(x,t) = t d (x c) 2 +(t d) 2 +ǫ 2 2 x 2φ(x,t) = (t d) 2 +ǫ 2 [ ] (x c) 2 +(t d) 2 3 +ǫ 2 2 {α} N j=1 adalah koefisien interpolan atau bobot jaringan yang akan ditentukan, sedangkan c dan d adalah center dari jaringan, dan ǫ adalah parameter bebas yang harus dipilih

Berikutnya aproksimasi kondisi batas (14) memberikan dan Dari kondisi batas (15) diperoleh N α j φ(0, t) = 0 (25) j=1 N α j φ(π,t) = 0 (26) j=1 N α j φ(x,0) = 4sin(2x) (27) j=1 Untuk mendapatkan solusi numerik dari persamaan difusi (13) dengan kondisi batas (14) dan (15), pertama kita harus menentukan koefisien α dari sistem persamaan (24), (25), (26), dan (27) Selanjutnya gunakan α yang didapat untuk menentukan solusi u dengan cara mengaproksimasi u sebagai u(x,t) N α j φ(x,t) j=1

Hasil Simulasi Hasil simulasi metode RBF diatas diperoleh dengan menggunakan 16 buah titik untuk 0 < x < π dan 21 buah titik untuk 0 < t < 1 Parameter ǫ dipilih sebagai ǫ = var(x)+var(y) 2

Plot error mutlak antara metode RBF vs hasil eksak

Metode Beda Hingga: FTCS Pada tulisan ini akan dibahas beberapa metode beda hingga untuk persamaan difusi u t = ku xx (28) dengan k suatu konsatnta Metode FTCS (Forward Time Central Space) biasa disebut sebagai metode eksplisit untuk persamaan difusi Pada metode ini, forward time diterapkan pada u t dengan akurasi O ( t) dan metode beda pusat yang diterapkan pada u xx dengan akurasi O ( x 2), sehingga diperoleh persamaan beda sebagai berikut: u n+1 j uj n t Persamaan (29) dapat disederhanakan sebagai atau dengan S = k t x 2 u n+1 j u n+1 j = k un j+1 2un j + u n j 1 x 2 (29) = k t ( ) x 2 uj+1 n 2un j + uj 1 n + uj n ( ) = (1 2S)uj n + S uj+1 n + un j 1 (30)

Stencil untuk metode FTCS pada persamaan difusi dapat dilihat pada gambar berikut: Kestabilan: Substitusikan uj n = ρ n e iaj pada persamaan (30), sehingga diperoleh ( ρ n+1 e iaj = (1 2S)ρ n e iaj + S ρ n e ia(j+1) +ρ n e ia(j 1)) (31) Bagi kedua ruas dari persamaan (31) dengan ρe iaj, sehingga diperoleh ρ = (1 2S)+S (e ia + e ia) = (1 2S)+S ([cos a+i sina]+[cos a i sina]) = (1 2S)+2S cos a = 1+2S (cos a 1) Agar skema stabil, maka ρ 1, yaitu ρ = 1+2S (cos a 1) 1 1 1+2S (cos a 1) 1 2 2S (cos a 1) 0 1 S (cos a 1) 0 0 (1 cos a)s 1

min(1 cos a) = 0, dan max(1 cos a) = 2, sehingga 2S 1 Jadi skema akan stabil jika Konsistensi: Diberikan dua hampiran berikut: S 1 2 S = k t x 2 1 2 u n+1 j = u n j + t u t n j + 1 2 t2 u tt n j + 1 3! t3 u ttt n j + 1 4! utttt n j + (32) uj±1 n = uj n ± x u x n j + 1 2 x2 u xx n j ± 1 3! x3 u xxx n j + 1 4! uxxxx n j + (33) u n j+1 + un j 1 = 2un j + x 2 u xx n j + 1 12 uxxxx n j + (34) Substitusikan (32) dan (34) pada persamaan (28), sehingga diperoleh uj n + t u t n j + 1 2 t2 u tt n j + = (1 2S)uj n + ( S 2uj n + x 2 u xx n j + 1 ) 12 uxxxx n j +

Contoh Penerapan Metode FTCS Diberikan persamaan difusi dengan kondisi batas u t = 3u xx pada 0 < x < π, t > 0 (35) u(0, t) = u(π,t) = 0 (36) u(x,0) = 4sin(2x) (37) Persamaan difusi (35) dengan kondisi batas (36), dan (37) diatas akan kita selesaikan secara numerik menggunakan skema FTCS dengan langkah-langkah sebagai berikut Persamaan (35) kita diskritkan dengan menggunakan persamaan beda (30), yaitu u n+1 j = (1 2S)u n j + S sedangkan kondisi batas (36) dan (37) sebagai ( ) uj+1 n + un j 1, S = 3 t x 2 (38) u n 1 = 0 dan un M x = 0 uj 1 = 4sin ( ) 2x j dimana {n = 1,N t, j = 1,,M x} dengan N t = T 0 dan M t x = π 0 x Contoh, misalkan untuk j = 2 dan n = 1, maka (38) menjadi u2 2 = (1 2S)u1 2 + S ( u3 1 + ) u1 1

Simulasi metode beda hingga FTCS

Error mutlak: metode beda hingga vs hasil eksak

Metode Implisit BTCS Metode BTCS memiliki akurasi O ( t, x 2), persamaan beda untuk persamaan difusi dengan menggunakan metode BTCS adalah u n+1 j uj n t = k un+1 j+1 2un+1 j + u n+1 j 1 x 2 (39) u n+1 j uj n = k t ( x 2 u n+1 j+1 2un+1 j + u n+1 j 1 Su n+1 j 1 +(2S + 1) un+1 j Su n+1 j+1 = un j (40) dengan S = k t x 2 Kestabilan: Substitusikan u n j = ρ n e iaj ke dalam (40) sehingga diperoleh Sρe ia +(2S + 1)ρ Sρe ia = 1 ( S e ia + e ia) +(2S + 1) = 1 ρ ) 2S cos a+2s + 1 1 ρ (1 cos a)2s + 1 1 ρ = 0 = 0 (1 cos a)2sρ+ρ = 1 1 ρ = (1 cos a)2s + 1

Karena untuk setiap S dan a penyebut selalu lebih besar atau sama dengan 1, maka jelas bahwa ρ 1 jadi skema stabil untuk setiap S = k t x 2 Perhtikan persamaan beda (40) diatas, jika diberikan syarat batas bertipe dirichlet yaitu u(0, t) = f 1 dan u(l, t) = f 2 Titik-titik yang harus dihitung adalah u n+1 j

Contoh penerapan metode BTCS Diberikan persamaan difusi u t = 3u xx pada 0 < x < π, t > 0 (41) dengan kondisi batas u(0, t) = u(π,t) = 0 (42) u(x,0) = 4sin(2x) (43) Persamaan beda skema BTCS untuk persamaan (41) adalah atau u n j u n 1 j t uj n u n 1 j [ ] uj n S uj+1 n 2un j + uj 1 n Su n j 1 +(1+2S) un j Su n j+1 = 3 un j+1 2un j + uj 1 n x 2 = 3 t [ ] x 2 uj+1 n 2un j + uj 1 n = u n 1 j, S = 3 t x 2 = u n 1 j Su n j 1 (1+2S) un j + Su n j+1 = un 1 j (44)

Kondisi batas (42) kita diskritkan sebagai dan (43) kita diskritkan sebagai u n 1 = 0, dan un M x = 0 (45) u 1 j = 4sin ( 2x j ) dimana {j = 1,,M x, n = 1,,N t} dengan M x = π 0 x dan Nt = (46) T 0 t Dalam bentuk matrik dapat kita gambarkan persamaan beda (44), (45), dan (46) sebagai j \ n 1 2 3 N t 1 N t 1 0 0 0 0 0 2 4sin(2x 2 ) u2 2 u2 3 u Nt 1 2 u Nt 2 3 4sin(2x 3 ) u3 2 u3 3 u Nt 1 M x 1 4sin(2x Mx 1) um 2 x 1 um 3 x 1 u Nt 1 M x 1 M x 0 0 0 0 0 0 3 u Nt 3 u Nt M x 1

Sebagai contoh, untuk j = 2,3,,M x 1 dan n = 2 akan kita tentukan u n j, yaitu maka dengan menggunakan (44) diperoleh u 2 2 =? Su n j 1 (1+2S)un j + Su n j+1 = un 1 j j = 2 Su1 2 (1+2S) u2 2 + Su2 3 = u2 1 j = 3 Su 2 (1+2S) u2 3 + Su2 4 = u3 1 j = 4 Su3 2 (1+2S) u2 4 + Su2 5 = u4 1 j = M x 1 Su 2 M x 2 (1 2S)u2 M x 1 + Su2 M x = u 1 M x 1 so we have matrix (1 + 2S) S 0 0 S (1 + 2S) S 0 0 S (1 + 2S) 0 0 0 0 (1 + 2S) u 2 u 3 2 u 4 2 u Mx 1 2 = u 1 2 Su2 1 u 1 3 u 1 4 u 1 Mx 1 Su2 Mx