MASALAH SYARAT BATAS (MSB)

dokumen-dokumen yang mirip
BAB II KAJIAN TEORI. pada penulisan bab III. Materi yang diuraikan berisi tentang definisi, teorema, dan

BAB III PEMBAHASAN. dengan menggunakan penyelesaian analitik dan penyelesaian numerikdengan. motode beda hingga. Berikut ini penjelasan lebih lanjut.

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.

Persamaan Diferensial Biasa

BAB I INTEGRAL TAK TENTU

BAB I DASAR-DASAR PEMODELAN MATEMATIKA DENGAN PERSAMAAN DIFERENSIAL

INTEGRAL (ANTI DIFERENSIAL) Tito Adi Dewanto S.TP

Fungsi Peubah Banyak. Modul 1 PENDAHULUAN

INTEGRAL. disebut integral tak tentu dan f(x) disebut integran. = X n+1 + C, a = konstanta

Persamaan Diferensial Parsial CNH3C3

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

Soal dan Pembahasan UN Matematika SMA IPA Tahun 2013

KONSEP DASAR PERSAMAAN DIFERENSIAL

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

BAB I PENGERTIAN DASAR

Persamaan Diferensial

APLIKASI INTEGRAL 1. LUAS DAERAH BIDANG

Persamaan Poisson. Fisika Komputasi. Irwan Ary Dharmawan

PERSAMAAN DIFERENSIAL I PERSAMAAN DIFERENSIAL BIASA

Persamaan Diferensial

BAB 4 MODEL RUANG KEADAAN (STATE SPACE)

Matematika I: APLIKASI TURUNAN. Dadang Amir Hamzah. Dadang Amir Hamzah Matematika I Semester I / 70

f (a) = laju perubahan y = f(x) pada x = a = turunan pertama y=f(x) pada x = a

SOAL-SOAL dan PEMBAHASAN UN MATEMATIKA SMA/MA IPA TAHUN PELAJARAN 2011/2012

KALKULUS BAB II FUNGSI, LIMIT, DAN KEKONTINUAN. DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA Universitas Indonesia

Persamaan Diferensial Parsial CNH3C3

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

f (a) = laju perubahan y = f(x) pada x = a = turunan pertama y=f(x) pada x = a

PENYELESAIAN PERSAMAAN DIFFERENSIAL ORDE 1 - I

MA5031 Analisis Real Lanjut Semester I, Tahun 2015/2016. Hendra Gunawan

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

MAKALAH MATEMATIKA DASAR TURUNAN (DIFERENSIAL)

Soal-Soal dan Pembahasan Matematika IPA SNMPTN 2012 Tanggal Ujian: 13 Juni 2012

= F (x)= f(x)untuk semua x dalam I. Misalnya F(x) =

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

PDP linear orde 2 Agus Yodi Gunawan

BAB II LANDASAN TEORI

Pertemuan 1 dan 2 KONSEP DASAR PERSAMAAN DIFERENSIAL

BAB II PENGANTAR SOLUSI PERSOALAN FISIKA MENURUT PENDEKATAN ANALITIK DAN NUMERIK

MATEMATIKA TEKNIK 2 S1-TEKNIK ELEKTRO. Mohamad Sidiq

BAB I PENDAHULUAN. Kompetensi

PENGANTAR MATEMATIKA TEKNIK 1. By : Suthami A

Barisan dan Deret Agus Yodi Gunawan

integral = 2 . Setiap fungsi ini memiliki turunan ( ) = adalah ( ) = 6 2.

Catatan Kuliah MA1123 Kalkulus Elementer I

BAB I PENDAHULUAN. Kompetensi

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

Hendra Gunawan. 16 Oktober 2013

Definisi 4.1 Fungsi f dikatakan kontinu di titik a (continuous at a) jika dan hanya jika ketiga syarat berikut dipenuhi: (1) f(a) ada,

CONTOH SOAL UAN INTEGRAL

III HASIL DAN PEMBAHASAN

TRY OUT MATEMATIKA PAKET 3B TAHUN 2010

Matematika I: Turunan. Dadang Amir Hamzah. Dadang Amir Hamzah Matematika I Semester I / 61

3 LIMIT DAN KEKONTINUAN

Catatan Kuliah KALKULUS II BAB V. INTEGRAL

Persamaan Diferensial Parsial CNH3C3

Bab II Model Lapisan Fluida Viskos Tipis Akibat Gaya Gravitasi

Department of Mathematics FMIPAUNS

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

Gambar 1. Gradien garis singgung grafik f

Geometri pada Bidang, Vektor

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

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

Bab 2 TEORI DASAR. 2.1 Linearisasi Persamaan Air Dangkal

KARAKTERISTIK ALIRAN PANAS DALAM LOGAM PENGHANTAR LISTRIK THE CHARACTERISTICS OF HEAT FLOW IN AN ELECTRICAL METAL CONDUCTOR

MA1201 MATEMATIKA 2A Hendra Gunawan

Keep running VEKTOR. 3/8/2007 Fisika I 1

MATEMATIKA DASAR TAHUN 1987

Matematika I: Turunan. Dadang Amir Hamzah. Dadang Amir Hamzah Matematika I Semester I / 75

Catatan Kuliah MA1123 KALKULUS ELEMENTER I BAB III. TURUNAN

DIKTAT KALKULUS MULTIVARIABEL I

MATEMATIKA TURUNAN FUNGSI

Variabel Banyak Bernilai Real 1 / 1

1. Akar-akar persamaan 2x² + px - q² = 0 adalah p dan q, p - q = 6. Nilai pq =... A. 6 B. -2 C. -4 Kunci : E Penyelesaian : D. -6 E.

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

KALKULUS MULTIVARIABEL II

DERET FOURIER DAN APLIKASINYA DALAM FISIKA

BAB II PERSAMAAN DIFERENSIAL BIASA

Bab 4 DINDING SINUSOIDAL SEBAGAI REFLEKTOR GELOMBANG

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

Pembahasan Soal SIMAK UI 2012 SELEKSI MASUK UNIVERSITAS INDONESIA. Disertai TRIK SUPERKILAT dan LOGIKA PRAKTIS. Matematika IPA

KALKULUS (IT 131) Fakultas Teknologi Informasi - Universitas Kristen Satya Wacana. Bagian 4. Derivatif ALZ DANNY WOWOR

Bab 16. LIMIT dan TURUNAN. Motivasi. Limit Fungsi. Fungsi Turunan. Matematika SMK, Bab 16: Limit dan Turunan 1/35

= + atau = - 2. TURUNAN 2.1 Definisi Turunan fungsi f adalah fungsi yang nilainya di setiap bilangan sebarang c di dalam D f diberikan oleh

Matematika

Soal-Soal dan Pembahasan SNMPTN Matematika IPA Tahun Pelajaran 2010/2011

Soal-Soal dan Pembahasan Matematika IPA SNMPTN 2012 Tanggal Ujian: 13 Juni 2012

PERSAMAAN DIFFERENSIAL ORDE I. Nurdinintya Athari

DISTRIBUSI SATU PEUBAH ACAK

TINJAUAN KASUS PERSAMAAN GELOMBANG DIMENSI SATU DENGAN BERBAGAI NILAI AWAL DAN SYARAT BATAS

BAB I PENDAHULUAN. perkembangan bakteri, sedangkan dalam bidang teknik yaitu pemodelan

KALKULUS MULTIVARIABEL II

SOAL DAN PEMBAHASAN TRIGONOMETRI SUDUT BERELASI KUADRAN I

BAB II LANDASAN TEORI

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

Hendra Gunawan. 25 April 2014

METODA NUMERIK (3 SKS)

Persamaan Diferensial

Integral Tak Tentu. Modul 1 PENDAHULUAN

Soal-Soal dan Pembahasan Ujian Nasional Matematika Tahun Pelajaran 2010/2011 Program Studi IPA

Transkripsi:

Program Studi Pendidikan Matematika FKIP Unmuh Ponorogo PENDAHULUAN MODEL KABEL MENGGANTUNG

DEFINISI MSB Persamaan diferensial (PD) dikatakan berdimensi 1 jika domainnya berupa himpunan bagian pada R 1. Domain adalah himpunan di mana PD terdenisi. Biasanya domain berupa himpunan (interval) terbuka (a, b), a dan b disebut titik batas. Masalah syarat batas (MSB) dimensi 1 adalah sebuah persamaan diferensial dengan tambahan syarat penyelesaian di kedua ujung interval/domainnya. Contoh: d 2 u dt 2 du + k(t) + p(t)u = f (t), t (a, b) (1) dt u(a) = α, u(b) = β. (2) Persamaan dasar (underlying): PD linear takhomogen orde 2. Domain: (a, b) Unsur yang diberikan: fungsi k(t), p(t) dan f (t), konstanta α dan β. Syarat batas: u(a) = α, u(b) = β Penyelesaian adalah fungsi u = u(x) yang memenuhi (1) dan (2).

JENIS-JENIS MSB Berdasarkan jenis persamaan yang mendasari PD biasa dan PD Parsial domain dimensi 2 dan dimensi lebih tinggi Berdasarkan order derivatif tingkat dua dan tingkat tinggi Khusus tingkat satu (rst order) hanya muncul masalah nilai awal (MNA) Jenis syarat batas syarat batas Dirichlet: spesikasi nilai penyelesaian pada batas domain, e.g. u(a) = α, u(b) = β. syarat batas Neumann: spesikasi nilai derivatif pada batas domain, e.g. u (a) = α, u (b) = β. syarat batas Robin (campuran): spesikasi nilai penyelesaian dan derivatifnya pada batas domain, e.g. u(a) = α, u (b) = β. Bila domain pada ruang berdimensi 2, misal Ω R 2 maka persamaannya berupa PD parsial dan batasnya berupa kurva lengkung Γ := Ω.

Contoh Domain MSB dimensi 2 X 2 : batas domain X 2 1 2 0 : domain 3 0 X 1 X 1 Contoh MSB yang bersuaian: Persamaan konduksi panas keadaan steady 2 u x 2 + 2 u y 2 = f (x, y), (x, y) Ω u Γ = 0 Notasi u Γ := u(x, y) = 0 pada (x, y) Γ.

Masalah Nilai Awal Syarat batas (MNASB) Bila state u tidak hanya bergantung pada variabel lokasi (spasial), tetapi juga waktu (time) yaitu u = u(x, t), x Ω dan t [0, T ] maka diperoleh masalah nilai awal dan syarat batas. Contoh: Persamaan gelombang dimensi dua 2 u x 2 + 2 u y 2 = 1 2 u c 2 t 2, (x, y) Ω, t > 0 u(x, y, t) = 0, (x, y) Ω, t > 0 (3) u(x, y, 0) = f (x, y), (x, y) Ω (4) u(x, y, 0) t = g(x, y), (x, y) Ω (5) Relasi (3) disebut syarat batas krn ia mensyaratkan nilai solusi pada batas domain. Relasi (4) dan (5) adalah syarat awal, yaitu kondisi solusi ketika t = 0 di mana f dan g diberikan dimuka. MNASB dimensi dua atau lebih sangat sulit ditangani. Kita hanya membatasi MSB dimensi 1 khususnya pada aspek pemodelannya.

Pemodelan Menggantung Kabel Permasalahan: menentukan bentuk (shape) kabel yang diikat di kedua tiang pada ketinggian tertentu (umumnya berbeda) dan membawa beban yang terdistribusi sepanjang kabel. Contoh: Kabel listrik tegangan tinggi, jembatan gantung. Y h 0 tiang 1 ketinggian 1 y = u(x) kabel tiang 2 h 1 ketinggian 2 x x+ x 0 a X Figure: Model Real Kabel Digantung Asumsi: Gaya yang bekerja pada kabel berupa tegangan dan arahnya pada setiap titik adalah mengikuti arah garis singgung di titik tsb.

Pemodelan (lanjutan) Misalkan u(x) posisi garis tengah kabel terhadap sumbu X, diukur ke atas, yaitu tinggi kabel terhadap standar permukaan. Perhatikan segmen [x, x + x]. Hukum Newton kedua, jumlah (total) gaya pada komponen horizontal pada segmen tersebut adalah 0, begitu juga komponen vertikalnya. F y F β F x G x G α x f(x) x x+ x Figure: Modeling Horizontal di titik x + x adalah F x := F cos β, di titik x adalah G x = G cos α di mana F tegangan arah garis singgung. Tanda negatif karena α berada pada kuadran III.

Misalkan α := φ(x) sudut yang dibentuk oleh tensi thd sb horizontal di titik x dan β := φ(x + x) utk hal yang sama tetapi di titik x + x maka pada komponen horizontal berlaku T (x + x) cos (φ(x + x)) T (x) cos (φ(x)) = 0 (6) di mana T (x + x) := F dan T (x) := G. Di sini f (x) itensitas beban terdistribusi shg f (x) x beban yang diberikan oleh kabel pada segmen kecil [x, x]. Karena itu kuantitas ini terakumulasi pada komponen gaya arah vertikal. Dengan argumen yang sama, yaitu menggunakan aturan perbandingan trigonometri diperoleh gaya arah vertikal sbb: T (x + x) sin (φ(x + x)) T (x) sin (φ(x)) f (x) x = 0 (7) Dari (6), diperoleh komponen horizontal di kedua titik ujung sama, yaitu F x = G x := T maka diperoleh T (x + x) = Substitusi hasil ini ke (7) diperoleh T cos(φ(x + x)), T (x) = T cos(φ(x)).

T T sin (φ(x + x)) sin (φ(x)) f (x) x = 0 cos(φ(x + x)) cos(φ(x)) yaitu T (tan(φ(x + x) tan(φ(x))) f (x) x = 0. Karena tan (φ(x)) := du (x) maka diperoleh dx ( T u (x + x) u (x) = f (x) x. Kedua ruas dibagi dengan x kemudian diambil limit untuk x 0 maka diperoleh Syarat batas T d 2 u = f (x), 0 < x < a. (8) dx 2 u(0) = h0, dan h(a) = h1. (9) Persamaan (8) dengan syarat (9) berupa MSB untuk model gantungan kabel.

Kasus berdasarkan bentuk fungsi beban f (x) f (x) x := w s x, yakni kabel menggantung berdasarkan berat w per x satuan panjang s di mana s panjang busur (lengkungan) kabel sehingga ( ) 2 s lim = du 1 +. x 0 x dx Dengan asumsi ini persamaan diferensial (8) menjadi d 2 ( ) 2 u = w du dx 2 1 +, 0 < x < a, (10) T dx u(0) = h0, dan h(a) = h1. (11) f (x) x = w x, yakni kabel menopang beban yang terdistribusi secara seragam. Keadaan ini cocok pada kabel unruk suspensi sebuah jembatan. Jadi MSB yang bersesuaian adalah d 2 u = w, dx 2 0 < x < a. (12) T u(0) = h0, dan h(a) = h1. (13)

Bentuk Umum Penyelesaian Persamaan diferensial (12) dapat diselesaikan dengan menggunakan persamaan karakteristiknya dan prinsip superposisi. Penyelesaian umumnya adalah ( w ) u(x) = x 2 + c1x + c2, 2T di mana c1 dan c2 konstanta sebarang. Substitusi syarat batas (13) maka c1 dan c2 dapat ditemukan sehingga diperoleh penyelesaian khusus u(x) = w (x 2 ax) + h 1 h0 x + h0. (14) 2T Coba simulasikan penyelesaian ini dengan menetapkan konstanta w = 3 satuan berat per sat panjang, T = 5 satuan gaya. Mainkan parameter a, h0 dan h1. Bagaimana pola lengkungan kabel yang digantung tersebut. a