FT UNIVERSITAS SURABAYA VARIABEL KOMPLEKS SUGATA PIKATAN. Bab V Aplikasi

dokumen-dokumen yang mirip
Bab III. Integral Fungsi Kompleks

Bab II Fungsi Kompleks

7. RESIDU DAN PENGGUNAAN. Contoh 1 Carilah titik singular dan tentukan jenisnya dari fungsi berikut a. f(z) = 1/z

Bab I. Bilangan Kompleks

MATEMATIKA TEKNIK II BILANGAN KOMPLEKS

Bab 3 Fungsi Elementer

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

Fungsi Gamma. Pengantar Matematika Teknik Kimia. Muthia Elma

Bab 2 Fungsi Analitik

UJI KONVERGENSI. Januari Tim Dosen Kalkulus 2 TPB ITK

: D C adalah fungsi kompleks dengan domain riil

Bilangan dan Fungsi Kompleks

Bil Riil. Bil Irasional. Bil Bulat - Bil Bulat 0 Bil Bulat + maka bentuk umum bilangan kompleks adalah

Ayundyah Kesumawati. April 29, Prodi Statistika FMIPA-UII. Deret Tak Terhingga. Ayundyah. Barisan Tak Hingga. Deret Tak Terhingga

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.

BUKU DIKTAT ANALISA VARIABEL KOMPLEKS. OLEH : DWI IVAYANA SARI, M.Pd

Teknik Pengintegralan

Catatan Kuliah MA1123 Kalkulus Elementer I

BILANGAN KOMPLEKS. Dimana cara penyelesaiannya dengan menggunakan rumus abc, yang menghasilkan dua akar sekaligus ..(4)

BAB II PENGANTAR SOLUSI PERSOALAN FISIKA MENURUT PENDEKATAN ANALITIK DAN NUMERIK

Fungsi Elementer (Bagian Kedua)

Medan Magnet oleh Arus Listrik

BAB IV DERET FOURIER

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

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

BAB II DASAR TEORI. 2.1 Persamaan Kontinuitas dan Persamaan Gerak

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

Soal dan Solusi Materi Elektrostatika

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.

(A) 3 (B) 5 (B) 1 (C) 8

Bagian 7 Koordinat Kutub

ANALISIS AKIBAT INTEGRAL CAUCHY Ricky Antonius, Helmi, Yudhi INTISARI

Bab 5 Potensial Skalar. A. Pendahuluan

digunakan untuk menyelesaikan integral seperti 3

Barisan dan Deret Agus Yodi Gunawan

A B A B. ( a ) ( b )

SISTEM BILANGAN KOMPLEKS

Fungsi dan Limit Fungsi 23. Contoh 5. lim. Buktikan, jika c > 0, maka

Fungsi dan Limit Fungsi 23. Contoh 5. lim. Buktikan, jika c 0, maka

2.1 Soal Matematika Dasar UM UGM c. 1 d d. 3a + b. e. 3a + b. e. b + a b a

DERET FOURIER DAN APLIKASINYA DALAM FISIKA

FUNGSI-FUNGSI INVERS

1 Sistem Bilangan Real

BINOVATIF LISTRIK DAN MAGNET. Hani Nurbiantoro Santosa, PhD.

0. Pendahuluan. 0.1 Notasi dan istilah, bilangan kompleks

Hendra Gunawan. 26 Februari 2014

Matematika Teknik Dasar-2 3 Bilangan Kompleks - 2. Sebrian Mirdeklis Beselly Putra Teknik Pengairan Universitas Brawijaya

MODUL ANALISIS VARIABEL KOMPLEKS

ANALISIS VEKTOR. Aljabar Vektor. Operasi vektor

BILANGAN KOMPLEKS. Muhammad Hajarul Aswad Pendidikan Matematika Institut Agama Islam Negeri (IAIN) Palopo. Aswad

Bab 4 Hukum Gauss. A. Pendahuluan

FUNGSI dan LIMIT. 1.1 Fungsi dan Grafiknya

4. Deret Fourier pada Interval Sebarang dan Aplikasi

FUNGSI KHUSUS DALAM BENTUK INTEGRAL

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)

Hendra Gunawan. 5 Maret 2014

Pertemuan ke 8. GRAFIK FUNGSI Diketahui fungsi f. Himpunan {(x,y): y = f(x), x D f } disebut grafik fungsi f.

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

Nughthoh Arfawi Kurdhi, M.Sc Department of Mathematics FMIPA UNS

perpindahan, kita peroleh persamaan differensial berikut :

Penerapan Integrasi Numerik pada Medan Magnet karena Arus Listrik

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

CATATAN KULIAH FUNGSI KOMPLEKS. oleh Dr. Wuryansari Muharini Kusumawinahyu, M.Si.

BAB III KONDUKSI ALIRAN STEDI - DIMENSI BANYAK

Ayundyah Kesumawati. April 29, Prodi Statistika FMIPA-UII. Uji Deret Positif. Ayundyah. Uji Integral. Uji Komparasi. Uji Rasio.

Kalkulus Diferensial week 09. W. Rofianto, ST, MSi

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

Soal Babak Penyisihan OMITS 2008

Metode Beda Hingga pada Persamaan Gelombang

MA1201 MATEMATIKA 2A Hendra Gunawan

7.1. Residu dan kutub Pada bagian sebelumnya telah kita pelajari bahwa suatu titik z 0 disebut titik singular dari f (z)

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

Ringkasan Kalkulus 2, Untuk dipakai di ITB 1

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,

Pembahasan Matematika IPA SIMAK UI 2012 Kode 521. Oleh Tutur Widodo. 1. Misalkan x dan y bilangan bulat yang memenuhi sistem persamaan berikut :

Fungsi dan Grafik Diferensial dan Integral

Matematika Dasar FUNGSI DAN GRAFIK

panjang yang berukuran x i dan y i. Ambil sebuah titik pada sub persegi d

FUNGSI DAN GRAFIK FUNGSI

Pembahasan Seleksi Nasional Masuk Perguruan Tinggi Negeri (SNMPTN)

Rencana Pembelajaran

APLIKASI INTEGRAL 1. LUAS DAERAH BIDANG

SOAL&PEMBAHASAN MATEMATIKATKDSAINTEK SBMPTN. yos3prens.wordpres.com

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

Integral lipat dua BAB V INTEGRAL LIPAT 5.1. DEFINISI INTEGRAL LIPAT DUA. gambar 5.1 Luasan di bawah permukaan

Xpedia Matematika. Kapita Selekta Set 05

MA1201 MATEMATIKA 2A Hendra Gunawan

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

SRI REDJEKI KALKULUS I

Jika t = π, maka P setengah C P(x,y) jalan mengelilingi ligkaran, t y. P(-1,0). t = 3/2π, maka P(0,-1) t>2π, perlu lebih 1 putaran t<2π, maka = t

4.3. MEDAN LISTRIK OLEH DISTRIBUSI MUATAN KONTINYU

Bab 1 Sistem Bilangan Kompleks

Listrik Statik. Agus Suroso

a b c d e nol di belakang pada representasi desimalnya adalah... a b c d e. 40.

MBS - DTA. Sucipto UNTUK KALANGAN SENDIRI. SMK Muhammadiyah 3 Singosari

Review. Adakah Metode alternatif untuk menentukan kuat medan magnet di sekitar arus listrik???

TUJUAN INSTRUKSIONAL KHUSUS

KED INTEGRAL JUMLAH PERTEMUAN : 2 PERTEMUAN TUJUAN INSTRUKSIONAL KHUSUS: Materi : 7.1 Anti Turunan. 7.2 Sifat-sifat Integral Tak Tentu KALKULUS I

Pertemuan Minggu ke Keterdiferensialan 2. Derivatif berarah dan gradien 3. Aturan rantai

Sistem Koordinat dalam 2 Dimensi Ruang Mengingat kembali sebelum belajar kalkulus

Transkripsi:

Bab V Aplikasi Selain aplikasi yang sudah diperkenalkan di bab I, teori variabel kompleks masih memiliki banyak ragam aplikasi lainnya. Beberapa di antaranya akan dibahas di dalam bab ini. Perhitungan integral real Banyak terdapat integral real yang tidak dapat diselesaikan secara analitik dengan memakai cara-cara di kalkulus dasar. Memang, dalam masa komputerisasi seperti sekarang ini semua bentuk integrasi, asalkan berhingga, dapat dihitung dengan cara numerik. Tetapi cara-cara analitik masih amat penting untuk kepentingan teoritik pengembangan suatu bidang keilmuan. Oleh sebab itu cara analitik di luar kalkulus dasar masih tetap diperlukan, salah satunya adalah dengan teorema residu yang baru saa dipelaari di bab IV. Beberapa bentuk integral real yang dapat diselesaikan dengan integral kompleks adalah :. bentuk integral Gauss Dari integral auchy, persamaan (3.), dengan substitusi z-a = re iθ diperoleh : π iθ f(a + re ) dθ = π f(a) (5.) Integral ini dilakukan dengan cara mencocokkan apa fungsi f dalam integrannya dan dan berapa harga a yang ada.. integran merupakan fungsi trigonometrik π f( cos θ, sin θ ) d θ = g(z) dz (5.) dengan kontur : z =, sehingga dapat dilakukan substitusi : ( z + / z) cosθ = dθ = -i dz/z ( z / z) sinθ = i untuk memperoleh g(z). Integral kompleks ini kemudian diselesaikan dengan integral auchy atau teorema residu. 3

3. batas integrasi dari - sampai dengan + f(x) dx Integral ini sama dengan integral kompleks terhadap fungsi f(z) sepanang sumbu real pada bidang Argand. Agar integrasi dapat dilakukan, artinya tidak divergen menadi tak-hingga, integran f(x) tidaklah sembarangan, tetapi mempunyai syarat-syarat sebagai berikut : f(x) = u(x)/v(x) dengan v(x) tidak mempunyai akar real deraat v(x) minimum dua tingkat lebih tinggi daripada deraat u(x) : lim xf(x) = x ± perhitungannya : f(x) dx = f(z) dz (5.3) dengan kontur : setengah lingkaran dan ditutup oleh lintasan γ sepanang sumbu real dari -R ke R dengan R seperti pada gambar. Im(z) Tentu saa : f ( z) dz = f ( z) dz + f ( z) dz γ -R R γ Re(z) suku kedua di ruas kanan adalah integral sepanang sumbu real, sehingga z = x : γ R f ( z) dz = f ( x) dx R Suku pertama di ruas kanan dapat dibuktikan sama dengan nol untuk R yang besar tak berhingga. Dengan adanya syarat v(x) berderaat dua lebih tinggi daripada deraat u(x), maka dengan substitusi z = Re iθ di sepanang lintasan : u( z) M f ( z) = v( z) R (5.4) dimana M adalah bilangan real positif berhingga. Menurut persamaan (3.4) integral suku pertama itu dapat dicari batas atasnya : 33

M f ( z ) dz R R ( π ) (5.5) sehingga untuk nilai R yang besar sekali nilai integral ini dipaksa sama dengan nol. Maka terbukti bahwa persamaan (5.3) memang berlaku. Pembedaan enis fungsi gasal atau genap pada integrannya dapat mempermudah perhitungan : gasal : = harga ini disebut harga utama integral genap : = imx 4. bentuk f(x) e dx dengan m > Integral ini mirip dengan kasus nomor 3 di atas, demikian pula cara penyelesaiannya, yaitu persamaan (5.3). Bedanya syarat integrannya sedikit lebih longgar : f(x) = u(x)/v(x) dengan v(x) tidak mempunyai akar real berorde lebih dari satu, dengan kata lain f(z) hanya boleh memiliki kutub real yang sederhana. deraat v(x) minimum satu tingkat lebih tinggi daripada deraat u(x) : lim x ± f(x) = Penyelesaiannya lewat integral kompleks : f(x) e imx imz dx = f(z) e dz (5.6) dengan kontur sama seperti pada kasus nomor 3 di atas. Oleh karena e imx = cis mx, maka : f(x) cos imz mxdx = Re f(z) e dz f(x) sin imz mxdx = Im f(z) e dz (5.7a) (5.7b) Kali ini batas atas integral pada lintasan adalah : 34

imz f ( z) dz f ( z) e dz π M R e mrsinθ ( Rd θ) Mengingat fungsi sinus simetri terhadap θ = ½ π, kemudian sin θ θ/π dalam range θ ½ π, integral di ruas kanan itu uga dipaksa bernilai nol untuk R yang besar tak hingga. Jika v(x) memiliki akar-akar di sumbu real, z = b, yang harus berupa kutub sederhana, seperti pada penelasan di bab III, residu yang ditimbulkannya di situ hanya separo dari residu biasa, karena kontur tepat melalui titik-titik kutub tersebut sehingga perlu dibuatkan lintasan menghindar berbentuk setengah lingkaran-lingkaran kecil. a 5. bentuk x f(x) dx dengan a pecahan syarat : cacah kutub f(x) berhingga ban- -R r K R γ K Re(z) yaknya, dan tidak ada kutub yang terletak pada sumbu real positif. lim z a z f(z) = lim z a z f(z) = Perhitungannya dengan cara integral kompleks : x a f(x) dx = a z f(z) dz e i π a (5.8) adalah kontur berupa lingkaran yang menghindari titik cabang di z = dan garis cabang sumbu real positif seperti tampak pada gambar. Kelakuan menghindar ini adalah untuk mencegah integran kompleks z a- f(z) bernilai amak. Kontur ini terbagi menadi 4 : lintasan lingkaran luar dengan rui R yang tak hingga besarnya, lintasan γ lingkaran dalam berui r yang tak berhingga kecilnya (tanda minus menunukkan arahnya yang berlawanan dengan ), dan dua garis lurus K dan K yang menyusuri sumbu real positif dari ke γ bolak-balik. Hasil integral di sepanang K dan K tidak saling menghapus, karena K berada di argumen sedangkan K berada di argumen π. Lintasan 35

menghindari sumbu real yang berfungsi sebagai garis cabang, karena melintasi garis cabang berarti masuk ke lembaran permukaan Riemann yang lain. Berdasarkan syarat kedua integrannya, untuk R dan r integral sepanang dan γ keduanya sama dengan nol. Akibatnya integral hanya terpecah menadi dua : R a a pada K : θ = z g( z) dz = x g( x) dx K pada K : θ = π z g( z) dz = ( xe ) g( x) dx K a iπ a Jumlahan mereka merupakan hasil integral kompleks pada persamaan (5.8) : z a f(z) dz R iπa a = ( e ) x g( x) dx maka hasil integrasi bentuk ini adalah : x a R g ( i x ) π a dx = z g z z b i a = e Re s π [ ( ), ] (5.9) dimana b adalah kutub-kutub fungsi integrannya. Perhitungan deret konvergen tak hingga Deret dalam berbagai bentuk dapat dihitung dengan teorema residu. oba amati fungsi cot πz, modulus fungsi ini berhingga besarnya dalam kontur-kontur buursangkar n dengan sudut-sudut di (n+½)(-± i) dan (n+½)(±i). iπz iπz πy e + e e cot πz iπz iπz = + = A πy e e e Adanya range : n dan ± y ± menghasilkan range untuk cot πz yaitu : cot πz coth Jika terdapat fungsi integran : π g( z) = π cot π z f ( z) dengan f(z) fungsi terbatas f(z) M/ z k dengan k > maka integrasinya sepanang kontur tertutup n uga memiliki batas atas : 36

n g( z) dz π cot πz f ( z) dz n πa M + k 4( n ) n sehingga untuk n besar tak berhingga batas atas ini menadi nol, demikian pula integrasinya : lim g( z) dz = n n Padahal integral ini memiliki kutub-kutub yang berasal baik dari cot πz maupun dari fungsi f(z). Kutub yang berasal dari cot πz berupa bilangan real bulat n =,,,..., sedangkan yang berasal dari f(z) namakan saa a i sebanyak k buah. Maka integral tertutup itu berubah menadi : Re s[ g( z), n] Re s[ g( z), a i ] k = Residu di ruas kiri tidak lain adalah f(n) sehingga berlaku : (5.) f(n) = Re s[ π cot πzf(z),a ] (5.) Tugas 5- Tunukkan ika residu ruas kiri persamaan (5.) adalah f(n) di dalam bidang Argand! Bentuk deret yang lain dapat ditangani dengan cara yang hampir sama : n ( ) f(n) = Re s[ π csc πzf(z),a ] (5.) 37

f(n + ) = Re s[ π tan πzf(z),a ] (5.3) n ( ) f(n + ) = Re s[ π sec πz f(z),a ] (5.4) dimana a adalah kutub-kutub fungsi f(z) di seluruh bidang kompleks. Pemetaan konformal Pada awal bab II telah diperkenalkan bahwa fungsi variabel kompleks merupakan proses pemetaan dari bidang z ke bidang w. Bentuk dan ukuran bangun geometri di bidang z akan diubah sedemikian rupa menurut fungsinya dan dipetakan di bidang w. Walaupun bentuk dan ukuran mengalami perubahan, ada satu aspek yang tidak berubah, yaitu sudut yang diapit oleh dua buah kurva. Dua kurva yang berpotongan tegak lurus di bidang z akan tetap berpotongan secara tegak lurus di bidang w, apapun fungsi yang memetakannya. Sifat yang demikian inilah yang memberikan nama proses ini sebagai pemetaan konformal. Sebuah fungsi kompleks analitik sembarang dapat dipakai untuk menggambarkan suatu medan kompleks dalam teori medan. Teori ini mencakup medan aliran (listrik, zat cair, partikel, panas, dsb.) dan uga medan-medan statik seperti elektrostatik. F(z) = Φ(x,y) + iψ(x,y) (5.5) Bagian realnya Φ disebut bidang ekipotensial, sedangkan bagian imainernya Ψ dise- Ψ Φ=c y Ψ=c Φ=c Ψ=c but garis arus (streamlines) atau fluks. F(z) Keduanya dapat saling bertukar peran. Φ dan Ψ adalah sepasang fungsi harmonik Φ x konugat, yakni memenuhi persamaan Bidang w Bidang z Laplace (lihat tugas -). Oleh sebab itu dalam grafiknya di bidang z, mereka saling berpotongan tegak lurus. Menurut sifat pemetaan konformal, Φ dan Ψ tetap saling tegak lurus di bidang w. 38

Beberapa bentuk fungsi pemetaan konformal yang dapat diumpai dalam teori medan antara lain adalah :. F(z) = c ln z Dalam bentuk polar : F(z) = c ln r + i cθ sehingga grafik pemetaannya adalah : Φ = konstan r = konstan : keluarga lingkaran Ψ = konstan θ = konstan : keluarga garis radial Medan kompleks ini teradi misalnya pada penampang lintang kawat bermuatan listrik statik, bidang ekipotensialnya berupa lingkaran-lingkaran yang melingkupi kawat, sedangkan fluksnya arahnya radial terhadap kawat.. F(z) = cosh z Φ = cosh x cos y Ψ = sinh x sin y sehingga membentuk persamaan geometrik : Φ cosh Φ cos Ψ x + sinh x = untuk x = konstan keluarga elips di bidang w Ψ y sin y = untuk y = konstan keluarga hiperbola di bidang w Medan kompleks ini teradi misalnya pada silinder eliptik bermuatan statik, atau muatan statik yang berada di lembaran tipis yang berlubang. 3. F(z) = z + e z Φ = x + e x cos y Ψ = y + e x sin y Medan kompleks ini dipakai untuk menggambarkan medan elektrostatik yang ada di uung kapasitor keping seaar. Lihat watak Ψ untuk y konstan, maka untuk setiap garis lurus y = c di bidang z akan menadi kurva Ψ = c + c e x di bidang w. Untuk x negatif besar praktis Ψ = c, tetapi akan meledak secara eksponensial di daerah x positif, grafik ini menggambarkan bidang ekipotensial di uung kapasitor itu yang seakan-akan menyemprot keluar dari dalam celah kapasitor. 39

Tugas 5- Gambarkan sketsa pemetaan konformal dari kasus,, dan 3 di atas!. F(z) = c ln z. F(z) = cosh z 3. F(z) = z + e z 4

SOAL. Hitunglah integral-integral berikut : π a. ln( sinθ) dθ b. c. π sin θ d 5 4 cosθ θ x dx ( + x ) d. x sin x x + dx e. ln x x (x ) dx 3 / 4 +. Hitunglah deret konvergen tak hingga berikut a. + 4 + 9 + 6 +... b. + + + +... 4 3 4 4 4 c. + +... 3 3 5 3 7 3 d. 4 + 9 6 +... e. 4 ( n ) n = + 3. Diskusikan pemetaan konformal dengan menggunakan medan kompleks : F(z) = z Lihat apa yang sudah anda kerakan di soal nomor 5 dalam bab II. 4. Jika medan kompleks F(z) = Φ(x,y) + iψ(x,y) menggambarkan sebuah aliran, Φ(x,y) adalah bidang ekipotensialnya dan Ψ(x,y) adalah garis arusnya. Kecepatan aliran didefinisikan sebagai gradien bidang ekipotensialnya : V = Φ Φ + i x y 4

Tunukkan bahwa kecepatan ini uga dapat diperoleh dari turunan medan kompleksnya df/dz! Tuliskan persamaannya! 4