PENYELESAIAN PERSAMAAN DIFERENSIAL TUNDA LINIER ORDE 1 DENGAN METODE KARAKTERISTIK

dokumen-dokumen yang mirip
METODE PSEUDO ARC-LENGTH DAN PENERAPANNYA PADA PENYELESAIAN SISTEM PERSAMAAN NONLINIER TERPARAMETERISASI

PENYELESAIAN NUMERIK DARI PERSAMAAN DIFERENSIAL NONLINIER ADVANCE-DELAY

ANALISA STEADY STATE ERROR SISTEM KONTROL LINIER INVARIANT WAKTU

METODE DEKOMPOSISI ADOMIAN LAPLACE UNTUK SOLUSI PERSAMAAN DIFERENSIAL NONLINIER KOEFISIEN FUNGSI

METODE TRANSFORMASI ELZAKI DALAM MENYELESAIKAN PERSAMAAN DIFERENSIAL BIASA LINEAR ORDE DUA DENGAN KOEFISIEN VARIABEL ABSTRACT

METODE BENTUK NORMAL PADA PENYELESAIAN PERSAMAAN RAYLEIGH

PENCARIAN AKAR-AKAR PERSAMAAN NONLINIER SATU VARIABEL DENGAN METODE ITERASI BARU HASIL DARI EKSPANSI TAYLOR

Syarat Cukup Osilasi Persamaan Diferensial Linier Homogen Orde Dua Dengan Redaman

OBSERVER UNTUK SISTEM KONTROL LINIER KONTINU

FORMULA PENGGANTI METODE KOEFISIEN TAK TENTU ABSTRACT

ABSTRAK 1 PENDAHULUAN

HUBUNGAN ANTARA HIMPUNAN KUBIK ASIKLIK DENGAN RECTANGLE

SIFAT-SIFAT DINAMIK DARI MODEL INTERAKSI CINTA DENGAN MEMPERHATIKAN DAYA TARIK PASANGAN

Membangun Fungsi Green dari Persamaan Difrensial Linear Non Homogen Tingkat - n

METODE BENTUK NORMAL PADA PENYELESAIAN PERSAMAAN DUFFING

SOLUSI POSITIF DARI PERSAMAAN LEONTIEF DISKRIT

SOLUSI NON NEGATIF MASALAH NILAI AWAL DENGAN FUNGSI GAYA MEMUAT TURUNAN

PENERAPAN METODE ADAMS-BASHFORTH-MOULTON ORDE EMPAT UNTUK MENENTUKAN SOLUSI PERSAMAAN DIFERENSIAL LINIER HOMOGEN ORDE TIGA KOEFISIEN KONSTAN

KONSEP DASAR PERSAMAAN DIFERENSIAL

Pertemuan 1 dan 2 KONSEP DASAR PERSAMAAN DIFERENSIAL

SOLUSI PERIODIK TUNGGAL SUATU PERSAMAAN RAYLEIGH. Jurusan Matematika FMIPA UT ABSTRAK

SOLUSI NON NEGATIF PARSIAL SISTEM PERSAMAAN DIFERENSIAL LINIER ORDE SATU

PENYELESAIAN PERSAMAAN NONLINIER DENGAN METODE MODIFIKASI BAGI DUA

Created By Aristastory.Wordpress.com BAB I PENDAHULUAN. Teori sistem dinamik adalah bidang matematika terapan yang digunakan untuk

REALISASI POSITIF STABIL ASIMTOTIK SISTEM LINIER DISKRIT DENGAN POLE KONJUGAT KOMPLEKS

Arie Wijaya, Yuni Yulida, Faisal

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

REALISASI POSITIF STABIL ASIMTOTIK DARI SISTEM LINIER DISKRIT

STABILISASI SISTEM DESKRIPTOR LINIER KONTINU

SUATU KAJIAN TITIK TETAP PEMETAAN k-pseudononspreading SEJATI DI RUANG HILBERT

PERILAKU SOLUSI PERSAMAAN DIFERENSIAL LOGISTIK DENGAN PEMBERIAN DELAY

PENYELESAIAN MASALAH KONTROL KUADRATIK LINIER YANG MEMUAT FAKTOR DISKON

PENGKONSTRUKSIAN BILANGAN TIDAK KONGRUEN

SOLUSI POSITIF DARI SISTEM SINGULAR DISKRIT

Sagita Charolina Sihombing 1, Agus Dahlia Pendahuluan

KEKONVERGENAN BARISAN DI RUANG HILBERT PADA PEMETAAN TIPE-NONSPREADING DAN NONEXPANSIVE

KESTABILAN TITIK TETAP MODEL PENULARAN PENYAKIT TIDAK FATAL

SIFAT-SIFAT DASAR FUNGSI KARAKTERISTIK DARI DISTRIBUSI CAUCHY

MENENTUKAN MODEL PERTUMBUHAN PENDUDUK PROVINSI SUMATERA BARAT

PENGANTAR MATEMATIKA TEKNIK 1. By : Suthami A

PENGGUNAAN METODE LYAPUNOV UNTUK MENGUJI KESTABILAN SISTEM LINIER

KONSEP METODE ITERASI VARIASIONAL ABSTRACT

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

TOPOLOGI METRIK PARSIAL

KETEROBSERVASIAN SISTEM LINIER DISKRIT

SOLUSI NUMERIK SISTEM PERSAMAAN NONLINIERDENGAN MENGGUNAKAN METODE HOMOTOPY

PENERAPAN METODE ELEMEN HINGGA UNTUK SOLUSI PERSAMAAN STURM-LIOUVILLE

KONVOLUSI DARI PEUBAH ACAK BINOMIAL NEGATIF

Penyelesaian Masalah Syarat Batas dalam Persamaan Diferensial Biasa Orde Dua dengan Menggunakan Algoritma Shooting Neural Networks

PERHITUNGAN NUMERIK DALAM MENENTUKAN KESTABILAN SOLITON CERAH ONSITE PADA PERSAMAAN SCHRÖDINGER NONLINIER DISKRIT DENGAN PENAMBAHAN POTENSIAL LINIER

ANALISIS AKIBAT INTEGRAL CAUCHY Ricky Antonius, Helmi, Yudhi INTISARI

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

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

MODIFIKASI METODE CAUCHY DENGAN ORDE KONVERGENSI EMPAT. Masnida Esra Elisabet ABSTRACT

GELANGGANG ARTIN. Kata Kunci: Artin ring, prim ideal, maximal ideal, nilradikal.

Dwi Lestari, M.Sc: Konvergensi Deret 1. KONVERGENSI DERET

KONSTRUKSI SEDERHANA METODE ITERASI BARU ORDE TIGA ABSTRACT

PENURUNAN METODE NICKALLS DAN PENERAPANNYA PADA PENYELESAIAN PERSAMAAN KUBIK

MODIFIKASI METODE DEKOMPOSISI ADOMIAN UNTUK MENYELESAIKAN MASALAH NILAI AWAL SINGULAR PADA PERSAMAAN DIFERENSIAL BIASA ORDE DUA ABSTRACT

TEKNIK ITERASI VARIASIONAL UNTUK MENYELESAIKAN PERSAMAAN NONLINEAR ABSTRACT

IDENTIFIKASI PARAMETER PENENTU KESTABILAN MODEL PERTUMBUHAN LOGISTIK DENGAN WAKTU TUNDA

PEMODELAN ARUS LALU LINTAS ROUNDABOUT

ORDER UNSUR DARI GRUP S 4

PENYELESAIAN SISTEM DESKRIPTOR LINIER DISKRIT BEBAS WAKTU DENGAN MENGGUNAKAN METODE DEKOMPOSISI KANONIK

PERBANDINGAN RESIKO INVESTASI BANK CENTRAL ASIA DAN BANK MANDIRI MENGGUNAKAN MODEL GENERALIZED AUTOREGRESSIVE CONDITIONAL HETEROSCEDASTICITY (GARCH)

METODE MODIFIKASI NEWTON DENGAN ORDE KONVERGENSI Lely Jusnita 1

RPKPS (Rencana Program Kegiatan Pembelajaran Semester) Program Studi : S1 Matematika Jurusan/Fakultas : Matematika/FMIPA

Solusi Persamaan Laplace Menggunakan Metode Crank-Nicholson. (The Solution of Laplace Equation Using Crank-Nicholson Method)

Persamaan Diferensial

SUATU KRITERIA STABILISASI SISTEM DESKRIPTOR LINIER KONTINU REGULAR

Persamaan Diferensial

FUNGSI DELTA DIRAC. Marwan Wirianto 1) dan Wono Setya Budhi 2)

BAB II LANDASAN TEORI

ANALISIS KONVERGENSI METODE DEKOMPOSISI ADOMIAN BARU UNTUK PERSAMAAN INTEGRAL VOLTERRA NONLINEAR JENIS KEDUA. Rini Christine Prastika Sitompul 1

METODE ITERASI BARU BERTIPE SECANT DENGAN KEKONVERGENAN SUPER-LINEAR. Rino Martino 1 ABSTRACT

Edy Sarwo Agus Wibowo, Yuni Yulida, Thresye

PERILAKU SOLUSI PERSAMAAN DIFERENSIAL LOGISTIK DENGAN PEMBERIAN DELAY

BAB II LANDASAN TEORI

FAMILI METODE ITERASI DENGAN KEKONVERGENAN ORDE TIGA. Rahmawati ABSTRACT

PENGARUH PERUBAHAN NILAI PARAMETER TERHADAP NILAI ERROR PADA METODE RUNGE-KUTTA ORDE 3

BILANGAN AJAIB MAKSIMUM DAN MINIMUM PADA GRAF SIKLUS GANJIL

PERBAIKAN METODE OSTROWSKI UNTUK MENCARI AKAR PERSAMAAN NONLINEAR. Rin Riani ABSTRACT

PEMBUKTIAN RUMUS BENTUK TUTUP BEDA MUNDUR BERDASARKAN DERET TAYLOR

HIMPUNAN KUBIK ASIKLIK DAN KUBUS DASAR

MODEL DINAMIKA CINTA DENGAN MEMPERHATIKAN DAYA TARIK PASANGAN

BATAS ATAS RAINBOW CONNECTION NUMBER PADA GRAF DENGAN KONEKTIVITAS 3

METODE BERTIPE STEFFENSEN SATU LANGKAH DENGAN KONVERGENSI SUPER KUBIK UNTUK MENYELESAIKAN PERSAMAAN NONLINEAR. Neng Ipa Patimatuzzaroh 1 ABSTRACT

ANALISIS REGRESI KUANTIL

Sifat Strong Perron-Frobenius Pada Solusi Positif Eventual Sistem Persamaan Differensial Linier Orde Satu

PAM 252 Metode Numerik Bab 2 Persamaan Nonlinier

METODE FINITEDIFFERENCE INTERVAL UNTUK MENYELESAIKAN PERSAMAAN PANAS

Simulasi Kestabilan Model Predator Prey Tipe Holling II dengan Faktor Pemanenan

METODE ELEMEN BATAS UNTUK MASALAH TRANSPORT

ANALISIS FUNGSI PRODUKSI COBB-DOUGLAS SECARA GEOMETRI DIFERENSIAL PADA PERTUMBUHAN EKONOMI DI INDONESIA

RENCANA PEMBELAJARAN SEMESTER(RPS) PROGRAM STUDI STATISTIKA

ANALISIS KESTABILAN MODEL DINAMIKA PENYEBARAN PENYAKIT FLU BURUNG

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

ANALISIS LAX PAIR DAN PENERAPANNYA PADA PERSAMAAN KORTEWEG-DE VRIES

METODE ITERASI VARIASIONAL UNTUK MENYELESAIKAN PERSAMAAN INTEGRAL DAN INTEGRO-DIFERENSIAL VOLTERRA LINEAR DAN NONLINEAR ABSTRACT

THE EFFECT OF DELAYED TIME OF OSCILLATION IN THE LOGISTIC EQUATION

Transkripsi:

Jurnal Matematika UNAND Vol. 5 No. 2 Hal. 45 49 ISSN : 2303 2910 c Jurusan Matematika FMIPA UNAND PENYELESAIAN PERSAMAAN DIFERENSIAL TUNDA LINIER ORDE 1 DENGAN METODE KARAKTERISTIK FEBBY RAHMI ALFIONITA, ZULAKMAL Program Studi Matematika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Andalas, Kampus UNAND Limau Manis Padang, Indonesia, email : febbyrahmi@gmail.com Abstrak. Pada paper ini akan dikaji tentang bagaimana cara memperoleh solusi permasamaan diferensial tunda linier orde satu. Adapun metode yang digunakan pada penulisan ini adalah metode karakteristik. Hasil menunjukkan bagaimana pertumbuhan konstanta α dan konstanta delay δ. Selain itu, diperoleh tak hingga banyaknya himpunan dari solusi karakteristik untuk beberapa kasus. Kata Kunci: Persamaan diferensial tunda, Teorema Picard 1. Pendahuluan Persamaan diferensial adalah suatu persamaan yang memuat turunan-turunan dari suatu fungsi yang tidak diketahui dengan satu atau lebih variabel. Secara umum ada dua macam persamaan diferensial, yaitu persamaan diferensial biasa dan persamaan diferensial parsial. Persamaan diferensial biasa merupakan persamaan diferensial yang hanya mempunyai satu peubah bebas dan memuat turunan biasa, sedangkan persamaan diferensial parsial merupakan persamaan diferensial yang mempunyai lebih dari satu peubah bebas dan memuat turunan-turunan parsial. Suatu persamaan diferensial disebut persamaan diferensial tunda jika persamaan tersebut tidak hanya bergantung kepada waktu sekarang tetapi juga bergantung kepada waktu sebelumnya. Persamaan diferensial tunda awalnya diperkenalkan pada abad ke-18 oleh Laplace dan Condorcet. Waktu tunda penting dalam pemodelan masalah nyata karena keputusan biasanya dibuat berdasarkan informasi pada waktu sebelumnya. Bentuk umum persamaan diferensial tunda orde satu dapat ditulis sebagai berikut: y (t) = f(t, y(t), y(t q)), (1.1) untuk suatu q > 0, dimana y(t q) bergantung pada waktu t q di waktu lampau, dan pada nilai y(t) pada waktu sekarang [5]. Dalam makalah ini akan dikaji bagaimana bentuk solusi dari persamaan diferensial tunda linier orde satu yang berbentuk y (t) = αy(t δ), pada [0, b], b > 0 y(t) = φ(t), pada [ δ, 0], (1.2) 45

46 Febby Rahmi Alfionita, Zulakmal dengan δ > 0, α R, dengan menggunakan metode karakteristik. Dalam persamaan (1.2), fungsi φ(t) disebut sebagai pre-function dan interval [ δ, 0] disebut pre-interval [4]. 2. Penyelesaian Persamaan Diferensial Tunda Linier Orde 1 dengan menggunakan Metode karatketristik Perhatikan kembali persamaan (1.2). Metode karakteristik merupakan suatu cara untuk mendapatkan solusi dari pesamaan diferensial tunda (1.2). Penggunaan metode tersebut dapat dijelaskan sebagai berikut. Misalkan y(t) = Ce rt, (2.1) dimana C merupakan kontanta sebarang dan r adalah parameter. Dengan mensubstitusikan persamaan (2.1) ke dalam persamaan (1.2) diperoleh persamaan nonlinier berikut: re rδ α = 0. (2.2) Persamaan (2.2) disebut sebagai persamaan karakteristik untuk persamaan (1.2). Misalkan δ adalah suatu bilangan positif tetap dan definisikan f(r) sebagai f(r) = re rδ α. (2.3) Agar (2.1) merupakan solusi untuk (1.2), maka r haruslah merupakan akar dari persamaan (2.3). Dari persamaan (2.2), jika α = 0 maka diperoleh r = 0, sehingga persamaan (2.3) hanya memiliki satu akar, sehingga solusi untuk persamaan (1.2) adalah y(t) = C. Gambar 1 memperlihatkan grafik dari f(r) untuk δ = 2 dan berbagai variasi dari parameter α, dengan α 0. Gambar 1. Grafik f(r) Gambar 1 memperlihatkan bahwa solusi dari persamaan (1.2) bergantung kepada empat kasus, dimana terdapat kasus yang memuat solusi riil, tetapi dalam setiap kasus memuat tak berhingga banyaknya solusi kompleks yang eksistensinya dijamin oleh Teorema Picard. Misalkan bilangan kompleks z = p + iq, p, q R merupakan akar dari persamaan (2.3), sedemikan sehingga ze zδ α = 0.

Persamaan Diferensial Tunda Linier Orde 1 47 Sehingga diperoleh p cos(qδ) q sin(qδ) = αe pδ, (2.4) p sin(qδ) + q cos(qδ) = 0. (2.5) p = q cot(qδ). (2.6) Jika q 0, maka p 1 δ. Dengan mensubstitusikan (p, q) = ( 1 δ, 0) ke dalam persamaan (2.4) diperoleh α = 1 1. Dengan demikian, jika α = maka diperoleh satu akar riil dari f(r), yaitu r = 1 δ. Selanjutnya, misalkan q 0. Substitusikan p pada persamaan (2.6) ke dalam persamaan (2.4), diperoleh q = αe qδ cot(qδ) sin(qδ) (2.7) Dari α < 0 diperoleh dua kemungkinan lain, yaitu α < 1 < 0 dan 1 < α < 0. Perhatikan kasus α < 1 < 0. Misalkan X = qδ, maka persamaan (2.7) dapat ditulis sebagai berikut X = αδ sin(x)e X cot(x). (2.8) Penyelesaian persamaan (2.8) diperoleh dengan mendapatkan irisan garis Y = X dan keluarga kurva satu parameter yang grafiknya diperlihatkan oleh Gambar 2. Y = αδ sin(x)e X cot(x), (2.9) Gambar 2. Grafik Y = X dan Y = αδ sin(x)e X cot(x) Gambar 2 memperlihatkan bahwa persamaan (2.8) mempunyai tak hingga banyaknya solusi, nyatakan solusi tersebut dengan X k, k = 1, 2, 3,, dan misalkan q k = X k δ, k = 1, 2, 3,. Terkait dengan q k ini, diperoleh juga p k sedemikian sehingga z k = p k + iq k, k = 1, 2, 3,. Kasus ini memperlihatkan bahwa tidak ada akar riil dari f(r). Oleh karena itu dari (2.1) diperoleh y k (t) = e p kt (C 1k cos(q k t) + C 2k sin(q k t)), (2.10)

48 Febby Rahmi Alfionita, Zulakmal dimana C 2k = ic 1k adalah konstanta sebarang. Selanjutnya, karena persamaan (1.2) adalah linier dan homogen, maka solusinya adalah y(t) = e pkt (C 1k cos(q k t) + C 2k sin(q k t)). (2.11) Untuk kasus α = 1, maka solusi dari (1.2) adalah y(t) = C 0 e 1 δ t + e pkt (C 1k cos(q k t) + C 2k sin(q k t)). (2.12) Selanjutnya, perhatikan kasus 1 < α < 0. Untuk menentukan nilai r ini dapat digunakan hampiran numerik menggunakan metode Newton, yaitu untuk sebarang bilangan bulat positif k, definisikan sedemikian sehingga r = lim k s k. s k+1 = s k f(s k) f (s k ), (2.13) Sebagai ilustrasi, misalkan α = 1 2, jika δ = 2 maka α = 1 4e. Jika r 0 merupakan akar yang lebih besar dari 1 δ, yaitu r 0 > 1 δ, mulai dengan s 0 = 1 2δ. Dengan menggunakan (2.13) diperoleh r 0 = lim k s k = 0, 116. Jika r 1 merupakan akar yang lebih kecil dari 1 δ, yaitu r 1 < 1 δ, mulai dengan s 0 = 2 δ. Dengan menggunakan (2.13) diperoleh r 1 = lim k s k = 1, 339. Diperoleh bahwa terdapat dua akar riil dari f(r) untuk kasus 1 < α < 0. Dengan demikian solusi dari persamaan (1.2) adalah y(t) = C 1 e r0t + C 2 e r1t + e pkt (C 1k cos(q k t) + C 2k sin(q k t)). (2.14) Selanjutnya misalkan α > 0. Sebagai ilustrasi, misalkan α = 1 dengan δ = 2. Dengan menggunakan s 0 = 1 diperoleh r = lim k s k = 0, 1392. Maka diperoleh bahwa terdapat satu akar riil positif dari f(r) untuk kasus α > 0. Jadi, solusi bagi persamaan (1.2) adalah y(t) = C 3 e rt + e pkt (C 1k cos(q k t) + C 2k sin(q k t)). (2.15) Dari penjelasan di atas, maka Teorema berikut ini telah terbukti. Teorema 2.1. [2] Misalkan δ, α R dengan δ > 0, α 0 dan p k + iq k, k = 1, 2, 3, merupakan akar-akar kompleks dari persamaan (2.2) yang diperoleh dari persamaan (2.4) dan (2.5). Maka untuk sebarang konstanta C k dan B k, fungsi y(t) yang didefinisikan sebagai berikut: y(t) = C 0 e 1 δ t + C 1 e r0t + C 2 e r1t + C 3 e rt + e pkt (C 1k cos(q k t) + C 2k sin(q k t)), (2.16)

Persamaan Diferensial Tunda Linier Orde 1 49 merupakan solusi dari persamaan diferensial tunda (1.2), dimana (1) C 0 = C 1 = C 2 = C 3 = 0 untuk α < 1, (2) C 1 = C 2 = C 3 = 0 dan C 0 adalah sebarang, untuk α = 1, (3) C 0 = C 3 = 0 dan C 1, C 2 adalah sebarang dan r 0, r 1 merupakan akar riil pada persamaan (2.2) untuk 1 < α < 0, (4) C 0 = C 1 = C 2 = 0 dan C 3 adalah sebarang, dengan r merupakan akar riil pada persamaan (2.2) untuk α > 0. 3. Kesimpulan Solusi persamaan diferensial tunda y (t) = αy(t δ), pada [0, b], b > 0 y(t) = φ(t), pada [ δ, 0], adalah y(t) = C 0 e 1 δ t +C 1 e r0t +C 2 e r1t +C 3 e rt + e pkt (C 1k cos(q k t)+c 2k sin(q k t)), (3.1) dimana (1) C 0 = C 1 = C 2 = C 3 = 0 untuk α < 1, (2) C 1 = C 2 = C 3 = 0 dan C 0 adalah sebarang, untuk α = 1, (3) C 0 = C 3 = 0 dan C 1, C 2 adalah sebarang dan r 0, r 1 merupakan akar riil pada persamaan (2.2) untuk 1 < α < 0, (4) C 0 = C 1 = C 2 = 0 dan C 3 adalah sebarang, dengan r merupakan akar riil pada persamaan (2.2) untuk α > 0. Daftar Pustaka [1] Boyce, W. E dan DiPrima, R.C. 1992. Elementary Differential Equations and Boundary Value Problems. McGraw-Hill Book Co, Singapore [2] Churchill, R V dan Brown, C W. 1996. Complex Variables and Applications. McGraw-Hill Book Co, Singapore [3] Debnath, Lokenath. 2012. Nonliear Partial Differential Equations. Springer, New York [4] Falbo, C. E. 2009. Analytic and Numerical Solution to The Delay Differential Equation y t = αy(t δ) Revised. [5] Falbo, C. E. 2006. Some Elementary Methods for Solving Functional Differential Equations. [6] Hale, J., dan Lunel, S. M. V. 1993. Introduction to Functional Diferential Equations. Springer-Verlag, New York [7] Spiegel, M R. 1987. Seri Buku Schaum Teori dan Soal-Soal Peubah Kompleks. Erlangga, Jakarta [8] Toaha, S. 2008. Model Dengan Tundaan Waktu. Vol. 4, pp 13-22