ANALISIS MODEL DENYUT JANTUNG DENGAN MENGGUNAKAN TEORI BIFURKASI

dokumen-dokumen yang mirip
A. LATAR BELAKANG MASALAH

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

POLA DISTRIBUSI INTERVAL DENYUT JANTUNG DENGAN MEMANFAATKAN JUMLAHAN FUNGSI GAUSS YANG DIOPTIMASI SECARA NELDER-MEAD SIMPLEX

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Karena v merupakan vektor bukan nol, maka A Iλ = 0. Dengan kata lain, Persamaan (2.2) dapat dipenuhi jika dan hanya jika,

BIFURKASI HOPF PADA MODEL SILKUS BISNIS KALDOR-KALECKI TANPA WAKTU TUNDA

T 23 Center Manifold Dari Sistem Persamaan Diferensial Biasa Nonlinear Yang Titik Ekuilibriumnya Mengalami Bifurkasi Contoh Kasus Untuk Bifurkasi Hopf

KESTABILAN SISTEM PREDATOR-PREY LESLIE

BAB 4 MODEL DINAMIKA NEURON FITZHUGH-NAGUMO

BAB II LANDASAN TEORI

BAB II KAJIAN TEORI. Persamaan diferensial sangat penting dalam pemodelan matematika khususnya

BAB II LANDASAN TEORI. pada bab pembahasan. Materi-materi yang akan dibahas yaitu pemodelan

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

BAB II KAJIAN TEORI. representasi pemodelan matematika disebut sebagai model matematika. Interpretasi Solusi. Bandingkan Data

BAB II LANDASAN TEORI. dalam penulisan skripsi ini. Teori-teori yang digunakan berupa definisi-definisi serta

BAB II KAJIAN TEORI. dinamik, sistem linear, sistem nonlinear, titik ekuilibrium, analisis kestabilan

BAB II TINJAUAN PUSTAKA. kestabilan model predator-prey tipe Holling II dengan faktor pemanenan.

Persamaan Diferensial Biasa

MODEL DENYUT JANTUNG DENGAN TEORI BIFURKASI DAN DISTRIBUSI INTERVAL DENYUT JANTUNG BERDASARKAN OPTIMASI FUNGSI GAUSS OLEH NELDER-MEAD SIMPLEX

Solusi Numerik Persamaan Gelombang Dua Dimensi Menggunakan Metode Alternating Direction Implicit

BAB II LANDASAN TEORI. selanjutnya sebagai bahan acuan yang mendukung tujuan penulisan. Materi-materi

BAB I PENDAHULUAN. 1.1 Latar Belakang Masalah

Penentuan Bifurkasi Hopf Pada Predator Prey

Bab II Teori Pendukung

Simulasi Kestabilan Model Predator Prey Tipe Holling II dengan Faktor Pemanenan

BIFURKASI DARI HASIL MODIFIKASI SISTEM PERSAMAAN LORENZ

BIFURKASI HOPF PADA SISTEM PREDATOR PREY DENGAN FUNGSI RESPON TIPE II

BAB II TINJAUAN PUSTAKA. Pengertian dari persamaan diferensial biasa (PDB) yaitu suatu

MODEL LOGISTIK DENGAN DIFUSI PADA PERTUMBUHAN SEL TUMOR EHRLICH ASCITIES. Hendi Nirwansah 1 dan Widowati 2

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

PEMODELAN MATEMATIKA DAN ANALISIS STABILITAS DARI PENYEBARAN PENYAKIT FLU BURUNG

DESKRIPSI PENGARUH PARAMETER TERHADAP KESTABILAN PERILAKU SISTEM BANDUL GANDA SEDERHANA

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

Penyelesaian Penempatan Kutub Umpan Balik Keluaran dengan Matriks Pseudo Invers

JAWABAN ANALITIK SEBAGAI VALIDASI JAWABAN NUMERIK PADA MATA KULIAH FISIKA KOMPUTASI ABSTRAK

Penyelesaian Penempatan Kutub Umpan Balik Keluaran dengan Matriks Pseudo Invers

ANALISIS KESTABILAN SISTEM GERAK PESAWAT TERBANG DENGAN MENGGUNAKAN METODE NILAI EIGEN DAN ROUTH - HURWITZ (*) ABSTRAK

BAB II LANDASAN TEORI

II. TINJAUAN PUSTAKA. Sistem dinamik adalah sistem yang berubah dari waktu ke waktu (Farlow,et al.,

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2014

ANALISIS MODEL MANGSA PEMANGSA PADA PENANGKAPAN IKAN YANG DIPENGARUHI OLEH KONSERVASI

Friska Erlina, Yuni Yulida, Faisal

BIFURKASI PADA MODEL SUSCEPTIBLE INFECTED RECOVERED (SIR) DENGAN WAKTU TUNDA DAN LAJU PENULARAN BILINEAR SKRIPSI

BENTUK NORMAL BIFURKASI HOPF PADA SISTEM UMUM DUA DIMENSI

BIFURKASI PITCHFORK SUPERKRITIKAL PADA SISTEM FLUTTER

ANALISIS STABILITAS MODEL MATEMATIKA DARI PENYEBARAN PENYAKIT MENULAR MELALUI TRANSPORTASI ANTAR DUA KOTA

Penerapan Teknik Serangga Steril Dengan Model Logistik. Dalam Pemberantasan Nyamuk Aedes Aegypti. Nida Sri Utami

MODEL NON LINEAR PENYAKIT DIABETES. Aminah Ekawati 1 dan Lina Aryati 2 ABSTRAK ABSTRACT

BIFURKASI HOPF DALAM MODEL EPIDEMI DENGAN WAKTU TUNDAAN DISKRET

ANALISIS KESTABILAN MODEL DINAMIK ALIRAN FLUIDA DUA FASE PADA SUMUR PANAS BUMI. Jl. Prof. H. Soedarto, S.H. Semarang 50275

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB I PENDAHULUAN. 1.1 Latar Belakang

BAB I PENDAHULUAN. disebut dengan sistem dinamik kontinu dan sistem dinamik yang. menggunakan waktu diskrit disebut dengan sistem dinamik diskrit.

Oleh Nara Riatul Kasanah Dosen Pembimbing Drs. Sri Suprapti H., M.Si

BAB VII MATRIKS DAN SISTEM LINEAR TINGKAT SATU

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

BIFURKASI SADDLE-NODE PADA SISTEM INTERAKSI NONLINEAR SEPASANG OSILATOR TANPA PERTURBASI

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

BAB II LANDASAN TEORI. eigen dan vektor eigen, persamaan diferensial, sistem persamaan diferensial, titik

ANALISIS DINAMIK MODEL EPIDEMI SIRS DENGAN MODIFIKASI TINGKAT KEJADIAN INFEKSI NONMONOTON DAN PENGOBATAN

Perluasan Teorema Cayley-Hamilton pada Matriks

ANALISIS STABILITAS SISTEM DINAMIK UNTUK MODEL MATEMATIKA EPIDEMIOLOGI TIPE-SIR (SUSCEPTIBLES, INFECTION, RECOVER)

BAB II LANDASAN TEORI

BIFURKASI TRANSKRITIKAL PADA SISTEM DINAMIK SKRIPSI

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

SUATU KRITERIA STABILISASI SISTEM DESKRIPTOR LINIER KONTINU REGULAR

Pengantar Statistika Matematik(a)

BAB IV ANALISIS DINAMIK MODEL SUBTHALAMIK NUKLEUS. Pada model matematika yang dibangun di Bab III, diperoleh 5 persamaan diferensial,

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

BAB 2 PDB Linier Order Satu 2

BAB II KAJIAN TEORI. selanjutnya sebagai bahan acuan yang mendukung tujuan penulisan. Materi-materi

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

APLIKASI METODE TRANSFORMASI DIFERENSIAL PADA SISTEM PERSAMAAN DIFERENSIAL BIASA PENDAHULUAN

Dinamik Model Epidemi SIRS dengan Laju Kematian Beragam

Bab 15. Interaksi antar dua spesies (Model Kerjasama)

Analisis Kestabilan Pada Model Transmisi Virus Hepatitis B yang Dipengaruhi Oleh Migrasi

BAB II LANDASAN TEORI. Pada bab ini akan dibahas mengenai definisi-definisi dan teorema-teorema

Bab 3 MODEL DAN ANALISIS MATEMATIKA

PERAN PENTING LAJU PERUBAHAN KALOR PADA MODEL DINAMIK UNSUR UNSUR UTAMA IKLIM

Bab 16. Model Pemangsa-Mangsa

II LANDASAN TEORI 2.1 Sistem Persamaan Diferensial Definisi 1 [Sistem Persamaan Diferensial Linear (SPDL)]

BAB 1 PENDAHULUAN. 1.1 Latar Belakang

PENYELESAIAN NUMERIK DAN ANALISA KESTABILAN PADA MODEL EPIDEMIK SEIR DENGAN PENULARAN PADA PERIODE LATEN

SOLUSI PENYEBARAN PANAS PADA BATANG KONDUKTOR MENGGUNAKAN METODE CRANK-NICHOLSON

Simulasi Model Mangsa Pemangsa Di Wilayah yang Dilindungi untuk Kasus Pemangsa Tergantung Sebagian pada Mangsa

KESTABILAN TITIK TETAP MODEL PENULARAN PENYAKIT TIDAK FATAL

PENGANTAR MATEMATIKA TEKNIK 1. By : Suthami A

SISTEM DINAMIK KONTINU LINEAR. Oleh: 1. Meirdania Fitri T 2. Siti Khairun Nisa 3. Grahani Ayu Deca F. 4. Fira Fitriah 5.

TE Sistem Linier. Sistem Waktu Kontinu

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

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

BAB I DASAR-DASAR PEMODELAN MATEMATIKA DENGAN PERSAMAAN DIFERENSIAL

IDENTIFIKASI TITIK TITIK BIFURKASI DARI MODEL TRANSMISI PENYAKIT MENULAR

BAB 3 PEMODELAN TANGKI REAKTOR BIODIESEL

PENYELESAIAN MASALAH NILAI EIGEN UNTUK PERSAMAAN DIFERENSIAL STURM-LIOUVILLE DENGAN METODE NUMEROV

PEMODELAN DAN SIMULASI NUMERIK GERAK OSILASI SISTEM BANDUL PEGAS BERSUSUN ORDE KEDUA DALAM DUA DIMENSI

BAB IV HASIL YANG DIPEROLEH

Perancangan dan Simulasi MRAC PID Control untuk Proses Pengendalian Temperatur pada Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR)

Analisa Matematik untuk Menentukan Kondisi Kestabilan Keseimbangan Pasar Berganda dengan Dua Produk Melalui Sistem Persamaan Diferensial Biasa Linear

ANALISIS LAX PAIR DAN PENERAPANNYA PADA PERSAMAAN KORTEWEG-DE VRIES

Transkripsi:

ANALISIS MODEL DENYUT JANTUNG DENGAN MENGGUNAKAN TEORI BIFURKASI Herlina D. Tendean ), Hanna A. Parhusip ), Bambang Susanto ) ) Mahasiswa Program Studi Matematika FSM UKSW ) Dosen Program Studi Matematika FSM UKSW Fakultas Sains dan Matematika UKSW Jl. Diponegoro 5-6 Salatiga 57 ) herlinadwitendean@gmail.com, ) hannaariniparhusip@yahoo.co.id, ) bsusanto5@gmail.com Abstrak Model denyut jantung manusia yang berbentuk εx = (x Tx + x ) dianalisa dengan menggunakan teori x = x x d bifurkasi karena variasi parameter dalam model yang dapat menyebabkan perubahan sifat kualitatif titik setimbang. Model tersebut merupakan model tak linier maka model akan dilinierkan dengan mengunakan linierisasi deret Taylor. Untuk melihat perbandingan antara model linier dan tak linier yang sesuai dengan sistem kerja jantung manusia, maka kedua model diselesaikan dengan menggunakan metode Runge-Kutta orde 4. Model linier tidak sesuai dengan sistem kerja jantung manusia karena dalam model linier tidak terjadi proses sistole dan diastole, sehingga model tak linier lebih valid karena sesuai dengan sistem kerja jantung manusia. Solusi yang didapatkan dari model tak linier merupakan bifurkasi homoklinik yang terjadi karena adanya siklus periodik dan sifat stabilitas titik setimbang cenderung tidak stabil. Kata kunci : Jantung, Bifurkasi Homoklinik, Titik Setimbang. Pendahuluan Pada proses pemompaan darah pada jantung memiliki dua jenis gerakan yang disebut kontraksi (sistole) dan relaksasi (diastole). Sistole adalah gerakan jantung pada saat tekanan darah terjadi kontraksi pada otot-otot jantung, sedangkan diastole adalah gerakan jantung pada saat jantung beristirahat pada saat pemompaan. Denyut jantung terjadi pada saat jantung berada dalam kondisi sistole dan diastole yang terjadi berulang-ulang. Salah satu alat yang dapat digunakan untuk mengukur denyut jantung manusia adalah Electrodiagram (ECG). ECG menampilkan grafik yang merekam aktifitas kelistrikan jantung pada selang waktu tertentu, grafik yang muncul dari hasil pemeriksaan berupa grafik naik dan turun yang dapat disebut sebagai gelombang (Shyu dan Weichih, 7).

Model denyut jantung manusia harus memiliki siklus dasar (Jones dan Sleeman,98) :. Model yang dibuat harus berdasarkan keadaan setimbang dengan laju perubahan panjang serabut otot dan gelombang aktifitas elektrokimia sama dengan nol. Terdapat ambang batas yang memicu gelombang elektrokimia yang menyebabkan jantung berkontraksi. Model diharapkan dapat cepat kembali dalam keadaan setimbang Model denyut jantung yang diteliti dalam paper ini berbentuk (Thanom dan Robert, ): dengan x x ε x d T : Panjang serabut otot εx = (x Tx + x ) T > () : Variabel aktifitas elektrokimia x = x x d () : Konstanta parameter bernilai positif kecil yang berhubungan dengan nilai eigen : Skalar kuantitas yang mewakili panjang serat otot dalam keadaan diastole : Ketegangan dalam otot. Pada literatur nilai parameter yang diketahui adalah x d =, ε =. dan. Persamaan () dan () merupakan sistem persamaan yang memiliki bentuk umum dx = f(x, t), persamaan () dan () akan dianalisis dengan menggunakan teori bifurkasi. Model dianalisis dengan menggunakan teori bifurkasi diharapkan dapat menunjukan sifat sistem kerja jantung apabila parameter berubah-ubah. Teori Bifurkasi Bifurkasi adalah perubahan sifat kualitatif titik setimbang dari sistem persamaan diferensial dx = f(x, t) yang terjadi karena variasi parameter. Titik setimbang adalah solusi x = x yang menyebabkan dx =. Terdapat jenis bifurkasi yang dapat digambarkan dari sebuah persamaan diferensial (Golubitsky dan Dellnitz,999) :

. Bifurkasi pelana (saddle node bifurcation) yaitu dimana titik setimbang x bertabrakan dan menghilang. Bifurkasi pelana diperoleh dengan mendeteksi : det (J f ) x,t =, (tr(j f ) ) dengan J f adalah matriks Jacobian dari sistem persamaan diferensial. Matriks Jacobian dibentuk dari turunan parsial dari sistem persamaan diferensial dari f i (x, t) terhadap x j, dengan j =,, n dan i =,, n. Berdasarkan komponennya, J f ditulis J f = f x f x n f n x f n x n. (). Bifurkasi hopf yaitu berubahnya jenis kestabilan titik setimbang persamaan diferensial, yang terjadi karena munculnya sepasang nilai eigen dari matriks Jacobian yang bernilai imajiner. Bifurkasi hopf dapat diperoleh jika sistem persamaan diferensial memenuhi : det (J f ) x,t >, (tr J f = ) Nilai eigen disini adalah nilai skalar λ yang memenuhi persamaan Ax = λx. (4) Matriks A adalah matriks Jacobian dari persamaan diferensial yang dihitung pada titik setimbangnya. Sehingga nilai eigen pada matriks Jacobian dicari dengan menyelesaikan (Mahmud, 9) det A λι = (5). Bifurkasi homoklinik yaitu adanya siklus periodik pada suatu persamaan diferensial, yang muncul karena sepasang nilai eigen (5) dari matriks Jacobian tidak sama dengan nol (Maoan dkk, ). Bifurkasi homoklinik dapat dideteksi jika persamaan diferensial memenuhi : det (J f ) x,t >, (tr J f ) Untuk menentukan sifat stabilitas titik setimbang maka sistem persamaan diferensial tak linier perlu diketahui sifat nilai eigen dari matriks Jacobian yaitu matriks pada persamaan (). Menurut (Golubitsky dan Dellnitz,999) Titik setimbang untuk kasus bifurkasi dibedakan menjadi bagian :

. Titik setimbang hiperbolik (jika bagian riil pada nilai eigen dari matriks Jacobian pada titik setimbang tidak nol).. Titik setimbang non hiperbolik (jika bagian riil pada nilai eigen dari matriks Jacobian pada titik setimbang bernilai nol). Sifat kestabilan untuk titik setimbang hiperbolik dibagi berdasarkan jenis dan tanda dari nilai eigen. Beberapa sifat kestabilan titik setimbang (Golubitsky dan Dellnitz,999) :. Jika semua nilai eigen riil dan mempunyai tanda sama, stabil apabila nilai eigen positif dan tidak stabil apabila nilai eigen negatif.. Jika semua nilai eigen riil dan berbeda tanda (positif dan negatif) maka jenis kestabilan adalah pelana (saddle) dan selalu tak stabil.. Jika salah satu nilai eigen riil dan nilai eigen kompleks yang semua nilai eigen bernilai negatif maka jenis kestabilan adalah stabil, tetapi apabila semua nilai eigen bertanda positif maka jenis kestabilan adalah tak stabil. Jenis kestabilan ini disebut fokus titik (focus node). 4. Jika salah satu nilai eigen riil dengan tanda yang berlawanan dari nilai eigen yang kompleks, maka jenis kestabilannya disebut titik pelana fokus (saddle focus), titik setimbang ini selalu tidak stabil. Karena model yang digunakan bersifat tak linier maka sebagai langkah awal model dilinierkan dengan deret Taylor di sekitar titik setimbang x. Linierisasi sistem persamaan tak linier dengan menggunakan Deret Taylor Linierisasi didasarkan dari fungsi f(x) yang terletak dekat dengan titik setimbang, dengan f x = yang kemudian disusun sistem persamaan pada sekitar titik setimbang x. dx = f(x) = f(x ) + J f x (x x ) + (6) Dari persamaan (6) selanjutnya yang lebih tinggi dbuang, sehingga persamaan menjadi dx = dx dx n = f x f x n f n x f n x n x x x n x n Persamaan (7) merupakan model sistem persamaan linier yang berada di sekitar titik setimbang x. (7)

Metode Runge-Kutta orde 4 untuk model denyut jantung persamaan () dan () Untuk menyelesaikan sistem persamaan diferensial tak linier pada persamaan () dan () dapat digunakan metode Runge-Kutta (Yang dkk, 5) dengan tujuan membawa model kedalam fungsi waktu (t). Penyelesaian dx = f(x, t) menurut metode Runge-Kutta Orde 4 adalah dengan x n+ = x n + h 6 (k + k + k + k 4 ) k = f(x n, t n ) k = f(x n + hk, t n + h) k = f(x n + hk, t n + h) k 4 = f(x n + hk, t n ) Persamaan () dan () merupakan sistem persamaan tak linier dan akan dibawa kedalam fungsi waktu (t) dengan menggunakan metode Runge-Kutta orde 4, persamaan () dan () mempunyai penyelesaian dengan x n+ = x n + h 6 (k + k + k + k 4 ) k = ε ( x n Tx n + x n ) = k x n k x d k = ε ((x n + h k ) T x n + h k + (x n + h k )) (x n + h k ) + x d = k k k = ε ((x n + h k ) T x n + h k + (x n + h k )) (x n + h k ) + x d = k k k 4 = ε ( x n + hk T x n + hk + (x n + hk )) = k 4 x n k + hk + x 4 d Pembahasan Analisa model denyut jantung manusia

x x x Dalam penilitian ini persamaan () dan () akan dicari nilai titik setimbangnya untuk mengetahui sifat stabilitas titik setimbang x. Secara analitik didapatkan nilai titik setimbang Sehingga titik setimbang x = x d x = ε (x d x d ) x, x adalah (x d, ε (x d Tx d )). Titik setimbang tergantung pada parameter ε, T dan x d. Berdasarkan titik setimbang pada persamaan () dan () merupakan bifurkasi homoklinik karena siklus periodik dapat muncul dan menghilang jika parameter divariasi. Pada gambar x d divariasi.5 x d.5, jika x d >.5 dan x d <.5 maka tidak akan terjadi siklus periodik. x ' = x - xd x ' = - (x - T x + x)/e xd = -.5 E =. x ' = x - xd x ' = - (x - T x + x)/e xd = E =. x ' = x - xd x ' = - (x - T x + x)/e xd =.5 E =. - - - - x - x - x Gambar. Siklus periodik yang terjadi untuk x d =.5 (kiri), x d = (tengah) dan x d =.5 (kanan). Menentukan sifat stabilitas titik setimbang berdasarkan variansi parameter Untuk menentukan sifat stabilitas titik setimbang persamaan () dan () maka dicari nilai eigen dengan membentuk matriks Jacobian sesuai dengan persamaan () f f x J f = x f f x x = ε (x T) ε Nilai eigen J f dengan parameter yang telah diketahui λ =.6 dan λ =.8, jadi sifat kestabilan titik setimbang adalah tidak stabil karena nilai eigennya real dan bertanda positif dengan tipe titik setimbang hiperbolik. Sifat kestabilan berdasarkan nilai eigen dengan memvariasi parameter ε, x d dan T ditunjukan pada table.. Parameter ε yang divariasi

x x x x x - - - - - x ' = x - xd x ' = - (x - T x + x)/e xd = E =.9 - x x ' = x - xd x ' = - (x - T x + x)/e xd = E =.5 - x x ' = x - xd x ' = - (x - T x + x)/e xd = E =.5 - x x ' = x - xd x ' = - (x - T x + x)/e xd = E =.56 - x x ' = x - xd x ' = - (x - T x + x)/e xd = E =. - x Tabel. Nilai eige, determinan dan trace dari matriks Jacobian untuk beberapa variasi parameter ε No Nilai Parameter ` ε =.9 x d = Nilai Eigen λ =.98 λ =.44 Det /Trace 5.6 5.6 Matriks Jacobian 5.6 5.6 Gambar pplane7 ε =.5 x d = λ = 8.944 λ =.557 ε =.5 x d = λ = λ = 4 4 4 4 4 ε =.56 x d = λ =.96 +.9i λ =.96.9i (pelana).96.96.96.96 5 ε =. x d = λ =.67 +.75i λ =.67.75i (pelana).... Setelah memvariasi parameter ε dapat terlihat nilai eigen selalu positif dan sifat kestabilan titik setimbang akan terjadi tidak stabil apabila ε.5 dan sifat kestabilan pelana fokus terjadi apabila nilai ε >.5. Dapat dikatakan bahwa sifat titik setimbang dengan memvariasi parameter ε adalah pelana fokus dan tidak stabil.. Apabila parameter.5 x d < atau.5 x d > maka sifat kestabilan titik setimbang tidak stabil dan pelana fokus dan apabila x d = sifat kestabilan titik setimbang tidak stabil.. Parameter T divariansi T maka sifat kestabilan titik setimbang tidak stabil Setelah melakukan variansi parameter ε, x d dan T persamaan() dan () merupakan bifurkasi homoklinik karena persamaan () dan () memiliki siklus periodik. Dengan menggunakan bantuan pplane7 maka akan terlihat siklus yang terjadi pada persamaan () dan () dalam bidang fase.

x(panjang seraut otot) x ' = x - xd x ' = - (x - T x + x)/e E =. xd = A B C D - - x (variabel aktifitas elektrokimia) Gambar. x = panjang serat otot, x = Variabel aktifitas elektrokimia dimana x d =, ε =. dan. Gambar menunjukan bahwa medan vektor dalam garis AB dan BC berjalan menuju garis B dan C yang membentuk siklus. Titik-titik AB dan BC merupakan titik setimbang yang stabil sedangkan titik yang berada disekitar garis BC merupakan titik setimbang yang tidak stabil disebabkan pada garis B dan C merupakan ambang batas yang menyebabkan jantung berkontraksi (Thanom dan Robert, ). Titik setimbang dikatakan tidak stabil karena jantung merupakan organ tubuh yang tidak berhenti beraktifitas sehingga dapat dikatakan bahwa jantung tidak pernah berada pada kondisi yang stabil. Linierisasi sistem persamaan tak linier Melinierkan sistem persamaan tak linier diharapkan persamaan yang linier lebih mendekati sistem kerja jantung. Pada persamaan () dan () akan disusun persamaan disekitar titik setimbang x dan x dx = f x, x = f x, x + J x f (x,x ) x + J f x (x,x ) x dx = f x, x = f x, x + J f x x,x x + J f x ) (x,x x ) Linierisasi persamaan () dan () disekitar titik setimbang x dan x dx dx = x + T ε ε x x x x = x + T ε ε x x d x ( x d + Tx d ) ε

x x dx dx = x +T ε x x d + ε x ( x d +Tx d ) ε Persamaan (8) adalah hasil linierisasi persamaan () dan (). x x d (8) Metode Runge-Kutta orde 4 Hasil Metode Runge-Kutta orde 4 akan diaplikasikan pada persaman () dan () dengan dibantu Matlab R9a, dengan titik awal yang dipilih adalah -.5 dan.5. 5 5 5.5 -.5 5 5 5 t Gambar. Gambar dari persamaan () dan () dengan ε =., dan x d = Gambar merupakan gambar pada persamaan () dan () yang dibawa dalam fungsi t dengan titik awal yang dipilih adalah pada saat x t =.5 dan x t =.5, titik awal dipilih berdasarkan perpotongan antara AB dan BC pada gambar. Pada gambar menjelaskan x adalah panjang serabut otot dan x adalah variabel aktifitas elektrokimia, pada saat x = 5 dan x = 5 terlihat pada garis putus-putus yaitu pada saat jantung dalam keadaan diastole maka panjang serabut otot semakin melebar dan aktifitas elektrokimia akan semakin mengecil karena tidak terjadi kontraksi pada otot jantung, tetapi pada garis yang tidak putus-putus yaitu pada saat jantung dalam keadaan sistole maka panjang serabut otot akan semakin mengecil dan variabel aktifitas elektrokimia semakin membesar karena terjadi kontraksi dalam jantung yang dapat menghasilkan listrik didalam jantung. Dengan menggunakan metode Runge-Kutta orde 4 persamaan (8) disusun seperti persamaan yang tak linier dan dibawa ke dalam fungsi waktu (t) untuk

x x melihat kedekatan antara model yang linier dengan sistem kerja jantung. Dengan menggunakan bantuan Matlab R9a maka persamaan (),() dan (8) diaplikasikan dengan menggunakan metode Runge-Kutta orde 4 yang ditunjukan pada gambar 4. 4 Linier Tak linier 5 5 5 6 4 Linier Tak Linier 5 5 5 t Gambar 4. Gambar dari persamaan (), () dan (8) Pada gambar 4 terlihat bahwa sistem persamaan yang telah dilinierkan tidak sesuai dengan keadaan jantung manusia, karena keadaan panjang serabut otot dan variabel aktifitas elektrokimia semakin meningkat dan terlihat bahwa jantung tidak mengalami proses sistole dan diastole. Dimensi Analisis untuk Persamaan () dan () Model pada persamaan () dan () merupakan model yang tak berdimensi sehingga pada kasus ini akan dilakukan analisis untuk menjadikan model yang tak berdimensi menjadi berdimensi. Misalkan berdasarkan dari literatur diberikan dimensi pada setiap variabel : x = panjang serabut otot (meter) x = aktivitas variabel elektrokimia (tegangan listrik = Volt) T = Tegangan (Pascal atau Newton/meter ) x d = Skalar kuantitas yang mewakili panjang serat otot dalam keadaan diastole (meter) t = waktu (detik) Untuk mendapatkan informasi tentang satuan pada parameter pada persamaan () dan () tersebut maka perlu dilakukan terlebih dahulu analisa dimensi sebagaimana ditunjukkan berikut ini. Model ditulis dalam bentuk x = bx + ctx dx (9)

Penyekalaan umum yang dapat digunakan adalah x = e(x x d ), b, c, d, e, T > () x = x A, x = x B, t = t τ. () dengan A, B dan τ merupakan skala referensi untuk panjang serabut otot, tegangan listrik dan waktu. Skala referensi adalah nilai-nilai panjang serabut otot, tegangan listrik dan waktu yang biasa digunakan pada saat pengukuran jantung. Misalkan A adalah panjang serabut otot jantung dalam keadaan normal bagi orang sehat ketika jantung berkontraksi dalam satuan meter, B adalah tegangan listrik yang terjadi dalam jantung pada saat berkontranksi dalam satuan volt dan τ adalah waktu yang digunakan pada saat jantung mengalami sistole dan diastole dalam satuan detik. Dengan menggunakan penyekalaan umum () pada persamaan (9) dan () diperoleh A x τ = ba x + ctax dbx () B τ = ea(x x d ) () selanjutnya perlu dicari b, c, d dan e dengan A τ = B ea, sehingga τ = B ea = ca ead = c ed A caτ x = ba ca x + Tx db ca x caτ adalah ε pada persamaan () yang sehingga dapat menjadi ε = cτ.ekspresi ba ca dapat disederhanakan menjadi ba = sehingga menyebabkan A = c jadi b A = c db. Selanjutnya = jadi B = ca b ca d c Jadi model pada persamaan () dan () setelah dilakukan penyekalaan akan menjadi = c c b. d εx = x + Tx x (4) x = x x a (5) Persamaan (4) dan (5) merupakan persamaan yang muncul pada persamaan () dan (), dengan menghilangkan notasi tilda maka persamaan (4) dan (5) dapat digunakan dengan dimensi yang dapat dihubungkan jika muncul pada pengukuran denyut jantung. Hal ini akan digunakan pada penelitian yang lebih lanjut.

Kesimpulan Berdasarkan analisis model denyut jantung yang dilakukan terlihat bahwa teori bifurkasi telah digunakan untuk menganalisis suatu persamaan diferensial yang mempunyai perubahan sifat kualitatif pada titik setimbang yang dikarenakan perubahan parameter. Persamaan tak linier yang sudah ada juga telah memenuhi sistem kerja jantung pada saat sistole dan diastole. Pada persamaan () dan () merupakan jenis bifurkasi homoklinik yang timbul karena adanya siklus periodik dengan sifat titik setimbang yang cenderung tidak stabil. Sifat titik setimbang adalah tidak stabil yang berarti bahwa jantung sedang berada pada kondisi sistole dan diastole yang berulang-ulang pada nilai parameter ε.5 dan ε.5,.5 x d.5 dan T. Ucapan Terima Kasih : Terima kasih kepada Bapak Dr. Suryasatriya Trihandaru, M. Sc yang telah berkontribusi pada analisis dimensi model yang akan digunakan untuk penelitian lebih lanjut. Daftar Pustaka []. Golubitsky, M and Dellnitz, M. (999). Liniear Algebra and Differential Equation Using Matlab. Brooks/Cole Publishing Company. []. Imrona, Mahmud. (9). Aljabar Linier Dasar. Jakarta : Erlangga. []. Jones, D.S and Sleeman, B. D. (98). Differential Equations And Mathematical Biology. Departement of Mathematical Sciences, University of Dundee. London. [4]. Maoan Han, Junmin Yang and Dongmei Xiao. (). Limit Cycle Bifurcation Near a Double Homoclinic Loop with a Nilpotent Saddle. International Journal of Bifurcation and Chaos. [5]. Pangase, Yulin. (). Penyelesaian Untuk Model Reaktor Reaksi Kimia (Continuous Flow Stirred Chemical Tank Reactor (Cstr)) Dengan Menggunakan Teori Bifurkasi. Fakultas Ilmu Alam dan Teknologi Rekayasa Universitas Halmahera. [6]. Thanom, Witt and Loh, Robert N. K. (). Nonlinier Control Of Heartbeat Models. Departement of Electrical and Computer

Engineering Center for Robotics and Advanced Automation Oakland University Rochester. USA. [7]. Yang WY, Cao W, Chung TS and Morris J. (5). Applied Numerical Methods Using Matlab. United State of America : Willey-Interscience.