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

dokumen-dokumen yang mirip
Husna Arifah,M.Sc :Ayunan (osilasi) dipakai.resonansi

PEMBENTUKAN MODEL : AYUNAN (OSILASI) BEBAS. Husna Arifah,M.Sc

UJI KONVERGENSI. Januari Tim Dosen Kalkulus 2 TPB ITK

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)

BAB II PENGANTAR SOLUSI PERSOALAN FISIKA MENURUT PENDEKATAN ANALITIK DAN NUMERIK

PEMBENTUKAN MODEL RANGKAIAN LISTRIK

Aplikasi Persamaan Bessel Orde Nol Pada Persamaan Panas Dua dimensi

MASALAH SYARAT BATAS (MSB)

KALKULUS MULTIVARIABEL II

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

Interferensi Cahaya. Agus Suroso Fisika Teoretik Energi Tinggi dan Instrumentasi, Institut Teknologi Bandung

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

Barisan dan Deret Agus Yodi Gunawan

Aplikasi Deret Fourier (FS) Deret Fourier Aplikasi Deret Fourier

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

: D C adalah fungsi kompleks dengan domain riil

perpindahan, kita peroleh persamaan differensial berikut :

Modul KALKULUS MULTIVARIABEL II

GERAK HARMONIK. Pembahasan Persamaan Gerak. untuk Osilator Harmonik Sederhana

MODUL 1. Teori Bilangan MATERI PENYEGARAN KALKULUS

Hendra Gunawan. 16 Oktober 2013

Bab 4 DINDING SINUSOIDAL SEBAGAI REFLEKTOR GELOMBANG

MA1201 KALKULUS 2A Do maths and you see the world

PENGANTAR MATEMATIKA TEKNIK 1. By : Suthami A

Gelombang Stasioner Gelombang Stasioner Atau Gelombang Diam. gelombang stasioner. (

LEMBAR AKTIVITAS SISWA INDUKSI MATEMATIKA

matematika PEMINATAN Kelas X PERSAMAAN DAN PERTIDAKSAMAAN EKSPONEN K13 A. PERSAMAAN EKSPONEN BERBASIS KONSTANTA

Fungsi Gamma. Pengantar Matematika Teknik Kimia. Muthia Elma

PERSAMAAN DIFERENSIAL I PERSAMAAN DIFERENSIAL BIASA

Catatan Kuliah MA1123 Kalkulus Elementer I

FUNGSI dan LIMIT. 1.1 Fungsi dan Grafiknya

Fungsi Gamma dan Fungsi Beta. Ayundyah. Ayundyah Kesumawati. Prodi Statistika FMIPA-UII. March 31, 2015

Matematika Dasar FUNGSI DAN GRAFIK

Ringkasan Kalkulus 2, Untuk dipakai di ITB 1

BAB IV DERET FOURIER

KALKULUS MULTIVARIABEL II

BAB II KAJIAN TEORI. syarat batas, deret fourier, metode separasi variabel, deret taylor dan metode beda

Karakteristik Gerak Harmonik Sederhana

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

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

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

Solusi Problem Dirichlet pada Daerah Persegi dengan Metode Pemisahan Variabel

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Pengantar Metode Perturbasi Bab 1. Pendahuluan

KONSEP DASAR PERSAMAAN DIFERENSIAL

Persamaan Diferensial

Fakultas Teknik UNY Jurusan Pendidikan Teknik Otomotif INTEGRASI FUNGSI. 0 a b X A. b A = f (X) dx a. Penyusun : Martubi, M.Pd., M.T.

Memahami definisi barisan tak hingga dan deret tak hingga, dan juga dapat menentukan

Persamaan Diferensial Biasa

Pertemuan 1 dan 2 KONSEP DASAR PERSAMAAN DIFERENSIAL

Persamaan Diferensial

PERSAMAAN DIFFERENSIAL LINIER

LIMIT KED. Perhatikan fungsi di bawah ini:

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

PDP linear orde 2 Agus Yodi Gunawan

II. TINJAUAN PUSTAKA. variabel x, sehingga nilai y bergantung pada nilai x. Adanya relasi kebergantungan

Mutawafaq Haerunnazillah 15B08011

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

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

digunakan untuk menyelesaikan integral seperti 3

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

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

4. Deret Fourier pada Interval Sebarang dan Aplikasi

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

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

Gambar 1. Bentuk sebuah tali yang direnggangkan (a) pada t = 0 (b) pada x=vt.

Bab 2 TEORI DASAR. 2.1 Linearisasi Persamaan Air Dangkal

FUNGSI BESSEL. 1. PERSAMAAN DIFERENSIAL BESSEL Fungsi Bessel dibangun sebagai penyelesaian persamaan diferensial.

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

BAB 5 Bilangan Berpangkat dan Bentuk Akar

Suku Banyak Chebyshev

KARAKTERISTIK GERAK HARMONIK SEDERHANA

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

Integral Tak Tentu. Modul 1 PENDAHULUAN

Listrik Statik. Agus Suroso

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

Pertemuan Ke 2 SISTEM PERSAMAAN LINEAR (SPL) By SUTOYO,ST.,MT

MATEMATIKA TEKNIK 2 S1-TEKNIK ELEKTRO. Mohamad Sidiq

5.1 Fungsi periodik, fungsi genap, fungsi ganjil

PENYELESAIAN PERSAMAAN DIFFERENSIAL ORDE 1 - I

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

a menunjukkan jumlah satuan skala relatif terhadap nol pada sumbu X Gambar 1

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

II LANDASAN TEORI. Besaran merupakan frekuensi sudut, merupakan amplitudo, merupakan konstanta fase, dan, merupakan konstanta sembarang.

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

Catatan Kuliah KALKULUS II BAB V. INTEGRAL

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

BAB I DERIVATIF (TURUNAN)

LIMIT FUNGSI. A. Menentukan Limit Fungsi Aljabar A.1. Limit x a Contoh A.1: Contoh A.2 : 2 4)

Catatan Kuliah FI1101 Fisika Dasar IA Pekan #8: Osilasi

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

SRI REDJEKI KALKULUS I

Fungsi Peubah Banyak. Modul 1 PENDAHULUAN

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

II. TINJAUAN PUSTAKA

BAB 1. PENDAHULUAN KALKULUS

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

BAB 3 REVIEW SIFAT-SIFAT STATISTIK PENDUGA KOMPONEN PERIODIK

PERSAMAAN DIFFERENSIAL ORDE I. Nurdinintya Athari

Mata Kuliah GELOMBANG OPTIK TOPIK I OSILASI. andhysetiawan

Transkripsi:

Bentuk umum PD Bessel : x 2 y"+xy' +(x 2 υ 2 )y =...() Kita asumsikan bahwa parameter υ dalam () adalah bilangan riil dan tak negatif. Penyelesaian PD mempunyai bentuk : y(x) = x r m = a m x m = a m xm +r m =...(2) dengan syarat a. Sehingga : y'(x)= (m + r)a m xm +r m = = x r m = (m + r)a m x m...(3) y''(x)= m + r (m + r + )a m xm +r 2 m = =x r 2 m = m + r (m + r )a m x m...(4) PD nya menjadi : X 2 [x r 2 m = a m x m ]= atau, m = m + r (m + r )a m x m ] + x[x r (m + r)a m x m ]+( x 2 υ 2 )[ x r m + r (m + r )a m xm +r m = + (m + r)a m xm +r m = + a m xm +r+2 m = - υ 2 a m x =... (5) Jika x tidak selalu nol, maka yang pasti = adalah koefisien-koefisien dari x r+s dengan m=s dalam jumlah pertama,kedua dan keempat, dan dengan m=s-2 pada jumlah yang ketiga. Sehinga dapat dijabarkan sebagai berikut : Koefisien x r : (r-)r a +r a υ 2 a = (r 2 -r+r- υ 2 ) a = (r 2 - υ 2 ) a = ; a Persamaan indical : r 2 - υ 2 = ; r 2 =± υ...(6) Koefisien x r+ : r(r+)a + (r+)a υ 2 a = (r 2 +r+r+- υ 2 ) a = (2r++r 2 - υ 2 )a = m = (2r+) a = ;(2r+) tidak selalu a = Koefisien x r+s : (s+r-)(s+r)a s +(s+r)a S +a s-2 υ 2 a s = m = m +r

[(s+r)(s+r-+)- υ 2 ]a s =-a s-2 [(s+r) 2 - υ 2 ]a s =-a s-2 a s 2 a s =...(7) (s+r) 2 υ 2 Untuk r = υ : a s 2 a s 2 a s = = = a s 2 (s+r) 2 υ 2 s 2 +2sυ+υ 2 v 2 s(s+2υ) s = 2 a 2 = a 2(2+2υ) = a 4(+υ) s = 3 a 3 = a 3(3+2υ) = s = 4 a 4 = a 2 4(4+2υ) = a 2.4 2+υ.4(+υ) Karena a = ; v, maka untuk s ganjil a s = dan s genap = 2m ; m =, 2, 3,.... a 2m = a 2m (2υ+2m ) 2m 2 = a 2 2 m(υ+m ) 2m 2 Karena a sebarang dan a, maka bisa dipilih a = 2 υ Γ(υ+) dimana Γ υ + adalah fungsi gamma. Untuk keperluan di sini cukup ketahui bahwa Γ(α) didefinisikan oleh integral Γ(α)= t α dt (α ) Dengan integrasi parsial diperoleh Γ(α + )= t α dt = - t α + α t α dt Pernyataan pertama di ruas kanan adalah nol dan integral di ruas kanan adalah Γ α. Ini menghasilkan hubungan dasar Γ(α + )= αγ(α) Karena Γ()= dt =. Dengan Γ υ + = υγ υ = υ!...(8) 2

untuk υ =,,2,3, sehingga : m = a 2 = a 2 2υ+2 = 2 2 υ+ = Husna Arifah,M.Sc : Persamaan Bessel: Fungsi-fungsi Besel jenis Pertama 2 υ Γ υ+ = = 2 υ +2 υ+ Γ(υ+) 2 υ +2 Γ(υ+2)!2 υ +2 Γ(υ+2) m = 2 a 4 = a 2 2 2 2 υ+2 = 2.2 2 υ+2 = = 2 υ +4 2Γ(υ+3) 2!2 υ +4 Γ(υ+3) m = 3 a 6 = a 4 2 2 3 υ+2 = 3.2 2 υ+2 m = m a 2m = m m!2 υ +2m Γ υ+m + 2 2+υ Γ υ+2 2!2 4+υ Γ υ+3 y= m = m m!2 υ +2m Γ υ+m + xυ+2m...(9) Fungsi y yang merupakan penyelesaian PD berbentuk deret tak hingga ini disebut Fungsi Bessel Jenis Pertama orde υ dan dinotasikan degan J υ (x) Jadi J υ (x) = m =( ) m m!2 υ +2m Γ υ+m + xυ+2m J υ (x) = x υ ( ) m m = m!2 υ +2m Γ υ+m + x2m...() Nilai bilangan bulat υ biasanya dinyatakan dengan n. Jadi untuk n, J n (x) = x n ( ) m x 2m m =...() 2 2m +n m! n+m! Untuk akar indical yang lain yaitu r=- υ ; J υ (x) = ( ) m m = m!2 υ +2m Γ υ+m + x υ+2m...(2) Karena persamaan bessel memuat υ 2, maka fungsi J υ dan J υ merupakan penyelesaianpenyelesaian dari persamaan bessel untuk υ yang sama. Bila υ bukan bilangan bulat, maka J υ dan J υ adalah bebas linier karena suku pertama di () dan (2) berturut-turut adalah kelipatan hingga yang tak nol dari x υ dan x υ. 3

TEOREMA (PU Persamaan Bessel) Bila v bukan bilangan bulat, maka penyelesaian umum persamaan Bessel untuk setiap x adalah: y x = c j v x + c 2 j v (x)...(3) Tetapi apabila υ suatu bilangan bukat maka () bukan penyelasaian umum. Teorema 2 (Kebergantungan linear fungsi-fungsi Bessel j n dan j n ) Untuk bilangan bulat υ =n, fungsi-fungsi Bessel j n x dan j n x adalah begantung linear karena dengan (n=,2,... ) J x = ( ) n j n x...(4) Bukti. Kita gunakan (2) dan misalkan υ mendekati suatu bilangan bulat n yang positif. Maka fungsi Gamma dalam koefesien-koefesien dari suku n yang pertama menjadi tak hingga (lihat Gambar 545 dilampiran 3). Jadi koefesien-koefesien ini menjadi nol dan penjumlahan mulai dari m=n. Karena untuk kasus ini Γ m n + = m n! [lihat (8)] maka kita peroleh J n x = dimana m = n+s dan s =m-n. m n ( ) m x2m n 2 2m n m! m n! = ( ) n+s x 2s+n 2 2s+n n + s! s! s= Dari () terlihat bahwa deret terakhir menyatakan ( ) n j n x. lengkap. Dengan demikian bukti telah Penyelesaian umum persamaan Bassel untuk bilangan bulat υ =n akan diperoleh dalam pasal berikutnya. Nilai numerik untuk j dan j dicakup dalam lampiran4. CONTOH. KABEL ATAU RANTAI BERGETAR [GAMBAR 85] Fungsi Bessel diterapkan pada hal-hal yang berhubungan dengan apa yang disebut persamaan gelombang. Penerapan pada getaran kabel (atau rantai) fleksibel bergantung yang terjepit pada ujung atasnya (x= dalam gambar 85 hal 99) dan dapat melakukan getaran kecil dalam bidang vertikal. 4

Anggal L = panjang kabel, ρ = konstanta berat jenisnya (massa/satuan panjang) Maka berat bagian kabel yang dibawah titik x adalah W(x) = ρg(l-x) Dengan mengasumsikan sudut α kecil pada pergeseran, kita dapat memandang W(x) hamper sama dengan gaya tarik yang berkerja secara garis singgung (tangensial) pada kabel yang bergerak. Komponen horizontal gaya tarik ini memberikan gaya pemulih keseimbangan yaitu F(x) = W sin α W tan = Wu x, dimana u x = u/ x dan u(x,t) merupakan pergeseran kabel dari posisi keseimbangan vertikalnya, dan t menyatakan waktu. Dengan demikian, untuk bagian kecil kabel diantara x dan x+ x, perbedaan gayanya adalah (menurut teo. Kalkulus tentang nilai rata-rata) F(x+ x) F(x) = x (Wu x ) x Menurut hukum Newton II. Selisih gaya ini sama dengan masa ρ x kali percepatan u π = 2 u/ t 2 dari bagian kecil ini: ρ x u u = x (Wu x ) x = x ρ g[(l-x) u x ] x Dengan mengharapkan gerakan periodik terhdap waktu, kita coba u(x,t) = y(x) cos (ωt + δ) diubtitusikan kepersamaan tersebut dan dibagi dengan ρ x, kita peroleh ω 2 y cos ωt + δ = g L x y cos ωt + δ Dengan menggunakan factor cosines, untuk melakukan diferensiasi dan mengumpulakn suku-suku, kita peroleh (L-x) y y + λ 2 y = λ 2 = ω 2 /g Dengan menetapkan L - x =, kita peroleh dx = - dz dan melalui aturan rantai z d2 y dz 2 + dy dz + λ2 y = Satu-satunya langkah manipulasi adalah dengan menunjukkan bahwa persamaan ini dapat disusun dalam bentuk persamaan Bessel dengan parameter v=. Subtitusi yang akan berlaku adalah s = 2 λ z /2. Maka melalui aturan rantai dy = dy λ z/2 dz ds d 2 y = d 2 y dz 2 ds 2 λ2 z 2 dy ds λ2 z 3/2 Subtitusikan menghasilkan 5

λ 2 d 2 y ds 2 + ( 2 Husna Arifah,M.Sc : Persamaan Bessel: Fungsi-fungsi Besel jenis Pertama λ2 z 2 + λ 2 z 2) dy ds + λ2 y = Dibagi dengan λ 2 dan mengingat bahwa = 2 λ z /2, akhirnya kita peroleh d 2 y ds 2 + s dy ds + y = Ini merupakan persamaan Bessel dengan parameter v=. Karena s = 2 λ z /2 = ( 2ω ) (L x) maka g penyelesainnya adalah y(x) = J (2 ω [(L x)/g] Karena ujung sebelah atas (x=) kabel terjepit, maka y() = J (2 ω (L/g) = Dengan demikian frekuensi yang mungkin (2ω/2π) dari kabel yang bergetar adalah resonansi s= (2 ω (L/g) dari J bernilai nol (lihat gambar 86 pada himpunan soal) atau superposisi sejenis mode normal Hasil Percobaan. Suatu kabel dengan L= 24., 24.5, 24., 24., 24. getaran per menit, dengan demikian rata-ratanya adalah 24.. Dari 2 ω frekuensi (L/g = 2.45 (nol pertama dari J ;lihat table A2 pada lampiran 4) kita hitung ω 2π = 2.45 2. 2π L/g = 2.45 4π 2.28/9.8 =.397 [sec ] Yaitu.397 (6) = 23.8 getaran per menit. Galatnya adalah.3% Sumber Pustaka Kreyszic,Erwin. Advanced Engineering Mathematics.6 th Edition 993. United States : John Wiley 7 Sons,Inc 6