Transcript Integral 1
IV. INTEGRAL 4.1. PENGERTIAN 4.2. ATURAN TRAPESIUM 4.3. ATURAN SIMPSON 4.4. ATURAN GAUSS QUADRATURE PENGERTIAN y=f(x) x b I f ( x)dx xa x=a x=b Adalah luas daerah yang dibatasi oleh garis x=a, garis x=b, kurva y=f(x), dan sb-x 1. ATURAN TRAPESIUM y=f(x) x=a Kurva pada interval x=a s/d x=b diganti dengan sebuah garis lurus sehingga terbentuk sebuah trapesium yang mempunyai luas: x=b ba f (a) f (b) I tr 2 Terdapat kesalahan positif (hasil yang diperoleh lebih besar dari nilai yang sebenarnya). n=2 Interval x = a s/d x = b dibagi menjadi dua sub Interval sama lebarnya. y=f(x) h b a / n I2 I1 h x=a h x1 x=b h I1 f ( x1 ) f (a) 2 h I 2 f ( x1 ) f (b) 2 h I tr I1 I 2 f (a) 2 f ( x1 ) f (b) 2 xn x0 Multipel Segmen: h n Ii x0 xn Luas trapesium ke i: f(xi) f(xi-1) h h I i f ( xi1 ) f ( xi ) 2 n Itr I k I1 I 2 ... I i ... I n k 1 h [ f ( x0 ) f ( x1 ) f ( x1 ) f ( x2 ) ... 2 f ( xi 1 ) f ( xi ) ... f ( xn 1 ) f ( xn )] n 1 h Itr f ( x0 ) 2 f ( x j ) f ( xn ) 2 j 1 n 1 xn x0 f ( x0 ) 2 f ( x j ) f ( xn ) j 1 2n Contoh 40 I x 4 x 5dx 13,3333 3 1 5 Diketahui: 2 Hitung integral itu menggunakan pendekatan trapesium dengan a. n = 1 b. n = 2 c. n = 4 d. n = 8 Jawab f(x) = x2 - 4x + 5 a. Untuk n = 1 maka h = 4 dan didapat nilai-nilai fungsi berikut: i 0 1 xi 1,00 5,00 f(xi) 2,00 10,00 h I f ( x0 ) f ( x1 ) 24 2 f(x) = x2 - 4x + 5 b. Untuk n = 2 maka h = 2 dan didapat nilai-nilai fungsi berikut: i 0 1 2 xi 1,00 3,00 5,00 f(xi) 2,00 2,00 10,00 h I f ( x0 ) 2 f ( x1 ) f ( x2 ) 16 2 f(x) = x2 - 4x + 5 c. Untuk n = 4 maka h = 1 dan didapat nilai-nilai fungsi berikut: i 0 1 2 3 4 xi 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 f(xi) 2,00 1,00 2,00 5,00 10,00 h I f ( x0 ) 2 f ( x1 ) f ( x2 ) f ( x3 ) f ( x4 ) 2 14 f(x) = x2 - 4x + 5 d. Untuk n = 8 maka h = 0,5 dan didapat nilai-nilai fungsi berikut: 2 f ( xi ) i xi f(xi) 2 f(xi) 0 1,00 2,00 1 1,50 1,25 2,50 2 2,00 1,00 2,00 3 2,50 1,25 2,50 4 3,00 2,00 4,00 42,00 5 3,50 3,25 6,50 6 4,00 5,00 10,00 7 4,50 7,25 14,50 10,00 8 5,00 n 1 I xn x0 f ( x0 ) 2 f ( x j ) f ( xn ) 2 42 10 5 1 16 13,5 j 1 2n 2. ATURAN SIMPSON Pendekatan derajat dua. Untuk mendapatkan fungsi derajat dua diperlukan tiga titik (dua sub interval) y=f(x) f2(x) h x0=a h x1 x2=b Pers. kurva derajat dua: x x1 x x2 f 2 ( x) f ( x0 ) x0 x1 x0 x2 x x0 x x2 f ( x1 ) x1 x0 x1 x2 x x0 x x1 f ( x2 ) x2 x0 x2 x1 n=2 I simp y=f(x) f 2 ( x)dx x0 h f ( x0 ) 4 f ( x1 ) f ( x2 ) 3 f2(x) h x0=a x2 ba h 2 h x1 x2=b I simp b a f ( x0 ) 4 f ( x1 ) f ( x2 ) 6 ba h 4 n=4 h I1 f ( x0 ) 4 f ( x1 ) f ( x2 ) 3 I2 I1 x0=a x2 h I 2 f ( x2 ) 4 f ( x3 ) f ( x4 ) 3 x4=b I simp I1 I 2 h f ( x0 ) 4 f ( x1 ) f ( x3 ) 2 f ( x2 ) f ( x4 ) 3 Multipel Segmen: xn x0 h n n genap I simp I1 I 2 ... I m x0 I simp xn x0 xn n1 n 2 i 1,3 j 2 , 4 f ( x0 ) 4 f ( xi ) 2 f ( x j ) f ( xn ) 3n Contoh 2 Diketahui: I e xdx 26,79908 x2 0 Hitung integral itu menggunakan pendekatan simpson dengan a. n = 2 b. n = 4 c. n = 8 Jawab f ( x) xe x2 a. Untuk n = 2 maka h = 1,0 dan didapat nilai-nilai fungsi berikut: i 0 1 2 xi f(xi) 0,00 0,00 1,00 2,718282 2,00 109,1963 f ( x0 ) 4 f ( x1 ) f ( x2 ) I x2 x0 6 40,02314 f ( x) xe x2 b. Untuk n = 4 maka h = 0,5 dan didapat nilai-nilai fungsi berikut: i 0 1 2 3 4 xi f(xi) 0,00 0,00 0,50 0,64201 1,00 2,71828 1,50 14,23160 2,00 109,19630 f ( x0 ) 4 f ( x1 ) f ( x3 ) 2 f ( x2 ) f ( x4 ) I x2 x0 12 29,02122 f ( x) xe x2 c. Untuk n = 8 maka h = 0,25 dan didapat nilai-nilai fungsi berikut: i xi f(xi) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0,00 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00 0,00 0,26612 0,64201 1,31629 2,71828 5,96342 14,23160 37,41665 109,19630 I simp xn x0 n1 n 2 i 1,3 j 2 , 4 f ( x0 ) 4 f ( xi ) 2 f ( x j ) f ( xn ) 27,01917 3n 3. GAUSS-QUADRATURE f(x) F(u) Transformasi a x -1 b b 1 a 1 1 u I f ( x)dx F (u )du Integran f(x) dengan batas-batas dari x = a s/d x = b ditransformasi ke integran F(u) dengan batas-batas dari u = -1 s/d u = 1. TRANSFORMASI VARIABEL DARI x KE u: x = a 0 + a1 u x=a u = -1 a = a 0 - a1 (i) x=b u=1 b = a0 + a 1 (ii) Solusi simultan (i) dan (ii) adalah: ba a0 2 ba a1 2 Jadi hubungan variabel lama x dengan variabel baru u adalah ba ba x u 2 2 ba dx du 2 f(x) F(u) a x -1 b b 1 a 1 1 I f ( x)dx F (u )du ba b a ba F (u) u f 2 2 2 u f(x) = x2 - 4x + 5 f(x) 3 I 1 8 x 4 x 5 dx 3 2 Transformasi: 3 1 x 3 1 3 1 x u 2u 2 2 F(u) F (u) f (2 u) u 2 1 1 -1 1 u 8 I u 1 du 3 1 2 F(u) -1 F(u) 1 u -1 u1 F(u) u2 1 u 1 Pendekatan: I F (u )du c1F (u1 ) c2 F (u2 ) 1 Pembobot c1 dan c2 adalah sedemikian hingga terjadi keseimbangan antara kesalahan positif dengan kesalahan negatif. Ke empat bilangan yang belum diketahui u1, u2, c1, dan c2 dicari sebagai berikut: c1F (u1 ) c2 F (u2 ) F(u)=1 1 c1 c2 du 2 -1 1 1 F(u) = u (1) c1F (u1 ) c2 F (u2 ) 1 -1 1 c1u1 c2u2 udu 0 1 (2) F(u)=u2 c1F (u1 ) c2 F (u2 ) 1 c1u1 c u u du 2 / 3 2 -1 1 F(u)=u3 2 2 2 2 (3) 1 c1F (u1 ) c2 F (u2 ) 1 -1 1 c1u13 c2u23 u 3du 0 1 Solusi Simultan pers (1) s/d (4) adalah: 1 0,577350269 c1 = c2 = 1 u1 u2 3 (4) Rumus Umum I c1F (u1 ) c2 F (u2 ) ... cn F (un ) Faktor-faktor pemberat c dan argumen fungsi u untuk sampai dengan 6 (enam) titik adalah sebagaimana diberikan dalam tabel 14.1: Numerical Methods For Engineer with Personal Computer Applications. Steven C Chapra Contoh 2 Diketahui: I e xdx 26,79908 x2 0 Hitung integral itu menggunakan pendekatan Gauss quadrature dengan a. 2 titik b. 3 titik c. 4 titik Jawab: x =u + 1 F (u) u 1e ( u 1)2 a. 2 titik 1 1 F ( ) 1e 3 3 1 1 F( ) 1e 3 3 ( ( 1 1)2 3 1 1)2 3 0,50531 18,98747 1 1 I F ( ) F ( ) 19,49278 3 3 + b. 3 titik Dari tabel: c1 0,55556 u1 0,7746 c2 0,88889 u2 0 c1F (u1 ) 0,55556 0,7746 1e ( 0, 77461) 2 c2 F (u2 ) 0,888890 1e c3 F (u3 ) 0,55556 0,7746 1 e c3 c2 u3 u1 0,13175 ( 01) 2 2,41625 ( 0, 77461) 2 22,98867 I c1 F (u1 ) c2 F (u2 ) c3 F (u3 ) 25,53667 + c. 4 titik c1 0,34785 c2 0,65214 c3 c2 c4 c1 u1 0,86114 u2 0,33998 u3 u2 u4 u1 c1F (u1 ) 0,34785 0,86114 1e ( 0,861141)2 0,04924 c2 F (u2 ) 0,65214 0,33998 1e ( 0,339981)2 0,66541 c3 F (u3 ) 0,65214 0,33998 1e ( 0,339981) 2 5,26301 c4 F (u4 ) 0,347850,86114 1e ( 0,861141) 2 20,67753 I c1F (u1 ) c2 F (u2 ) c3 F (u3 ) c4 F (u4 ) 26,65520 +