6 0 95 KB
PERSAMAAN DIFERENSIAL ORDE 2
Model persamaan diferensial orde 2 terdiri dari 4 type, yaitu :
d2y Tipe 2 = f ( x ) dx
Tipe
d2y dy Tipe a . 2 + b . + c . y = 0 dx dx
Tipe a
dy d2y ) 2 = f ( x, dx dx
d2y dy + cy = f ( x ) 2 +b dx dx
d2y A. PD Orde 2 Tipe = f ( x) dx 2
Contoh
:
carilah jawaban umum persamaan deferensial
d2y 3 2 2 = 4 x + 3x + x dx d2y 3 2 Jawab : 2 = 4 x + 3x + x dx dy = ∫ 4 x 3 + 3 x 2 + xdx dx
dy 1 = x 4 + x 3 + x 2 + c1 dx 2 y = ∫ x4 + x3 +
y=
1 2 x + c1 dx 2
1 5 1 4 1 3 x + x + x + c1 x + c2 5 4 6
Persamaan Diferensial Orde 2
Hal 1
B. PD Orde 2 Tipe
Contoh
dy d2y ) 2 = f ( x, dx dx
d 2 y dy +x=0 : x. 2 + dx dx
Carilah jawaban umumnya.
Penyelesaian : misal
dy dp d 2 y = : p= dx maka dx dx 2 ...................(1) apabila persamaan (1) dimasukkan ke soal
x.
dp + p.+ x = 0 dx
x.
dp + p = −x dx
ingat rumus
................................(2)
d ( x. p ) dp dx = x. + p. dx dx dx
d ( x. p ) dp = x + p.1 ........(3) dx dx Jika persamaan (2) = persamaan (3) maka
d ( xp) = −x dx Kemudian kedua ruas diintegralkan
xp = ∫ − x dx
xp = − 1 2 x 2 + c1 Persamaan Diferensial Orde 2
Hal 2
dy p = Dari persamaan (1) diketahui bahwa dx maka harga p dapat diganti dy dengan menjadi dx x
dy = − 1 2 x 2 + c1 dx
kemudian semua ruas dibagi x
c dy = − 12 x + 1 dx x y = ∫ − 12 x +
c1 x
y = − 1 4 x 2 + c1 .n x + c2 d2y dy + c. y = 0 C. PD Orde 2 Yang Berbentuk a . 2 + b . dx dx
Persamaan tersebut, jika harga
d2y 2 dy = m , = mdan y = 1, sehingga persamaannya menjadi : dx dx 2 am 2 + bm + c = 0 → disebut persamaan karakteristik. m = m1 dan m = m2 Dimana m = akar-akar penyelesaian Jika m1 ≠ m2 maka harga :
y = A e m1 x + B e m2 x A dan B = Konstanta (atau c1 dan c2) Persamaan Diferensial Orde 2
Hal 3
Jika m1 = m2 maka
Y = e m1 x ( A + B x ) Jika keduanya (akar-akar penyelesaiannya tersebut kompleks), atau m = a + b j, atau m = a + bi
Y = e a x [ A cos β x + B sin β .x ]
Contoh soal : 1. Carilah penyelesaian Persamaan Deferensial berikut ini.
d2y dy 3 + + 2y = 0 dx dx 2 Jawab :
d2y dy jika 2 = m 2 , = m dan y = 1, maka dx dx Persamaan karakteristiknya : 1 m2 + 3 m + 2 = 0 (m+1)(m+2)=0 sehingga : m = -1; m = -2. (m1≠m2) Jadi pemecahan permasalahan tersebut adalah :
Y = A . e − x + B . e −2 x
Persamaan Diferensial Orde 2
Hal 4
2.
d2y dy 6 + + 9y = 0 Carilah penyelesaian PD berikut: dx 2 dx Jawab :
m 2 + 6m + 9 = 0 (m + 3)(m + 3) = 0 ⇒ m = −3 akar kembar sehingga
Y = e −3 x ( A + B x )
3.
d2y dy 4 + + 9y = 0 Carilah penyelesaian PD berikut: dx 2 dx Jawab :
m 2 + 4m + 9 = 0 Dengan menggunakan rumus ABC didapat
m=
− 4 ± 16 − 36 2
m=
− 4 ± − 1. 4 . 5 − 4 ± j.2. 5 m = ⇔ 2 2
⇔ m=
− 4 ± − 20 2
m = −2 ± j 5 Sehingga a=-2 dan β = 5 Dan akhirnya memberikan
Y = e a x [ A cos β x + B sin β .x ]
[
Y = e −2x A cos 5 x + B sin 5 x
Persamaan Diferensial Orde 2
] Hal 5
d2y dy + cy = f ( x ) D. PD Orde 2 Yang Berbentuk a 2 + b dx dx
Pada persamaan deferensial bentuk ini dikenal dua istilah, yaitu : 1). FUNGSI KOMPLEMENTER : diperoleh dengan memecahkan persamaan bila f(x)=0, seperti dalam bagian program sebelum ini. Adapun pemecahannya, jika f(x)=0, adalah : Untuk akar yang berbeda Y = A e Untuk akar kembar
m1 x
+ B e m2 x
Y = e m1 x ( A + B x )
[
]
Y = e A cos β x + Bsin β .x Untuk akar imaginer 2). INTEGRAL KHUSUS : Diperoleh dengan menggunakan bentuk umum ax
dari fungsi ruas kanan persamaan yang diberikan, yaitu dengan mensubtitusikan bentuk umum tersebut ke dalam persamaannya dan kemudian menyamakan koefisien-koefisiennya. Jika ruas kanan adalah fungsi berderajat dua, bentuk umum nya :
Y = C x2 + D x + E Jika ruas kanan berderajat satu, maka persamaan umumnya : Y= Cx + D. 3). Jawaban yang sesungguhnya = jawaban fungsi komplemerter + integral khusus.
Contoh : d2y dy + 6y = x 2 Selesaikan persamaan deferensial dari 2 −5 dx dx
Persamaan Diferensial Orde 2
Hal 6
Jawab : 1). Fungsi Komplementer, pemecahannya dengan persamaan kiri = 0, yaitu : d2y dy − 5 + 6 y = 0 yang memberikan 2 dx dx
m2 - 5m + 6 = 0 (m - 2)(m - 3)= 0 m = 2 atau m = 3 Jawaban fungsi komplementer :
Y = A e 2 x + B e 3x 2). Integral khusus : Karena ruas kanan adalah fungsi berderajat dua (x2)sehingga bentuk umum persamaan berderajat dua adalah :
Y = C x2 + D x + E maka
dy = 2C x + D dx d2y = 2C dx 2
dy d2y harga y, dx dan dx 2 dimasukkan ke persamaan semula (soal) , yaitu : d2y dy + 6y = x 2 2 −5 dx dx 2C - 5 (2 Cx + D) + 6 (Cx2 + Dx+ E) = x2 2C - 10 Cx - 5D + 6Cx2 + 6Dx+6 E = x2 6Cx2 + (6D - 10 C)x+ (2C- 5D+ 6E) = x2
Persamaan Diferensial Orde 2
Hal 7
bentuk tersebut bisa ditulis : 6 Cx2 + (6D - 10C)x + (2C-5D + 6E) =1x2 + 0x + 0 dengan menyamakan koefisien dari x yang berpangkat sama, kita dapatkan : x2 ⇒ 6c = 1 c=
1 6
x ⇒ 6 D -10 c = 0 5 1 6 D − 10 . = 0 ⇒ D = 18 6
0 ⇒ 2c − 5D + 6 E = 0 1 5 2 . − 5. + 6 . E = 0 6 18 E=
19 108
Jadi Integral khususnya adalah :
Y = cx 2 + Dx + E =
1 2 5 19 x + x+ 6 18 108
Sehingga jawaban yang sebenarnya adalah : Y = Fungsi Komplementer + Integral Khusus
1 2 5 19 x + x + = Ae + Be + 6 18 108 2x
3x
Persamaan Diferensial Orde 2
Hal 8