akar persamaan
DESCRIPTION
kalkulus dasarTRANSCRIPT
6
II. AKAR-AKAR PERSAMAAN
Beberapa metode untuk mencari akar-akar suatu persamaan, untuk
Polinomial derajat dua Rumus Persamaan Kuadrat.
Missal : ax2+ bx +c = 0
X1,2 = 2a
4acbb 2
Sedangkan untuk polinominal lebih tinggi tidak ada rumus,
Misal :
f(x) = x3+x2-3x-3=0
f(x) = x5+2x4+3x3+4x2-3x-1=0
f(x) = ex-3x=0
f(x) = 3x+Sinx-ex=0, dsb
Bentu persm. diatas sulit/tdk mungkin diselesaikan secara eksplisit, tetapi
dengan metode numeric akan di dpt hasil yg mendekati penyelesaian eksak
Gambar 1. Mencari titik potong
Metode ini digunakan scr Iterasi, artinya dicoba dg harga x terus-
menerus (coba-coba) shg di dpt harga f(x)=0
akar persamaan
f(x)
Y
X
7
2.1. Metode Setengah Interval
Logika prosedur hitungan spt pd diagram alir berikut :
Cth.1. Hitunglah akar persamaan pangkat tiga berikut :f(x) = x3+x2-3x-3=0
Jwb.
Dihitung nilai f(x) pd interval antara 2 titik, missal x=1 dan x=2.
Hitung fungsi u/ interval X
yg sama shg di dpt f(xn) dan f(xn+1) dg tanda berbeda.
Hitung
Xt =
2
xx 1nn
Apakah f(xt) kecil ?
xn = xt f(xn) = f(xt)
xn+1 = xt f(xn+1) =f(xt)
Selesai
Tdk
Ya
Ya
Tdk
Apakah f(xt) dan
f(xn) bertanda sama ?
8
X=1, f(x=1) =13+12-3.1-3=-4
X=2, f(x=2) =23+22-3.2-3=3
Karena fungsinya kontinyu maka perubahan tanda dari fungsi antara x=1 dan
x=2 akan memotong sb x paling tdk satu kali.
Dihitung nilai xt, dan fungsi f(xt)
Xt =
2
xx 21 =
2
21 = 1,5
f(xt = 1,5) = 1,53+1,52 -3.1,5 -3= -1,875
maka fungsi berubah menjadi x=1,5 dan x=2, shg akan terletak diantara kedua
nilai tersebut.
Langkah selanjutnya adl membuat setengah interval berikutnya u/ membuat
interval yg semakin kecil, pd mana akar persamaan berada.
Adapun hasil hitunganmetode setengah interval ditunjukkan pada tabel.1
dibawah ini.
Tabel 1. Hasil hitungan metode setengah interval
Iterasi X1 X2 X3 f(X1) f(X2) f(X3)
1 1 2 1.5 -4 3 -1.875
2 1.5 2 1.75 -1.875 3 0.171875
3 1.5 1.75 1.625 -1.875 0.171875 -0.94336
4 1.625 1.75 1.6875 -0.94336 0.171875 -0.40942
5 1.6875 1.75 1.71875 -0.40942 0.171875 -0.12479
6 1.71875 1.75 1.734375 -0.12479 0.171875 0.02203
7 1.71875 1.73438 1.726563 -0.12479 0.02203 -0.05176
8 1.71875 1.726563 1.722656 -0.12479 -0.05176 -0.08837
9 1.71875 1.722656 1.720703 -0.12479 -0.08837 -0.1066
~ 1.73205 0.00000
2.2. Metode Interpolasi Linier
Metode ini sbg penyempurnaan dari metode setengah Interval karena
lebih cepat u/ mendapatkan nilai akar dari suatu fungsi.
9
Metode ini disebut juga metode false position. Metode ini didasarkan pada
interpolasi antara dua nilai dari fungsi yg mempunyai tanda berlawanan.
Mula-mula dicari nilai fungsi setiap interval x yang sama, sampai akhirnya di
dpt dua nilai fungsi f(xn) dan f(xn+1) yg berurutan yg mempunyai tanda
berlawanan.
Spt pd gb.2 dibawah, Dari kedua nilai fungsi f(xn) dan f(xn+1) ditarik garis lurus
shg terbentuk suatu segitiga, dg menggunakan sifat segitiga sebangun maka
didapt persamaan:
)f(X)f(X
)f(X
XX
XX
n1n
1n
n1n
*1n
X* = Xn+1 - )f(X)f(X
)f(X
n1n
1n
(Xn+1-Xn)……………..2.1
Gb.2. Metode interpolasi linier
Nilai tsb digunakan untuk menghitung nilai f(X*), yg kemudian digunakan
lagi untuk interpolasi linier dengan nilai f(Xn) atau f(Xn+1) sedemikian hingga
kedua fungsi mempunyai tanda berbeda. Prosedur ini diulang terus sampai
didapat nilai f(X*) mendekati nol. Diagram alir dibawah logika prosedur hitungan
dari metode Interpolasi Linier.
f (xn+1)
f(x)
Y
X
xn
xn+1- xn
f (xn+1) - f(xn)
xn+1- x*
xn+1 x*
10
Cth. 2.
Hitung salah satu akar dari persamaan f(x) = x3+x2-3x-3=0
Jwb.
Spt pd cth 1, langkah pertama adl menghitung nilai f(x) pd interval antara dua
titik sedemikian sehingga nilai f(x) pd kedua titik tsb berlawanan tanda.
X=1, f(x=1) =13+12-3.1-3=-4
X=2, f(x=2) =23+22-3.2-3= 3
Hitung fungsi u/ interval X
yg sama shg di dpt f(xn) dan f(xn+1) dg tanda berbeda.
Hitung X* dan f(X*)
Apakah f(x*) kecil ?
xn+1 = x* f(xn+1) = f(x*)
xn= x* f(xn) =f(x*)
Selesai
Tdk
Ya
Ya
Tdk
Apakah f(xt) dan
f(xn) bertanda sama ?
11
Dengan mengunakan rumus:
X* = Xn+1 - )f(X)f(X
)f(X
n1n
1n
(Xn+1-Xn)
= 2 - (-4)]3[
3
(2-1) = 1,57142
f(X*) = (1,57142)3+(1,57142)2-3.( 1,57142) -3=-1,36449
karena f(X*) berubah antara x=1,57142 dan x=2, maka akar terletak diantara
kedua nilai tersebut Spt pada table 2 dibawah :
Tabel 2. Hasil hitungan metode inetrpolasi linier
Iterasi X1 X2 X* f(X1) f(X2) f(X*)
1 1 2 1.571429 -4 3 -1.3644315
2 1.571429 2 1.705411 -1.36443 3 -0.2477451
3 1.705411 2 1.727883 -0.24775 3 -0.0393396
4 1.727883 2 1.731405 -0.03934 3 -0.0061107
5 1.731405 2 1.731951 -0.00611 3 -0.0009459
6 1.731951 2 1.732035 -0.00095 3 -0.0001463
7 1.732035 2 1.732048 -0.00015 3 -2.264E-05
8 1.732048 2 1.73205 -2.3E-05 3 -3.503E-06
9 1.73205 2 1.732051 -3.5E-06 3 -5.418E-07
. 1.732051 2 1.732051 -5.4E-07 3 -8.382E-08
. 1.732051 2 1.732051 -8.4E-08 3 -1.297E-08
. 1.732051 2 1.732051 -1.3E-08 3 -2.006E-09
. 1.732051 2 1.732051 -2E-09 3 -3.103E-10
. 1.732051 2 1.732051 -3.1E-10 3 -4.801E-11
~ . . . . . 0
2.3. Metode Newton-Raphson
Metode ini paling banyak digunakan dlm mencari akar-akar dari suatu
persamaan. Jika perkiraan awal dari akar adl xi, suatu grs singgung dpt dibuat
dari titik (Xi,f(Xi). Titik dimana grs singgung tsb memotong sb x biasanya
memberikan perkiraan yg lbh dekat dg nilai akar.
12
Gambar 3. Prosedur metode Newton-Raphson
Spt yg ditunjukkan pd gb.3 diatas, turunan pertama pd xi adl ekivalen dg
kemiringan.
f’(xi) = 1ii
i
xx
0)f(x
atau
xi+1 = xi - (xi)f
f(xi)'
……………..2.2
Bagan alir dari metode Newton Raphson
f(xi)- 0
f(xi)
f(x)
0
A
xi - xi+1
xi+1
xi
Grs singgung di A
f(x)
B
Pilih nilai awal xn sembarang
Hitung Xn+1 dan f(Xn+1)
xn= xn+1
Selesai
Tdk
Ya
Apakah f(xn+1) kecil ?
13
Cth 3. Selesaikan f(x) = x3+x2-3x-3=0 dg metode Newton Raphson
Jwb.
Turunan pertama dr persm. tsb adalah f’(x) = 3x2+2x-3
Dg mengunakan persm.
xi+1 = xi - )(xf
)f(x
i
'
i
Pd awal hitungan ditentukan xi sembarang, misalnya x1 = 1,
x=1, f(x1=1) =13+12-3.1-3=-4
f’(x1=1) =3.12+2.1-3=2
x2=1- 32
4
Langkah selanjutnya ditetapkan x2=3,
x=3, f(x2=3) =33+32-3.3-3=24
f’(x2=3) =3.32+2.3-3=30
x3=3- 2,230
24
Hasil hitungan selanjutnya diberikan dlm tabel 3. dibawah ini :
Tabel 3. Hasil hitungan dg metode Newton-Raphson
Iterasi xi xi+1 f(xi) f(xi+1) f'(xi)
1 1 3 -4 24 2
2 3 2.2 24 5.888 30
3 2.2 1.830151 5.888 0.989001 15.92
4 1.830151 1.737795 0.989001 0.054573 10.70866
5 1.737795 1.732072 0.054573 0.000203 9.53539
6 1.732072 1.732051 0.000203 2.86E-09 9.464368
7 1.732051 1.732051 2.86E-09 0 9.464102
2.4. Metode Secant
Kekurangan metode Newton-Raphson adl diperlukan turunan pertama
(deferensial) dari f(x) dlm hitungan. Kadang-kadang sulit untuk
14
mendeferensialkan pers. yg diselesaikan, untuk itu maka bentuk diferensial
didekati dg perkiraan berdsrkan diferensial beda hingga.
Gambar 4. Metode Secant
Spt terlihat pd gb.4 diatas grs singgung di titik xi didekati oleh bentuk berikut.
f’(xi) = 1ii
1-ii
xx
)f(x)f(x
,
apabila persamaan diatas kita subtitusikan ke persamaan 2.2, maka didapat
xi+1 = xi - )f(x-)f(x
) x- )(xf(x
1-ii
1-iii ……………..2.3
dlm metode ini memerlukan dua nilai awal dari x.
Contoh. 4
Selesaikan persamaan f(x) = x3+x2-3x-3=0 dengan metode secant
Jwb.
Iterasi pertama, diambil dua nilai awal x=1 dan x=2
X=1, f(x=1) = 13+12-3.1-3=-4
X=2, f(x=2) =23+22-3.2-3= 3
Dengan pers.
xi+1 = xi - )f(x-)f(x
) x- )(xf(x
1-ii
1-iii = x3 = 2 - (-4)-3
1) - 3(2=1,57142
f(xi)
f(x)
0
A
xi – xi-1
xi-1
xi
f(x)
B f(xi-1)
15
Iterasi kedua,
X2=2, f(x2=2)= 23+22-3.2-3= 3
X3=1,57142,f(x3=1,57142)= (1,57142)3+(1,57142)2-3. (1,57142)-3= -1,36449
Dengan pers.
xi+1 = xi - )f(x-)f(x
) x- )(xf(x
1-ii
1-iii = x4 = x3 - 3 -1,36449-
2) - 571421,36449(1,-=1,70540
Hitungan selanjutnya dilakukan dg cara yg sama dan hsilnya spt pada tabel 4.
dibawah ini:
Tabel 4. Hasil hitungan dg metode Secant
Iterasi x1 x2 x3 f(x1) f(x2) f(x3)
1 1 2 1.571429 -4 3 -1.3644315
2 2 1.571429 1.705411 3 -1.36443 -0.2477451
3 1.571429 1.705411 1.735136 -1.36443 -0.24775 0.0292554
4 1.705411 1.735136 1.731996 -0.24775 0.029255 -0.0005152
5 1.735136 1.731996 1.732051 0.029255 -0.00052 -1.039E-06
6 1.731996 1.732051 1.732051 -0.00052 -1E-06 3.703E-11
7 1.732051 1.732051 1.732051 -1E-06 3.7E-11 0
8 1.732051 1.732051 1.732051 3.7E-11 0 0