met num 10
TRANSCRIPT
88
5. 8 Interpolasi Polinom Newton Gregory Maju
Bentuk polinom Newton Gregory Maju merupakan kasus khusus dari polinom
Newton, untuk titik – titik yang berjarak sama. Ada dua macam tabel polinom Newton,
yaitu selisih maju (forward difference) dikenal dengan Newton–Gregory Maju, dan tabel
selisih mundur (backward difference) atau Newton–Gregory Mundur. Bentuk umum
polinom ini adalah :
...)xx)(xx].(x,x,x[f)xx].(x,x[f)x(f)x(p 100120010n
)xx)...(xx)(xx].(x,x,...,x,x[f 1n10011nn
atau dapat ditulis,
...h!2
f)xx)(xx(
h!1
f)xx(f
2
0
2
10
0
00
n
0
n
1n10h!n
f)xx)...(xx)(xx(
(5. 8. 1)
Persamaan (5. 8.1) dapat juga ditulis sebagai relasi rekursif :
n
0
n
1n101nnh!n
f)xx)...(xx)(xx()x(p)x(p
jika titik – titik berjarak sama dinyatakan sebagai xi = x0 + ih, dengan i = 0, 1, 2, …, n dan
nilai x yang dinterpolasikan adalah]
x = x0 + sh, s R
maka,
pn(x) ...fh!2
h)1s(sf
h!1
hsf 0
2
2
2
00
0
n
n
n
fh!n
h)1ns)...(2s)(1s(s
atau
pn(x) ...f!2
)1s(sf
!1
sf 0
2
00
0
nf
!n
)1ns)...(2s)(1s(s
= 0
kn
0k
fk
s
, dengan 1
0
s
,
!k
)1ks)...(2s)(1s(s
k
s
Tabel Selisih Maju Newton Gregory
i x f(x) f 2f 3
f 4f
0 x0 f0 f0 2f0 3
f0 4f0
1 x1 f1 f1 2f1 3
f1
2 x2 f2 f2 2f2
3 x3 f3 f3
4 x4 f4 f4
89
Keterangan,
f0 = f(x0) = y0 f0 = f1 – f0 2f0 = f1 – f0 3
f0 = 2f1 – 2
f0
f1 = f(x1) = y1 f1 = f2 – f1 2f1 = f2 – f1 3
f1 = 2f2 – 2
f1
… … ... ...
fp = f(xp) = yp fp = fp+1 – fp 2fp = fp+1 – fp 3
fp = 2fp+1 – 2
fp
atau bentuk umumnya adalah : n+1fp = n
fp+1 – nfp
Contoh 5. 8. 2 :
Bentuklah tabel selisih untuk fungsi f(x) = 1x
1
dalam selang [0. 000, 0. 625]
dengan nilai h = 0. 125. hitung f(0. 400) dengan Polinom Newton-Gregory Maju derajat 3.
Penyelesaian :
Karena polinom ini berderajat 3 maka, diperlukan 4 buah titik. Sehingga
didapatkan galat terkecil interpolasi polinom ini, jika x terletak disekitar pertengahan
selang. Jadi titik – titik yang diambil adalah :
x0 = 0. 250, x1 = 0. 375, x2 = 0. 500, dan x3 = 0. 625,
i x f(x) 2 3
0 0. 000 1.000 – 0. 111 0. 022 – 0. 006
1 0. 125 0. 899 – 0. 089 0. 016 – 0. 003
2 0. 250 0. 800 – 0. 073 0. 013 – 0. 005
3 0. 375 0. 727 – 0. 060 0. 008
4 0. 500 0. 667 – 0. 052
5 0. 625 0. 615
karena x = 0. 400 terletak di sekitar pertengahan selang [0. 250, 0. 625], dengan h =
0. 125, maka nilai s = h
xx 0 =
125.0
250.0400.0 = 1. 2.
sehingga f(0. 400) dengan polinom Newton Gregory maju derajat 3 :
p3(x) 0
2
00 f!2
)1s(sf
!1
sf
0
3f
!3
)2s)(1s(s
= 0. 800 +(1. 2)(–0. 073) + 2
)2.0)(2.1((0. 013) +
6
)8.0)(2.0)(2.1( (–0. 005)
= 0.7141.
Nilai sejati dari f(0. 400) adalah
f(0. 400) = )1400.0(
1
= 0. 714285714.
Batas – batas nilai galatnya adalah : E(x) )t(fh)!13(
)3s)(2s)(1s(s 4
90
5. 9 Interpolasi Polinom Newton Gregory Mundur
Bentuk polinom Newton Gregory mundur (backward difference) dibentuk dari
tabel Newton selisih mundur dengan rumus umum sebagai berikut :
pn(x) ...f!2
)1s(sf
!1
sf 0
2
00
0
nf
!n
)1ns)...(2s)(1s(s
= 0
kn
0k
fs
1ks
atau dalam bentuk tabel,
Tabel Selisih Mundur Newton Gregory
i x f(x) f 2f 3
f 4f
– 4 x-4 f-4
– 3 x-3 f-3 f-3
– 2 x-2 f-2 f-2 2f-2
– 1 x-1 f-1 f-1 2f-1
3f-1
0 x0 f0 f0 2f0
3f0
4f0
Keterangan,
f0 = f(x0) f0 = f0 – f-1 2f0 = f0 – f-1 3
f0 = 2f0 –
2f-1
f-1 = f(x-1) f-1 = f-1 – f-2 2f-1 = f-1 – f-2 3
f-1 = 2f-1 –
2f-2
… … ... ...
f-p = f(x-p) f-p = f- p – f- (p+1) 2f-p = f-p – f-(p+1) 3
f-p = 2f-p –
2f-(p+1)
Contoh 5. 8. 3 :
Bentuklah tabel selisih untuk fungsi f(x) = 1x
1
dalam selang [0. 000, 0. 625]
dengan nilai h = 0. 125. hitung f(0. 4) dengan Polinom Newton-Gregory Mundur derajat 3.
Penyelesaian :
Bentuk umum Tabel selisih maju dari soal ini dapat digambarkan sebagai berikut :
Karena polinom ini berderajat 3 maka, diperlukan 4 buah titik. Sehingga galat interpolasi
terkecil, jika x terletak disekitar pertengahan selang. Jadi titik – titik yang diambil adalah :
x0 = 0. 250, x1 = 0. 375, x2 = 0. 500, dan x3 = 0. 625,
i x f(x) 2
3
– 5 0. 000 1.000
– 4 0. 125 0. 899 – 0. 111
– 3 0. 250 0. 800 – 0. 089 0. 022
– 2 0. 375 0. 727 – 0. 073 0. 016 – 0. 006
– 1 0. 500 0. 667 – 0. 060 0. 013 – 0. 003
0 0. 625 0. 615 – 0. 052 0. 008 – 0. 005
91
karena x = 0. 400 terletak di sekitar pertengahan selang [0. 250, 0. 625], h = 0. 125
maka nilai s = h
xx 0 =
125.0
250.0400.0 = 1. 2
sehingga f(0. 400) dengan polinom Newton Gregory mundur derajat 3 :
p3(x) 0
2
00 f!2
)1s(sf
!1
sf
0
3f
!3
)2s)(1s(s
= 0. 800 +(1. 2)(–0. 073)+2
)2.0)(2.1((0. 013)+
6
)8.0)(2.0)(2.1( (–0. 005)
= 0.7141.
Nilai sejati dari f(0. 400) adalah
f(0. 400) = )1400.0(
1
= 0. 714285714.
5. 10 Interpolasi Polinom Dua Dimensi
Fungsi dua peubah atau variabel, secara umum dapat dinayatakan sebagai :
z = f(x, y)
Dengan grafik fungsi z adalah sebuah bidang atau permukaan (surface) atau selimut
kurva dengan alasnya bidang x – y, sehingga nilai – nilai z terletak pada permukaan
tersebut.
Jika z dinterpolasi dengan polinom dua varaibel atau dua dimensi. Dapat ditentukan
derajat dalam arah x dan y. Misalkan z dihampiri dengan polinom dua dimensi, 2 derajat
untuk x dan 3 derajat untuk y, maka :
z = f(x, y)= a0x + a1 x + a2y + a3x2
+ a4 xy+ a5 y2
+ a6x2y + a7 xy
2
+ a8xy3
+a9y3 + a10 x
2y
2 + a11x
2y
3 (5. 10.1)
Contoh 5. 10. 2 :
Diberikan tabel f(x, y) sebagai berikut :
x y 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
0.5 0.165 0.428 0.687 0.942 1.190 1.431
1.0 0.271 0.640 1.003 1.359 1.703 2.035
1.5 0.447 0.990 1.524 2.045 2.549 3.031
2.0 0.738 1.568 2.384 3.177 3.943 4.672
2.5 1.216 2.520 3.800 5.044 6.241 7.379
3.0 2.005 4.090 6.136 8.122 10.030 11.841
3.5 3.306 6.679 9.986 13.196 16.277 19.198
Taksirlah nilai f(1.6, 0.33) dengan polinom Newton Gregory Maju derajat 2 dalam
arah x dan derajat 3 untuk arah y.
92
Penyelesaian :
Diketahui fungsi tabel tersebut adalah f(x, y) = ex siny + y – 0.1. Yang akan ditaksir
f(1.6, 0.33).
Untuk arah y (x tetap)
Diketahui y = 0.33 dengan polinom derajat 3 (dipilih 4 buah titik) maka selangnya
adalah [0.2, 0.5]. Karena titik – titiknya berjarak sama, maka h = 0.1,
Tabel Dalam arah y (x tetap):
y z z 2z 3
z
x = 1.0
0.2 0.640 0.363 –0 . 007 –0 . 005
0.3 1.003 0.356 –0 . 012
0.4 1.359 0.344
0.5 1.703
x = 1.5
0.2 0.990 0.534 –0 . 013 –0 . 004
0.3 1.524 0.521 –0 . 017
0.4 2.045 0.504
0.5 2.549
x = 2.0
0.2 1.568 0.816 –0 . 023 –0 . 004
0.3 2.384 0.793 –0 . 027
0.4 3.177 0.766
0.5 3.943
y = y0 + sh s = h
yy 0=
1.0
2.033.0 = 1.3
Polinom Newton Gregory maju derajat 3 (dalam arah y) :
P3(x) 0
2
00 f!2
)1s(sf
!1
sf
0
3f
!3
)2s)(1s(s
Untuk x = 1.0 ; f(x, 0. 33) = p3(x, 0. 33)
p3(x, 0. 33) 007.0!2
)13.1(3.1363.0
!1
3.1640.0
005.0
!3
)23.1)(13.1(3.1
= 1.1108
Untuk x = 1.5 ; f(x, 0. 33) = p3(x, 0. 33)
p3(x, 0. 33) 013.0!2
)13.1(3.1534.0
!1
3.1990.0
004.0
!3
)23.1)(13.1(3.1
= 1. 6818
Untuk x = 2.0 ; f(x, 0. 33) = p3(x, 0. 33)
p3(x, 0. 33) 023.0!2
)13.1(3.1816.0
!1
3.1568.1
004.0
!3
)23.1)(13.1(3.1
= 2. 6245
93
Untuk arah x (y tetap)
Diketahui x = 1.6 dengan polinom derajat 2 (dipilih 3 buah titik) maka selangnya
adalah [1.0, 2.0]. Karena titik – titiknya berjarak sama, maka h = 0. 5,
Tabel Dalam arah x (y tetap) :
x z z 2z
1.0 1.1108 0.5710 0.3717
y = 0. 33 1.5 1.6818 0.9427
2.0 2.6245
x = x0 + sh s = h
xx 0=
5.0
0.16.1 = 1.2
Polinom Newton Gregory maju derajat 2 (dalam arah x) :
p3(x) 0
2
00 f!2
)1s(sf
!1
sf
f(1.6, 0.33) = p3(1.6, 0.33)
3717.0!2
)12.1(2.15719.0
!1
2.11108.1
= 1. 8406
f(1.6, 0.33) = 1. 8406.