nonlinier equations - bhupalaka's blog | teknik lingkungan … · ppt file · web...
TRANSCRIPT
ROOTS OF Non Linier Equations
• Metode Bagi dua (Bisection Method)• Metode Regula Falsi (False Position
Method)• Metode Grafik• Iterasi Titik-Tetap (Fix Point Iteration)• Metode Newton-Raphson• Metode Secant
Solusi Persamaan Kuadrat Tingkat 2
aacbbx
cbxaxxf
24
0)(2
2
Persamaan di atas memberi akar-akar penyelesaian untuk fungsi aljabarf(x)
Yaitu nilai-nilai x yang memberikan f(x) = 0
Kalau persaamaannya f(x) = e-x - x?
Overview of Methods
• Bracketing methodsGraphing methodBisection methodFalse position
• Open methodsOne point iterationNewton-RaphsonSecant method
• Memahami konsep konvergensi dan divergensi.
• Memahami bahwa metode tertutup selalu konvergen, sedangkan metode terbuka kadang-kadang divergen.
• Konvergensi pada metode terbuka biasanya didapat jika initial guess –nya dekat dengan akar sebenarnya.
Specific Study Objectives
Cara Grafik
• Plotkan fungsinya dan tentukan dimana memotong sumbu x.
• Lacks precision• Trial and error
f(x)=e-x-x
-2
0
2
4
6
8
10
-2 -1 0 1 2x
f(x)
Cara Grafik (limited practical value)
x
f(x)
x
f(x)
x
f(x)
x
f(x)
Pembatas atas dan Bawah memiliki tanda sama. Akar tidak ada atau banyak akar
Tanda berbeda, jumlah akar-akar ganjil
Bisection Method
• Memanfaatkan beda tanda dua nilai batas• f(xl)f(xu) < 0 dimana l=lower (batas bawah)
dan u=upper (batas atas)• Minimal ada satu akar
x
f(x)
x
f(x)
x
f(x)
Algorithm• Pilih xu dan xl. Cek beda tanda nilai fungsi keduanya
f(xl)f(xu) < 0• Perkirakan akar
xr = (xl + xu) / 2• Tentukan interval berikut ada di subinterval atas atau
subinterval bawahf(xl)f(xr) < 0 then xu = xr RETURN
f(xl)f(xr) >0 then xl = xr RETURN
f(xl)f(xr) =0 then root equals xr - COMPLETE
Metode Bagi DuaAsumsi: Fungsi f(x) kontinu dalam interval 00 ,ba
0)()( 00 bfaf
do n = 0,1,…2/)( nn bam
if ,0)()( mfaf n then ,1 nn aa mbn 1
else ,1 man nn bb 1
if 11 nn ab exitend do
or 0)( mf
•f(x) = e-x - x•xl = -1 xu = 1
CONTOHGunakan bisection method untuk mencari akar-akar persamaan
3.718282
-0.63212
-2
0
2
4
6
8
10
-2 -1 0 1 2x
f(x)
False Position Method
• “Brute Force” dari metode bagi dua kurang efisien
• Menghubungkan dua nilai batas dengan garis lurus
• Mengganti kurva menjadi garis lurus memberikan “false position”
• Mempercepat perkiraan
xl
xu
f(xl)
f(xu)next estimate, xr
f xx x
f xx x
x xf x x xf x f x
l
r l
u
r u
r uu l u
l u
Based on similar triangles
Regula FalsiAsumsi: Fungsi f(x) kontinu dalam interval 00 ,ba
0)()( 00 bfaf
do n = 0,1,…)]()(/[])()([ nnnnnn afbfbafabfw
if ,0)()( wfaf n then ,1 nn aa wbn 1
else ,1 wan nn bb 1
if 11 nn ab exit
end do
or 0)( wf
CONTOHTentukan akar persamaan dari persamaan berikut menggunakan false position method, mulai dengan initial estimate xl=4.55 and xu=4.65
f(x) = x3 - 98-40-30-20-100102030
4 4.5 5x
f(x)
Open Methods
• Simple one point iteration• Newton-Raphson method• Secant method
• Pada metode tertutup, akar terdapat di antara kedua interval yang dibatasi batas atas dan bawah
Open Methods• Metode terbuka diharapkan konvergen
solution moves closer to the root as the computation progresses
• Metode terbuka;– single starting value, atau– two starting values that do not necessarily
bracket the root• Ada kemungkinan metode ini divergen
solution moves farther from the root as the computation progresses
Simple one point iteration / Metode Titik Tetap
• Merubah formula untuk memperkirakan akar
• Re-arrange fungsi f(x) sehingga ada satu nilai x pada sebelah kiri dari persamaan Contoh, untuk f(x) = x2 - 2x + 3 = 0Ubah menjadix = (x2 + 3) / 2
Simple one point iteration• Contoh lain, untuk
f(x) = sin x = 0,menjadix = sin x + x
• Hitung nilai x = g(x)• Perkiraan nilai berikut berdasar pada
x i+1 = g(xi)
CONTOH• Untuk f(x) = e-x -3x• Ubah menjadi g(x) = e-x / 3• Initial guess x = 0
-6-4-202468
10121416
-2 -1 0 1 2x
f(x)
Initial guess 0.000
g(x) f(x) a
0.333 -0.283
0.239 0.071 39.561
0.263 -0.018 9.016
0.256 0.005 2.395
0.258 -0.001 0.612
0.258 0.000 0.158
0.258 0.000 0.041
-6-4-202468
10121416
-2 -1 0 1 2x
f(x)
Metode Newton Raphson
tangent
dydx
f
f xf xx x
rearrange
x xf xf x
ii
i i
i ii
i
'
'
'
0
1
1
f(xi)
xi
tangent
xi+1
CONTOH
Gunakan metode Newton Raphson untuk mencari akar-akar dari f(x) = x2 - 11 memakai initial guess xi = 3
-20
0
20
40
60
80
100
0 2 4 6 8 10x
f(x)
Newton Rhapson Secant
• Include an upper limit on the number of iterations
• Establish a tolerance, s
• Check to see if a is increasing
Bagaimana jika turunan fungsinya sulit dipecahkan?SECANT METHOD
Secant method
f xf x f x
x xi i
i i
'
1
1
Memperkirakan turunan menggunakan finite divided difference
APAKAH finite divided difference? HINT: dy / dx = y / x
Masukkan FDD pada rumus untuk Newton Raphson
Secant method
ii
iiiii
i
iii
xfxfxxxfxx
xfxfxx
1
11
1 '
Masukkan perkiraan dengan finite difference pada rumus untuk Newton Raphson
Secant method
• Membutuhkan dua nilai perkiraan awal• f(x) tidak harus berbeda tanda, membedakan
dengan metode tertutup, false position method.
ii
iiiii xfxf
xxxfxx
1
11
x
f(x)
1
2
new est.
x
f(x)
1
new est.
2
FALSE POSITION
SECANT METHOD
Perkiraan baru dipilih dari potongangaris dengan sumbu x
Perkiraan baru bisa diluar batas kurva
Systems of Non-Linear Equations
• Kita telah mengenal sistem persamaan linierf(x) = a1x1 + a2x2+...... anxn - C = 0
dimana a1 , a2 .... an dan C adalah konstanta
• Maka, perhatikan sistem persamaan non-liniery = -x2 + x + 0.5y + 5xy = x3
• Selesaikan x dan y
Systems of Non-Linear Equations• Buat persamaan sama dengan nol
u = x2 + xy – 10v = y + 3xy2 – 57
• u(x,y) = x2 + xy – 10 = 0• v(x,y) = y + 3xy2 – 57 = 0• Solusi adalah nilai-nilai x dan y yang akan
memberikan nilai fungsi u dan v sama dengan nol.
Metode Newton Rhapson
x xu
vy
vuy
ux
vy
uy
vx
y yu
vy
vuy
ux
vy
uy
vx
i i
ii
i
i i i i
i i
ii
i
i i i i
1
1
Versi dua persamaan untuk Newton-Raphson
u(x,y) dan v(x,y)
Determinan Jacobian (tambahan saja)
x xu
vy
vuy
ux
vy
uy
vx
y yu
vy
vuy
ux
vy
uy
vx
i i
ii
i
i i i i
i i
ii
i
i i i i
1
1
THE DENOMINATOROF EACH OF THESEEQUATIONS ISFORMALLYREFERRED TOAS THE DETERMINANTOF THEJACOBIAN
Jacobian (tambahan juga)
• The general definition of the Jacobian for n functions of n variables is the following set of partial derivatives:
n
nnn
n
n
n
n
xf
xf
xf
xf
xf
xf
xf
xf
xf
xxxfff
...............
...
...
),...,,(),...,,(
21
2
2
2
1
2
1
2
1
1
1
21
21
Jacobian (ini juga tambahan)• The Jacobian can be used to calculate derivatives from a function in one
coordinate sytem from the derivatives of that same function in another coordinate system.
• Equations u=f(x,y), v=g(x,y), then x and y can be determined as functions of u and v (possessing first partial derivatives) as follows:
• With similar functions for xv and yv.• The determinants in the denominators are examples of the use of Jacobians.
yx
yx
x
yx
yx
y
yx
yx
ggff
guy
ggff
gux
yggxggyxgv
xffyffyxfu
/;/);,(
/;/);,(