SlideShare a Scribd company logo
1 of 43
MATEMATIKA 4
METODE NUMERIK PADA
PERSAMAAN INTEGRAL
Bagus Hario Setiadji
Jurusan Teknik Sipil
Fakultas Teknik Universitas Diponegoro
DEFINISI
• Numerical Integration adalah suatu tool yang digunakan untuk
memperoleh jawaban perkiraan (approximate answer) dari suatu integral
tertentu (definite integral) yang tidak dapat diselesaikan secara analitis.
• Tujuan dari numerical integration adalah untuk menyelesaikan suatu
persamaan integral tertentu f(x) pada suatu interval [a, b] dengan
melakukan evaluasi terhadap f(x) pada sejumlah titik sampel N.
• Ada 2 metode yang digunakan disini, yaitu:
– Penjumlahan luas (Riemann sum)
– Quadrature formula
METODE PENJUMLAHAN RIEMANN
• Menghitung luasan yang dibatasi oleh fungsi y = f(x) dan sumbu x
• Luasan dibagi menjadi N bagian pada interval [a, b], dimana a = x0 < x1 < …
< xn = b dan xi = xi – xi-1; i = 1, 2, …, N
• Hitung luas Li, dimana Li = f(xi) . xi
x0 x1 x2 x3 x4 xn
y = f(x)
L0 L1 L2
x1 x2
METODE PENJUMLAHAN RIEMANN
• 3 pendekatan pada metode penjumlahan Riemann:
– Persegi panjang kiri (left sum), yaitu apabila sudut kiri atas masing-
masing persegi panjang menyentuk kurva
– Persegi panjang kanan (right sum), yaitu apabila sudut kanan atas
masing-masing persegi panjang menyentuk kurva
– Persegi panjang tengah (middle sum), yaitu apabila titik tengah sisi
atas masing-masing persegi panjang memotong kurva
Left sum Right sum Middle sum
METODE PENJUMLAHAN RIEMANN
• Persamaan umum penjumlahan Riemann:
L = L1 + L2 + L3 + … + Ln
= f(x1). x1 + f(x2). x2 + f(x3). x3 + … + f(xn). xn
= dimana xi = x1 = x2 = … = xn = = h
Maka: L = dan xi = a + ih
– Untuk left sum, L =
– Untuk right sum, L =
– Untuk middle sum, L =
N
i
ii
xxf
1
.
N
ab
b
a
N
i
i
xfhdxxf
b
a
N
i
i
xfhdxxf
1
0
b
a
N
i
i
xfhdxxf
1
b
a
N
i
ii
xx
fhdxxf
1
1
2
METODE PENJUMLAHAN RIEMANN
• Contoh 1 Penjumlahan Riemann:
Hitung luas yang dibatasi oleh y = x2 pada interval [0, 1] dengan N = 10
Solusi:
Hitung nilai x = h = = 0.1
Maka:
Untuk Left Sum, L = dan xi = 0 + i (0.1) = 0.1i
L = L0 + L1 + L2 + … + L9 = 0.1 {(0)2 + (0.1)2 + (0.2)2 + … + (0.9)2}
= 0.1 (2.85) = 0.285
10
01
9
0
2
1
0
1.0
i
i
N
i
i
xxfh
METODE PENJUMLAHAN RIEMANN
Untuk Right Sum, L = dan xi = 0 + i (0.1) = 0.1i
L = L1 + L2 + L3 + … + L10 = 0.1 {(0.1)2 + (0.2)2 + (0.3)2 + … + (1.0)2}
= 0.1 (3.85) = 0.385
Untuk Middle Sum, L =
dan xi = 0 + i (0.1) = 0.1i
L = L1 + L2 + L3 + … + L10 = 0.1 {0.5(0.1+0)2 + 0.5(0.2+0.1)2 + 0.5(0.3+0.2)2 +
… + 0.5(1.0+0.9)2}
= 0.1 (3.325) = 0.3325
10
1
2
1
1.0
i
i
N
i
i
xxfh
210
1
1
1
1
2
1.0
2 i
ii
N
i
ii
xxxx
fh
METODE PENJUMLAHAN RIEMANN
Solusi eksak y =
Galat/error:
Dengan left sum = 0.333 – 0.285 = 0.048
Dengan right sum = 0.333 – 0.385 = -0.052
Dengan middle sum = 0.333 – 0.3325 = 0.0005
333.0
3
1
0
31
0
2 x
dxx
METODE PENJUMLAHAN RIEMANN
• Contoh 2 Penjumlahan Riemann:
Tentukan solusi hampiran untuk y = 1/x + e-2x pada interval [1, 5] dengan N
= 10
Solusi:
Hitung nilai x = h = = 0.4 dan xi = 1 + i (0.4) = 1 + 0.4i
Maka:
Untuk Left Sum, L =
L = L0 + L1 + L2 + … + L9
10
15
ix
i i
N
i
i
e
x
xfh
2
9
0
1
0
1
4.0
8803.12175.0...5829.07751.01353.14.0
6.4
1
...
8.1
1
4.1
1
14.0
2.96.38.22
eeee
METODE PENJUMLAHAN RIEMANN
Untuk Right Sum, L =
L = L1 + L2 + L3 + … + L10
Untuk Middle Sum, L =
L = L1 + L2 + L3 + … + L10
ix
i i
N
i
i
e
x
xfh
2
10
11
1
4.0
5602.12000.0...4668.05829.07751.04.0
5
1
...
2.2
1
8.1
1
4.1
1
4.0
104.46.38.2
eeee
10
1
5.02
11
1
5.0
1
4.0
i
xx
ii
N
i
i
ii
e
xx
xfh
6691.12084.0...5183.06658.09241.04.0
6.455.0
1
...
8.12.25.0
1
4.18.15.0
1
14.15.0
1
4.0
6.455.028.12.25.02
4.18.15.0214.15.02
ee
ee
METODE PENJUMLAHAN RIEMANN
Solusi eksak y =
Galat/error:
Dengan left sum = 1.6771 – 1.8803 = -0.2032
Dengan right sum = 1. 6771 – 1.5602 = 0.1709
Dengan middle sum = 1. 6771 – 1.6691 = 0.0080
Kesimpulan:
Galat/error terkecil umumnya diperoleh dengan menggunakan middle sum
6771.1
2
ln
1
5
1
25
1
2
x
x e
xdxe
x
QUADRATURE FORMULA
• Anggaplah a = x0 < x1 < … < xN = b. Persamaan dengan bentuk
dimana:
disebut sebagai numerical integration atau quadrature formula.
N
k
NNkk
xfwxfwxfwxfwfQ
0
1100
...
b
a
fEfQdxxf
DEFINISI
• E [f] disebut sebagai truncation error atau kesalahan pemotongan yaitu
kesalahan yang diperoleh dikarenakan tidak melakukan hitungan sesuai
dengan prosedur yang benar (misalnya pada proses tidak berhingga
diganti dengan proses berhingga)
disebut sebagai quadrature nodes. Besarnya nodes ini bisa
bervariasi. Misalnya pada aturan trapezoidal, aturan Simpson dan aturan
Boole, besarnya nodes ini adalah sama. Sedangkan untuk Gauss-Legendre
quadrature, besarnya nodesnya ini adalah sama dengan nol (untuk
Legendre polynomial tertentu).
disebut sebagai weight atau bobot.
N
ii
x 0
N
ii
w 0
NEWTON-COATES QUADRATURE
• Penurunan kuadratur formula didasarkan pada interpolasi polynomial. Jika
terdapat persamaan polynomial PM (x) berderajat (degree) M melalui M
+ 1 titik-titik yang berjarak sama . Jika polynomial ini digunakan
untuk menghampiri persamaan f(x) pada rentang [a, b], dan integral dari
persamaan f(x) dihampiri oleh integral dari PM (x), maka persamaan yang
dihasilkan disebut sebagai persamaan Newton-Coates Quadrature.
• Apabila titik-titik sampel x0 = a dan xm = b digunakan, maka persamaan
tersebut disebut sebagai persamaan Closed Newton-Coates.
M
iii
xfx 0
,
NEWTON-COATES QUADRATURE
• Persamaan-persamaan Closed Newton-Coates dengan derajat M = 1, 2, 3,
4 pada interval [x0, xM] adalah sebagai berikut.
Step size, h = dan xi = x0 + ih dimana i = 0, 1, 2, …, M
M = 1, trapezoidal rule dengan h = b - a
M = 2, Simpson’s rule dengan h =
M = 3, Simpson’s rule dengan h =
M = 4, Boole’s rule
dengan h =
10
2
1
0
ff
h
dxxf
x
x
210
4
3
2
0
fff
h
dxxf
x
x
8
3
3210
33
8
3
3
0
ffff
h
dxxf
x
x
43210
73212327
45
2
4
0
fffff
h
dxxf
x
x
M
ab
2
ab
3
ab
4
ab
NEWTON-COATES QUADRATURE
Trapezoidal rule y = P1(x)
pada [x0, x1) = [0.0, 0.5]
Simpson’s rule y = P2(x)
pada [x0, x1) = [0.0, 1.0]
Simpson’s 3/8 rule y = P3(x)
pada [x0, x1) = [0.0, 1.5]
Boole’s rule y = P4(x)
pada [x0, x1) = [0.0, 2.0]
NEWTON-COATES QUADRATURE
• Pembuktian persamaan Newton-Coates Quadrature
Untuk M = 1, Lagrange interpolating polynomial untuk P1(x) adalah
dengan [x0, xM] = [0, 1]
f0 dan f1 diasumsikan konstan, dan digunakan relasi berikut untuk x dan xi:
x = x0 + ht dan dx = h dt; xi = x0 + ih sehingga x1 = x0 + h, maka:
01
0
1
10
1
01
xx
xx
f
xx
xx
fxP
dth
h
ht
fdth
h
th
f
1
10
dtthfdtthf 1
1
0
1
1
0
0
dth
xhx
xhtx
fdth
hxx
hxhtx
fxP
00
00
1
00
00
01
10
1
0
2
1
1
0
2
0
222
ff
ht
hf
t
thf
NEWTON-COATES QUADRATURE
Untuk M = 2, Lagrange interpolating polynomial untuk P2(x) adalah
dengan [x0, xM] =
[0, 2]
f0 , f1 dan f2 diasumsikan konstan, dan digunakan relasi berikut untuk x dan xi:
x = x0 + ht dan dx = h dt; xi = x0 + ih sehingga x1 = x0 + h, x2 = x0 + 2h, maka:
1202
10
2
2101
20
1
2010
21
02
xxxx
xxxx
f
xxxx
xxxx
f
xxxx
xxxx
fxP
NEWTON-COATES QUADRATURE
22
2
2
2
2
0000
0000
2
0000
0000
1
0000
0000
02
dth
hxhxxhx
hxhtxxhtx
f
dth
hxhxxhx
hxhtxxhtx
fdth
hxxhxx
hxhtxhxhtx
fxP
210210
4
33
2
23
4
3
2
2
fff
h
f
h
hff
h
2
12
2
21
210
dth
hh
thht
fdth
hh
thht
fdth
hh
thth
f
2
223
2
2
0
2
2
2
0
2
1
2
0
2
0
dtttf
h
dttthfdtttf
h
2323
2
2
3
32
2
0
23
2
2
0
2
3
1
2
0
23
0
tt
f
h
t
t
hft
tt
f
h
1202
10
2
2101
20
1
2010
21
02
xxxx
xxxx
f
xxxx
xxxx
f
xxxx
xxxx
fxP
NEWTON-COATES QUADRATURE
Silakan dicoba untuk M = 3 dan M = 4.
Untuk M = 3, Lagrange interpolating polynomial untuk P3(x) adalah
dengan menggunakan relasi berikut untuk x dan xi:
x = x0 + ht dan dx = h dt; xi = x0 + ih sehingga x1 = x0 + h, x2 = x0 + 2h,
dan x3 = x0 + 3h.
231303
210
3
321202
310
2
312101
320
1
302010
321
03
xxxxxx
xxxxxx
f
xxxxxx
xxxxxx
f
xxxxxx
xxxxxx
f
xxxxxx
xxxxxx
fxP
• Contoh 1 Closed Newton-Coates:
Hitung luas yang dibatasi oleh y = x2 pada interval [0, 1]
Solusi:
Untuk M = 1, Trapezoidal’s rule, h = b – a = 1 – 0 = 1
xi = x0 + ih sehingga x0 = 0 dan x1 = 1
Untuk M = 2, Simpson’s rule, h =
xi = x0 + ih sehingga x0 = 0, x1 = 0.5 dan x2 = 1
NEWTON-COATES QUADRATURE
5.010
2
1
2
22
10
1
0
2
1
0
xfxf
h
dxxdxxf
x
x
5.0
2
01
2
ab
333.015.040
3
5.0
4
3
222
210
1
0
2
2
0
xfxfxf
h
dxxdxxf
x
x
Untuk M = 3, Simpson’s rule, h =
xi = x0 + ih sehingga x0 = 0, x1 = 0.333, x2 = 0.666 dan x3 = 1
Untuk M = 4, Boole’s rule, h =
xi = x0 + ih sehingga x0 = 0, x1 = 0.25, x2 = 0.5, x3 = 0.75 dan x4 = 1
NEWTON-COATES QUADRATURE
333.0
3
01
3
ab
8
3
333.01667.03333.030
8
333.03
33
8
3
2222
3210
1
0
2
3
0
xfxfxfxf
h
dxxdxxf
x
x
25.0
4
01
4
ab
333.01775.0325.01225.03207
45
25.02
73212327
45
2
22222
43210
1
0
2
4
0
fffff
h
dxxdxxf
x
x
NEWTON-COATES QUADRATURE
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
f(x)
x
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
f(x)
x
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
f(x)
x
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
f(x)
x
Trapezoidal rule Simpson’s rule
Simpson’s 3/8 rule Boole’s rule
Galat/error:
Dengan Penjumlahan Riemann left sum = 0.333 – 0.285 = 0.048
Dengan Penjumlahan Riemann right sum = 0.333 – 0.385 = -0.052
Dengan Penjumlahan Riemann middle sum = 0.333 – 0.3325 = 0.0005
Dengan Trapezoidal Rule = 0.333 – 0.500 = -0.167
Dengan Simpson’s Rule = 0.333 – 0.333 = 0.000
Dengan Simpson’s 3/8 Rule = 0.333 – 0.333 = 0.000
Dengan Boole’s Rule = 0.333 – 0.333 = 0.000
NEWTON-COATES QUADRATURE
• Contoh 2 Closed Newton-Coates:
Tentukan solusi hampiran untuk y = 1/x + e-2x pada interval [1, 5]
Solusi:
Untuk M = 1, Trapezoidal’s rule, h = b – a = 5 – 1 = 4
xi = x0 + ih sehingga x0 = 1 dan x1 = 5
Untuk M = 2, Simpson’s rule, h =
xi = x0 + ih sehingga x0 = 1, x1 = 3 dan x2 = 5
NEWTON-COATES QUADRATURE
6708.2
5
1
1
1
2
4
2
e
1 5212
10
5
1
2x-
1
0
eexfxf
h
dx
x
dxxf
x
x
2
2
15
2
ab
7858.1
5
1
3
1
4
1
1
3
2
4
3
1 523212
210
5
1
2
2
0
eeexfxfxf
h
dxe
x
dxxf
x
x
x
Untuk M = 3, Simpson’s rule, h =
xi = x0 + ih sehingga x0 = 1, x1 = 2.333, x2 = 3.667 dan x3 = 5
Untuk M = 4, Boole’s rule, h =
xi = x0 + ih sehingga x0 = 1, x1 = 2, x2 = 3, x3 = 4 dan x4 = 5
NEWTON-COATES QUADRATURE
333.1
3
15
3
ab
8
3
7343.1
5
1
667.3
1
3
333.2
1
3
1
1
8
333.13
33
8
3
x
1
52667.32333.2212
3210
5
1
2
3
0
eeee
xfxfxfxf
h
dxedxxf
x
x
x
1
4
15
4
ab
6877.1
5
1
7
4
1
32
3
1
12
2
1
32
1
1
7
45
12
73212327
45
2
x
1
)5(2)4(2)3(2)2(2)1(2
43210
5
1
2
4
0
eeeee
fffff
h
dxedxxf
x
x
x
NEWTON-COATES QUADRATURE
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 1 2 3 4 5 6
f(x)
x
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 1 2 3 4 5 6
f(x)
x
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 1 2 3 4 5 6
f(x)
x
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 1 2 3 4 5 6
f(x)
x
Trapezoidal rule Simpson’s rule
Simpson’s 3/8 rule Boole’s rule
Galat/error:
Dengan Penjumlahan Riemann left sum = 1.6771 – 1.8803 = -0.2032
Dengan Penjumlahan Riemann right sum = 1. 6771 – 1.5602 = 0.1709
Dengan Penjumlahan Riemann middle sum = 1. 6771 – 1.6691 = 0.0080
Dengan Trapezoidal Rule = 1.6771 – 2.6708 = -0.9937
Dengan Simpson’s Rule = 1.6771 – 1.7858 = -0.1087
Dengan Simpson’s 3/8 Rule = 1.6771 – 1.7343 = -0.0572
Dengan Boole’s Rule = 1.6771 – 1.6877 = -0.0106
Kesimpulan:
Metode Newton-Coates Quadrature mempunyai kelemahan dalam
menghampiri persamaan yang kompleks.
NEWTON-COATES QUADRATURE
• Seperti telah disebutkan, bahwa permasalahan utama dari Newton-Coates
Quadrature adalah apabila digunakan untuk menghampiri fungsi y = f(x)
yang kompleks.
• Untuk mengatasi hal ini, maka pendekatan yang dapat dilakukan adalah
mendekati fungsi y = f(x) yang berinterval [a, b] tersebut dengan sejumlah
bentuk trapezoidal.
• Anggap bahwa interval [a, b] dibagi menjadi M subinterval [xi, xi+1] dengan
step size h = (b – a)/M, dengan menggunakan titik-titik yang berjarak sama
xi = a + ih, untuk i = 0, 1, …, M.
COMPOSITE TRAPEZOIDAL RULE
• Composit Trapezoidal Rule dengan subinterval M dapat dinyatakan dalam
tiga bentuk sebagai berikut.
Bentuk 1:
atau
Bentuk 2:
atau
Bentuk 3:
COMPOSITE TRAPEZOIDAL RULE
M
i
ii
xfxf
h
hfT
1
1
2
,
MMM
ffffff
h
hfT 12210
22...22
2
,
1
12
,
M
i
i
xfhbfaf
h
hfT
• Dari contoh 2 :
Tentukan solusi hampiran untuk y = 1/x + e-2x pada interval [1, 5]
Solusi: Asumsikan nilai M = 5, maka h =
xi = a + ih sehingga x0 = 1, x1 = 1.8, x2 = 2.6, x3 = 3.4, x4 = 4.2 dan x5 = 5
Gunakan bentuk 3 dari Composite Trapezoidal Rule
COMPOSITE TRAPEZOIDAL RULE
8.0
5
15
M
ab
432150
1
1 22
xfxfxfxfhxfxf
h
xfhbfaf
h
h,fTdxxf
M
i
i
b
a
7394.12383.02952.03901.05828.08.02000.01353.14.0
2.4
1
4.3
1
6.2
1
8.1
1
8.0
5
1
1
1
2
8.0
2.424.326.228.12
5212
eeee
ee
Dicoba dengan menggunakan M = 10, maka h =
xi = a + ih sehingga x0 = 1, x1 = 1.4, x2 = 1.8, x3 = 2.2, x4 = 2.6, x5 = 3,
x6 = 3.4, x7 = 3.8, x8 = 4.2, x9 = 4.6, dan x10 = 5
Gunakan bentuk 3 dari Composite Trapezoidal Rule
COMPOSITE TRAPEZOIDAL RULE
4.0
10
15
M
ab
921100
1
1 22
xf...xfxfhxfxf
h
xfbfaf
h
h,fTdxxf
M
i
i
b
a
6933.12175.02383.0...5829.07751.04.02000.01353.12.0
6.4
1
2.4
1
...
8.1
1
4.1
1
4.0
5
1
1
1
2
4.0
6.422.428.124.12
5212
eeee
ee
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 1 2 3 4 5 6
f(x)
x
COMPOSITE TRAPEZOIDAL RULE
Comp. Trapezoidal Rule, M = 5
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 1 2 3 4 5 6
f(x)
x
Comp. Trapezoidal Rule, M = 10
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 1 2 3 4 5 6
f(x)
x
Trapezoidal rule
COMPOSITE TRAPEZOIDAL RULE
Galat/error:
Dengan Penjumlahan Riemann left sum = 1.6771 – 1.8803 = -0.2032
Dengan Penjumlahan Riemann right sum = 1. 6771 – 1.5602 = 0.1709
Dengan Penjumlahan Riemann middle sum = 1. 6771 – 1.6691 = 0.0080
Dengan Trapezoidal Rule = 1.6771 – 2.6708 = -0.9937
Dengan Composite Trapezoidal Rule (M = 5) = 1. 6771 – 1.7394 = -0.0623
Dengan Composite Trapezoidal Rule (M = 10) = 1. 6771 – 1.6933 = -0.0162
Kesimpulan:
Composite Trapezoidal Rule memberikan perbaikan terhadap pendekatan
Trapezoidal Rule, walaupun galat yang diberikan masih relatif cukup besar.
Penghalusan (refinement) bisa dilakukan dengan meningkatkan nilai M.
• Anggap bahwa interval [a, b] dibagi menjadi 2M subinterval [xi, xi+1]
dengan step size h = (b – a)/2M, dengan menggunakan titik-titik yang
berjarak sama xi = a + ih, untuk i = 0, 1, …, 2M.
• Composit Simpson’s Rule dengan subinterval 2M dapat dinyatakan dalam
tiga bentuk sebagai berikut.
Bentuk 1:
atau
Bentuk 2:
atau
Bentuk 3:
COMPOSIT SIMPSON’S RULE
M
i
iii
xfxfxf
h
hfS
1
21222
4
3
,
MMM
fffffff
h
hfS 212223210
42...424
3
,
1
1
12
1
1
2
3
4
3
2
3
,
M
i
i
M
i
i
xf
h
xf
h
bfaf
h
hfS
• Dari contoh 2 :
Tentukan solusi hampiran untuk y = 1/x + e-2x pada interval [1, 5]
Solusi: Asumsikan nilai 2M = 10, maka h =
xi = a + ih sehingga x0 = 1, x1 = 1.4, x2 = 1.8, x3 = 2.2, x4 = 2.6, x5 = 3,
x6 = 3.4, x7 = 3.8, x8 = 4.2, x9 = 4.6, dan x10 = 5
COMPOSITE SIMPSON’S RULE
4.0
10
15
2M
ab
Gunakan bentuk 3 dari Composite Simpson’s Rule
COMPOSITE SIMPSON’S RULE
1
1 1
122
3
4
3
2
3
,
M
i
M
i
ii
b
a
xf
h
xf
h
bfaf
h
hfSdxxf
97531
8642
3
4
3
2
3
xfxfxfxfxf
h
xfxfxfxf
h
bfaf
h
6779.1
2175.0...7751.05333.02383.0...5829.02667.0)2000.01353.1(333.1
6.4
1
8.3
1
0.3
1
2.2
1
4.1
1
3
4.04
6.4
1
4.3
1
6.2
1
8.1
1
3
4.02
5
1
1
1
3
4.0
6.428.320.322.224.12
6.424.326.228.12
5212
eeeee
eeee
ee
Galat/error:
Dengan Penjumlahan Riemann left sum = 1.6771 – 1.8803 = -0.2032
Dengan Penjumlahan Riemann right sum = 1. 6771 – 1.5602 = 0.1709
Dengan Penjumlahan Riemann middle sum = 1. 6771 – 1.6691 = 0.0080
Dengan Composite Trapezoidal Rule (M = 10) = 1. 6771 – 1.6933 = -0.0162
Dengan Simpson’s Rule = 1.6771 – 1.7858 = -0.1087
Dengan Composite Simpson’s Rule = 1.6771 – 1.6779 = -0.0008
Kesimpulan:
Composite Simpson’s Rule memberikan perbaikan yang signifikan terhadap
pendekatan Simpson’s Rule. Dan galat yang diberikan jauh lebih baik
dibandingkan dengan metode Penjumlahan Riemann maupun Composite
Trapezoidal Rule.
COMPOSITE SIMPSON’S RULE
• Contoh 3 :
Bandingkan solusi hampiran yang diberikan Composite Trapezoidal Rule
dan Composite Simpson’s Rule untuk y = 2 + pada interval [1, 6]
dengan nilai M = 10 (Composite Trapezoidal Rule) dan M = 5 atau 2M = 10
(Composite Simpson’s Rule).
Mohon dicek jawabannya dan penyelesaian dengan Penjumlahan
Riemann!
COMPOSITE SIMPSON’S RULE
x2sin
• Solusi dengan Composite Trapezoidal Rule.
h =
xi = 1 + 0.5h sehingga x0 = 1, x1 = 1.5, x2 = 2.0, x3 = 2.5, x4 = 3.0, x5 = 3.5,
x6 = 4.0, x7 = 4.5, x8 = 5.0, x9 = 5.5, dan x10 = 6
COMPOSITE SIMPSON’S RULE
5.0
10
16
921100
1
1
...
22
, xfxfxfhxfxf
h
xfhbfaf
h
hfT
M
i
i
5.5...25.161
2
fffhff
h
0002.10287.11083.12432.14353.16831.19793.13081.26382.25.0
0174.19093.2
2
5.0
1939.84244.145.09267.3.250
• Solusi dengan Composite Simpson’s Rule.
h =
xi = 1 + 0.5h sehingga x0 = 1, x1 = 1.5, x2 = 2.0, x3 = 2.5, x4 = 3.0, x5 = 3.5,
x6 = 4.0, x7 = 4.5, x8 = 5.0, x9 = 5.5, dan x10 = 6
COMPOSITE SIMPSON’S RULE
05.0
20
01
2M
ab
97531
3
4
8642
3
2
61
3
3
4
3
2
3
,
1
1 1
122
fffff
h
ffff
h
ff
h
xf
h
xf
h
bfaf
h
hfSdxxf
M
i
M
i
ii
b
a
0002.11083.14353.19793.16382.2
3
5.04
0287.12432.16831.13081.2
3
5.02
0174.19093.2
3
5.0
1830.81613.8
3
2
2630.6
3
1
9267.3
6
1
METODE PENJUMLAHAN RIEMANN
Solusi eksak y =
(lihat http://integrals.wolfram.com/index.jsp untuk mencari solusi eksak)
Galat/error:
Dengan Composite Trapezoidal Rule = 8.1835 – 8.1939 = -0.0104
Dengan Composite Simpson’s Rule = 8. 1835 – 8.1830 = 0.0005
1835.8
2
2sin
2cos22sin2
5
1
6
1
x
xxxdxx
AKHIR MATERI METODE NUMERIK
TERIMA KASIH.

More Related Content

What's hot

Persamaan Diferensial Biasa ( Kalkulus 2 )
Persamaan Diferensial Biasa ( Kalkulus 2 )Persamaan Diferensial Biasa ( Kalkulus 2 )
Persamaan Diferensial Biasa ( Kalkulus 2 )Kelinci Coklat
 
Metode numerik pertemuan 7 (interpolasi lagrange)
Metode numerik pertemuan 7 (interpolasi lagrange)Metode numerik pertemuan 7 (interpolasi lagrange)
Metode numerik pertemuan 7 (interpolasi lagrange)Nerossi Jonathan
 
Aljabar linear:Kebebasan Linear, Basis, dan Dimensi.ppt
Aljabar linear:Kebebasan Linear, Basis, dan Dimensi.pptAljabar linear:Kebebasan Linear, Basis, dan Dimensi.ppt
Aljabar linear:Kebebasan Linear, Basis, dan Dimensi.pptrahmawarni
 
Pembuktian Sifat – Sifat Operasi Matriks
Pembuktian Sifat – Sifat Operasi MatriksPembuktian Sifat – Sifat Operasi Matriks
Pembuktian Sifat – Sifat Operasi MatriksIpit Sabrina
 
Fungsi Kompleks (pada bilangan kompleks)
Fungsi Kompleks (pada bilangan kompleks)Fungsi Kompleks (pada bilangan kompleks)
Fungsi Kompleks (pada bilangan kompleks)Ridha Zahratun
 
Integral Lipat Dua ( Kalkulus 2 )
Integral Lipat Dua ( Kalkulus 2 )Integral Lipat Dua ( Kalkulus 2 )
Integral Lipat Dua ( Kalkulus 2 )Kelinci Coklat
 
Analisis Real (Barisan Bilangan Real) Latihan bagian 2.1
Analisis Real (Barisan Bilangan Real) Latihan bagian 2.1Analisis Real (Barisan Bilangan Real) Latihan bagian 2.1
Analisis Real (Barisan Bilangan Real) Latihan bagian 2.1Arvina Frida Karela
 
Bab 3. Limit dan Kekontinuan ( Kalkulus 1 )
Bab 3. Limit dan Kekontinuan ( Kalkulus 1 )Bab 3. Limit dan Kekontinuan ( Kalkulus 1 )
Bab 3. Limit dan Kekontinuan ( Kalkulus 1 )Kelinci Coklat
 
Persamaan garis lurus(Geometri Analitik Ruang)
Persamaan garis lurus(Geometri Analitik Ruang)Persamaan garis lurus(Geometri Analitik Ruang)
Persamaan garis lurus(Geometri Analitik Ruang)Dyas Arientiyya
 
Ruang Vektor ( Aljabar Linear Elementer )
Ruang Vektor ( Aljabar Linear Elementer )Ruang Vektor ( Aljabar Linear Elementer )
Ruang Vektor ( Aljabar Linear Elementer )Kelinci Coklat
 
Analisis Real (Barisan Bilangan Real) Latihan bagian 2.2
Analisis Real (Barisan Bilangan Real) Latihan bagian 2.2Analisis Real (Barisan Bilangan Real) Latihan bagian 2.2
Analisis Real (Barisan Bilangan Real) Latihan bagian 2.2Arvina Frida Karela
 
Koefisien binomial
Koefisien binomialKoefisien binomial
Koefisien binomialoilandgas24
 
Kelompok 3 integrasi numerik fix
Kelompok 3 integrasi numerik fixKelompok 3 integrasi numerik fix
Kelompok 3 integrasi numerik fixliabika
 
Penyelesaian sistem persamaan linear dengan metode iterasi gauss seidel
Penyelesaian sistem persamaan linear dengan metode iterasi gauss seidelPenyelesaian sistem persamaan linear dengan metode iterasi gauss seidel
Penyelesaian sistem persamaan linear dengan metode iterasi gauss seidelBAIDILAH Baidilah
 

What's hot (20)

Koset Suatu Grup
Koset Suatu GrupKoset Suatu Grup
Koset Suatu Grup
 
Persamaan Diferensial Biasa ( Kalkulus 2 )
Persamaan Diferensial Biasa ( Kalkulus 2 )Persamaan Diferensial Biasa ( Kalkulus 2 )
Persamaan Diferensial Biasa ( Kalkulus 2 )
 
Metode numerik pertemuan 7 (interpolasi lagrange)
Metode numerik pertemuan 7 (interpolasi lagrange)Metode numerik pertemuan 7 (interpolasi lagrange)
Metode numerik pertemuan 7 (interpolasi lagrange)
 
Aljabar linear:Kebebasan Linear, Basis, dan Dimensi.ppt
Aljabar linear:Kebebasan Linear, Basis, dan Dimensi.pptAljabar linear:Kebebasan Linear, Basis, dan Dimensi.ppt
Aljabar linear:Kebebasan Linear, Basis, dan Dimensi.ppt
 
Soal dan pembahasan integral permukaan
Soal dan pembahasan integral permukaanSoal dan pembahasan integral permukaan
Soal dan pembahasan integral permukaan
 
Pembuktian Sifat – Sifat Operasi Matriks
Pembuktian Sifat – Sifat Operasi MatriksPembuktian Sifat – Sifat Operasi Matriks
Pembuktian Sifat – Sifat Operasi Matriks
 
Fungsi Kompleks (pada bilangan kompleks)
Fungsi Kompleks (pada bilangan kompleks)Fungsi Kompleks (pada bilangan kompleks)
Fungsi Kompleks (pada bilangan kompleks)
 
Integral Lipat Dua ( Kalkulus 2 )
Integral Lipat Dua ( Kalkulus 2 )Integral Lipat Dua ( Kalkulus 2 )
Integral Lipat Dua ( Kalkulus 2 )
 
Analisis Real (Barisan Bilangan Real) Latihan bagian 2.1
Analisis Real (Barisan Bilangan Real) Latihan bagian 2.1Analisis Real (Barisan Bilangan Real) Latihan bagian 2.1
Analisis Real (Barisan Bilangan Real) Latihan bagian 2.1
 
Bab 3. Limit dan Kekontinuan ( Kalkulus 1 )
Bab 3. Limit dan Kekontinuan ( Kalkulus 1 )Bab 3. Limit dan Kekontinuan ( Kalkulus 1 )
Bab 3. Limit dan Kekontinuan ( Kalkulus 1 )
 
Persamaan garis lurus(Geometri Analitik Ruang)
Persamaan garis lurus(Geometri Analitik Ruang)Persamaan garis lurus(Geometri Analitik Ruang)
Persamaan garis lurus(Geometri Analitik Ruang)
 
Kalkulus modul limit fungsi
Kalkulus modul limit fungsiKalkulus modul limit fungsi
Kalkulus modul limit fungsi
 
Ruang Vektor ( Aljabar Linear Elementer )
Ruang Vektor ( Aljabar Linear Elementer )Ruang Vektor ( Aljabar Linear Elementer )
Ruang Vektor ( Aljabar Linear Elementer )
 
Turunan Fungsi Trigonometri
Turunan Fungsi TrigonometriTurunan Fungsi Trigonometri
Turunan Fungsi Trigonometri
 
Analisis Real (Barisan Bilangan Real) Latihan bagian 2.2
Analisis Real (Barisan Bilangan Real) Latihan bagian 2.2Analisis Real (Barisan Bilangan Real) Latihan bagian 2.2
Analisis Real (Barisan Bilangan Real) Latihan bagian 2.2
 
Koefisien binomial
Koefisien binomialKoefisien binomial
Koefisien binomial
 
Kelompok 3 integrasi numerik fix
Kelompok 3 integrasi numerik fixKelompok 3 integrasi numerik fix
Kelompok 3 integrasi numerik fix
 
Grafik persamaan kutub
Grafik persamaan kutubGrafik persamaan kutub
Grafik persamaan kutub
 
6 Divergensi dan CURL
6 Divergensi dan CURL6 Divergensi dan CURL
6 Divergensi dan CURL
 
Penyelesaian sistem persamaan linear dengan metode iterasi gauss seidel
Penyelesaian sistem persamaan linear dengan metode iterasi gauss seidelPenyelesaian sistem persamaan linear dengan metode iterasi gauss seidel
Penyelesaian sistem persamaan linear dengan metode iterasi gauss seidel
 

Viewers also liked

Metode numerik pada persamaan diferensial (new)
Metode numerik pada persamaan diferensial (new)Metode numerik pada persamaan diferensial (new)
Metode numerik pada persamaan diferensial (new)Khubab Basari
 
B ab 01 metode numerik secara umum
B ab  01 metode numerik secara umumB ab  01 metode numerik secara umum
B ab 01 metode numerik secara umumalamsyah88
 
Metode Numerik Trapesium
Metode Numerik TrapesiumMetode Numerik Trapesium
Metode Numerik TrapesiumWahyu Priyanti
 
Metnum kel 5 diferensiasi & integrasi numerik
Metnum kel 5 diferensiasi & integrasi numerikMetnum kel 5 diferensiasi & integrasi numerik
Metnum kel 5 diferensiasi & integrasi numerikIstiqomah Istiqomah
 
Metode numerik [rifqi.ikhwanuddin.com]
Metode numerik [rifqi.ikhwanuddin.com]Metode numerik [rifqi.ikhwanuddin.com]
Metode numerik [rifqi.ikhwanuddin.com]Tri Jayanti
 
Soal jawab integral La Place, Fourier, Cauchy rieman
Soal jawab integral La Place, Fourier, Cauchy riemanSoal jawab integral La Place, Fourier, Cauchy rieman
Soal jawab integral La Place, Fourier, Cauchy riemanLilies DLiestyowati
 
INTEGRAL menggunakan MAPLE
INTEGRAL menggunakan MAPLEINTEGRAL menggunakan MAPLE
INTEGRAL menggunakan MAPLEDyas Arientiyya
 
Integral fungsi rasional1
Integral fungsi rasional1Integral fungsi rasional1
Integral fungsi rasional1Zhand Radja
 
Program kbm mat x dan xi peminatan isnoto 2016
Program kbm mat x dan xi peminatan isnoto 2016Program kbm mat x dan xi peminatan isnoto 2016
Program kbm mat x dan xi peminatan isnoto 2016Fauzi Badarudin
 
metode euler
metode eulermetode euler
metode eulerRuth Dian
 
Kalkulus 2 bab. Aplikasi Integral Rangkap Dua (Menghitung Pusat Massa)
Kalkulus 2 bab. Aplikasi Integral Rangkap Dua (Menghitung Pusat Massa)Kalkulus 2 bab. Aplikasi Integral Rangkap Dua (Menghitung Pusat Massa)
Kalkulus 2 bab. Aplikasi Integral Rangkap Dua (Menghitung Pusat Massa)Neria Yovita
 
Diferensial parsial
Diferensial parsialDiferensial parsial
Diferensial parsialyenisaja
 
Historia de la educación antigua cultura china e india
Historia de la educación antigua cultura china e indiaHistoria de la educación antigua cultura china e india
Historia de la educación antigua cultura china e indiaGiovanny Gamboa
 
Tugas Metode Numerik Pendidikan Matematika UMT
Tugas Metode Numerik Pendidikan Matematika UMTTugas Metode Numerik Pendidikan Matematika UMT
Tugas Metode Numerik Pendidikan Matematika UMTrukmono budi utomo
 
Tugas Metode Numerik Newton 6 a1 Prodi pendidikan matematika UMT
Tugas Metode Numerik Newton 6 a1 Prodi pendidikan matematika UMTTugas Metode Numerik Newton 6 a1 Prodi pendidikan matematika UMT
Tugas Metode Numerik Newton 6 a1 Prodi pendidikan matematika UMTrukmono budi utomo
 

Viewers also liked (18)

Metode numerik pada persamaan diferensial (new)
Metode numerik pada persamaan diferensial (new)Metode numerik pada persamaan diferensial (new)
Metode numerik pada persamaan diferensial (new)
 
B ab 01 metode numerik secara umum
B ab  01 metode numerik secara umumB ab  01 metode numerik secara umum
B ab 01 metode numerik secara umum
 
Metode Numerik Trapesium
Metode Numerik TrapesiumMetode Numerik Trapesium
Metode Numerik Trapesium
 
Metnum kel 5 diferensiasi & integrasi numerik
Metnum kel 5 diferensiasi & integrasi numerikMetnum kel 5 diferensiasi & integrasi numerik
Metnum kel 5 diferensiasi & integrasi numerik
 
Metode numerik [rifqi.ikhwanuddin.com]
Metode numerik [rifqi.ikhwanuddin.com]Metode numerik [rifqi.ikhwanuddin.com]
Metode numerik [rifqi.ikhwanuddin.com]
 
gempa
gempagempa
gempa
 
Soal jawab integral La Place, Fourier, Cauchy rieman
Soal jawab integral La Place, Fourier, Cauchy riemanSoal jawab integral La Place, Fourier, Cauchy rieman
Soal jawab integral La Place, Fourier, Cauchy rieman
 
INTEGRAL menggunakan MAPLE
INTEGRAL menggunakan MAPLEINTEGRAL menggunakan MAPLE
INTEGRAL menggunakan MAPLE
 
Integral fungsi rasional1
Integral fungsi rasional1Integral fungsi rasional1
Integral fungsi rasional1
 
Turunan numerik
Turunan numerikTurunan numerik
Turunan numerik
 
Program kbm mat x dan xi peminatan isnoto 2016
Program kbm mat x dan xi peminatan isnoto 2016Program kbm mat x dan xi peminatan isnoto 2016
Program kbm mat x dan xi peminatan isnoto 2016
 
metode euler
metode eulermetode euler
metode euler
 
Kalkulus 2 bab. Aplikasi Integral Rangkap Dua (Menghitung Pusat Massa)
Kalkulus 2 bab. Aplikasi Integral Rangkap Dua (Menghitung Pusat Massa)Kalkulus 2 bab. Aplikasi Integral Rangkap Dua (Menghitung Pusat Massa)
Kalkulus 2 bab. Aplikasi Integral Rangkap Dua (Menghitung Pusat Massa)
 
Diferensial parsial
Diferensial parsialDiferensial parsial
Diferensial parsial
 
Historia de la educación antigua cultura china e india
Historia de la educación antigua cultura china e indiaHistoria de la educación antigua cultura china e india
Historia de la educación antigua cultura china e india
 
Kalkulus 2 integral
Kalkulus 2 integralKalkulus 2 integral
Kalkulus 2 integral
 
Tugas Metode Numerik Pendidikan Matematika UMT
Tugas Metode Numerik Pendidikan Matematika UMTTugas Metode Numerik Pendidikan Matematika UMT
Tugas Metode Numerik Pendidikan Matematika UMT
 
Tugas Metode Numerik Newton 6 a1 Prodi pendidikan matematika UMT
Tugas Metode Numerik Newton 6 a1 Prodi pendidikan matematika UMTTugas Metode Numerik Newton 6 a1 Prodi pendidikan matematika UMT
Tugas Metode Numerik Newton 6 a1 Prodi pendidikan matematika UMT
 

Similar to Metode numerik pada persamaan integral (new)

Persamaan non linier
Persamaan non linierPersamaan non linier
Persamaan non liniersoniyora1
 
Newton gregory mundur
Newton gregory mundurNewton gregory mundur
Newton gregory mundurAdi Moel
 
MetNum3-Sistem_Persamaan_Non_Linier.ppt
MetNum3-Sistem_Persamaan_Non_Linier.pptMetNum3-Sistem_Persamaan_Non_Linier.ppt
MetNum3-Sistem_Persamaan_Non_Linier.pptssuserb7d229
 
Met num02 persamaan non linier
Met num02 persamaan non linierMet num02 persamaan non linier
Met num02 persamaan non linierAlvin Setiawan
 
Momen inersia
Momen inersiaMomen inersia
Momen inersiaNia Rahma
 
materi matkul MetNum3-PersNonLInier (1).ppt
materi matkul MetNum3-PersNonLInier (1).pptmateri matkul MetNum3-PersNonLInier (1).ppt
materi matkul MetNum3-PersNonLInier (1).pptasmaun4
 
Kelompok5 3ia18
Kelompok5 3ia18Kelompok5 3ia18
Kelompok5 3ia18kasega
 
Metnum gregory mundur ( ppt )
Metnum gregory mundur ( ppt )Metnum gregory mundur ( ppt )
Metnum gregory mundur ( ppt )Fahrul Hakim
 
Aplikasi integral-luas-volume
Aplikasi integral-luas-volumeAplikasi integral-luas-volume
Aplikasi integral-luas-volumeSMPNegeri12
 
sukubanyak
sukubanyaksukubanyak
sukubanyakmfebri26
 
Matematika dasar
Matematika dasarMatematika dasar
Matematika dasarFaisal Amir
 
BAB II AKAR-AKAR PERSAMAAN.pptx
BAB II AKAR-AKAR PERSAMAAN.pptxBAB II AKAR-AKAR PERSAMAAN.pptx
BAB II AKAR-AKAR PERSAMAAN.pptxNaufalDhiyaulhaq2
 
Presentasi method secant group 1
Presentasi method secant group 1Presentasi method secant group 1
Presentasi method secant group 1Arthur Putra
 
Kalkulus Integral : Integral Tentu
Kalkulus Integral : Integral TentuKalkulus Integral : Integral Tentu
Kalkulus Integral : Integral TentuFranz Sebastian
 

Similar to Metode numerik pada persamaan integral (new) (20)

Persamaan non linier
Persamaan non linierPersamaan non linier
Persamaan non linier
 
Newton gregory mundur
Newton gregory mundurNewton gregory mundur
Newton gregory mundur
 
MetNum3-Sistem_Persamaan_Non_Linier.ppt
MetNum3-Sistem_Persamaan_Non_Linier.pptMetNum3-Sistem_Persamaan_Non_Linier.ppt
MetNum3-Sistem_Persamaan_Non_Linier.ppt
 
Met num02 persamaan non linier
Met num02 persamaan non linierMet num02 persamaan non linier
Met num02 persamaan non linier
 
Momen inersia
Momen inersiaMomen inersia
Momen inersia
 
materi matkul MetNum3-PersNonLInier (1).ppt
materi matkul MetNum3-PersNonLInier (1).pptmateri matkul MetNum3-PersNonLInier (1).ppt
materi matkul MetNum3-PersNonLInier (1).ppt
 
Kelompok5 3ia18
Kelompok5 3ia18Kelompok5 3ia18
Kelompok5 3ia18
 
Metnum ppt
Metnum pptMetnum ppt
Metnum ppt
 
Metnum gregory mundur ( ppt )
Metnum gregory mundur ( ppt )Metnum gregory mundur ( ppt )
Metnum gregory mundur ( ppt )
 
Aplikasi integral-luas-volume
Aplikasi integral-luas-volumeAplikasi integral-luas-volume
Aplikasi integral-luas-volume
 
sukubanyak
sukubanyaksukubanyak
sukubanyak
 
42514 persamaan non linier
42514 persamaan non linier42514 persamaan non linier
42514 persamaan non linier
 
42514 persamaan non linier
42514 persamaan non linier42514 persamaan non linier
42514 persamaan non linier
 
Komnum 02
Komnum 02Komnum 02
Komnum 02
 
Matematika dasar
Matematika dasarMatematika dasar
Matematika dasar
 
6 pencocokan-kurva
6 pencocokan-kurva6 pencocokan-kurva
6 pencocokan-kurva
 
BAB II AKAR-AKAR PERSAMAAN.pptx
BAB II AKAR-AKAR PERSAMAAN.pptxBAB II AKAR-AKAR PERSAMAAN.pptx
BAB II AKAR-AKAR PERSAMAAN.pptx
 
Presentasi method secant group 1
Presentasi method secant group 1Presentasi method secant group 1
Presentasi method secant group 1
 
Kalkulus Integral : Integral Tentu
Kalkulus Integral : Integral TentuKalkulus Integral : Integral Tentu
Kalkulus Integral : Integral Tentu
 
4. akar persamaan tak linier
4. akar persamaan tak linier4. akar persamaan tak linier
4. akar persamaan tak linier
 

Metode numerik pada persamaan integral (new)

  • 1. MATEMATIKA 4 METODE NUMERIK PADA PERSAMAAN INTEGRAL Bagus Hario Setiadji Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Diponegoro
  • 2. DEFINISI • Numerical Integration adalah suatu tool yang digunakan untuk memperoleh jawaban perkiraan (approximate answer) dari suatu integral tertentu (definite integral) yang tidak dapat diselesaikan secara analitis. • Tujuan dari numerical integration adalah untuk menyelesaikan suatu persamaan integral tertentu f(x) pada suatu interval [a, b] dengan melakukan evaluasi terhadap f(x) pada sejumlah titik sampel N. • Ada 2 metode yang digunakan disini, yaitu: – Penjumlahan luas (Riemann sum) – Quadrature formula
  • 3. METODE PENJUMLAHAN RIEMANN • Menghitung luasan yang dibatasi oleh fungsi y = f(x) dan sumbu x • Luasan dibagi menjadi N bagian pada interval [a, b], dimana a = x0 < x1 < … < xn = b dan xi = xi – xi-1; i = 1, 2, …, N • Hitung luas Li, dimana Li = f(xi) . xi x0 x1 x2 x3 x4 xn y = f(x) L0 L1 L2 x1 x2
  • 4. METODE PENJUMLAHAN RIEMANN • 3 pendekatan pada metode penjumlahan Riemann: – Persegi panjang kiri (left sum), yaitu apabila sudut kiri atas masing- masing persegi panjang menyentuk kurva – Persegi panjang kanan (right sum), yaitu apabila sudut kanan atas masing-masing persegi panjang menyentuk kurva – Persegi panjang tengah (middle sum), yaitu apabila titik tengah sisi atas masing-masing persegi panjang memotong kurva Left sum Right sum Middle sum
  • 5. METODE PENJUMLAHAN RIEMANN • Persamaan umum penjumlahan Riemann: L = L1 + L2 + L3 + … + Ln = f(x1). x1 + f(x2). x2 + f(x3). x3 + … + f(xn). xn = dimana xi = x1 = x2 = … = xn = = h Maka: L = dan xi = a + ih – Untuk left sum, L = – Untuk right sum, L = – Untuk middle sum, L = N i ii xxf 1 . N ab b a N i i xfhdxxf b a N i i xfhdxxf 1 0 b a N i i xfhdxxf 1 b a N i ii xx fhdxxf 1 1 2
  • 6. METODE PENJUMLAHAN RIEMANN • Contoh 1 Penjumlahan Riemann: Hitung luas yang dibatasi oleh y = x2 pada interval [0, 1] dengan N = 10 Solusi: Hitung nilai x = h = = 0.1 Maka: Untuk Left Sum, L = dan xi = 0 + i (0.1) = 0.1i L = L0 + L1 + L2 + … + L9 = 0.1 {(0)2 + (0.1)2 + (0.2)2 + … + (0.9)2} = 0.1 (2.85) = 0.285 10 01 9 0 2 1 0 1.0 i i N i i xxfh
  • 7. METODE PENJUMLAHAN RIEMANN Untuk Right Sum, L = dan xi = 0 + i (0.1) = 0.1i L = L1 + L2 + L3 + … + L10 = 0.1 {(0.1)2 + (0.2)2 + (0.3)2 + … + (1.0)2} = 0.1 (3.85) = 0.385 Untuk Middle Sum, L = dan xi = 0 + i (0.1) = 0.1i L = L1 + L2 + L3 + … + L10 = 0.1 {0.5(0.1+0)2 + 0.5(0.2+0.1)2 + 0.5(0.3+0.2)2 + … + 0.5(1.0+0.9)2} = 0.1 (3.325) = 0.3325 10 1 2 1 1.0 i i N i i xxfh 210 1 1 1 1 2 1.0 2 i ii N i ii xxxx fh
  • 8. METODE PENJUMLAHAN RIEMANN Solusi eksak y = Galat/error: Dengan left sum = 0.333 – 0.285 = 0.048 Dengan right sum = 0.333 – 0.385 = -0.052 Dengan middle sum = 0.333 – 0.3325 = 0.0005 333.0 3 1 0 31 0 2 x dxx
  • 9. METODE PENJUMLAHAN RIEMANN • Contoh 2 Penjumlahan Riemann: Tentukan solusi hampiran untuk y = 1/x + e-2x pada interval [1, 5] dengan N = 10 Solusi: Hitung nilai x = h = = 0.4 dan xi = 1 + i (0.4) = 1 + 0.4i Maka: Untuk Left Sum, L = L = L0 + L1 + L2 + … + L9 10 15 ix i i N i i e x xfh 2 9 0 1 0 1 4.0 8803.12175.0...5829.07751.01353.14.0 6.4 1 ... 8.1 1 4.1 1 14.0 2.96.38.22 eeee
  • 10. METODE PENJUMLAHAN RIEMANN Untuk Right Sum, L = L = L1 + L2 + L3 + … + L10 Untuk Middle Sum, L = L = L1 + L2 + L3 + … + L10 ix i i N i i e x xfh 2 10 11 1 4.0 5602.12000.0...4668.05829.07751.04.0 5 1 ... 2.2 1 8.1 1 4.1 1 4.0 104.46.38.2 eeee 10 1 5.02 11 1 5.0 1 4.0 i xx ii N i i ii e xx xfh 6691.12084.0...5183.06658.09241.04.0 6.455.0 1 ... 8.12.25.0 1 4.18.15.0 1 14.15.0 1 4.0 6.455.028.12.25.02 4.18.15.0214.15.02 ee ee
  • 11. METODE PENJUMLAHAN RIEMANN Solusi eksak y = Galat/error: Dengan left sum = 1.6771 – 1.8803 = -0.2032 Dengan right sum = 1. 6771 – 1.5602 = 0.1709 Dengan middle sum = 1. 6771 – 1.6691 = 0.0080 Kesimpulan: Galat/error terkecil umumnya diperoleh dengan menggunakan middle sum 6771.1 2 ln 1 5 1 25 1 2 x x e xdxe x
  • 12. QUADRATURE FORMULA • Anggaplah a = x0 < x1 < … < xN = b. Persamaan dengan bentuk dimana: disebut sebagai numerical integration atau quadrature formula. N k NNkk xfwxfwxfwxfwfQ 0 1100 ... b a fEfQdxxf
  • 13. DEFINISI • E [f] disebut sebagai truncation error atau kesalahan pemotongan yaitu kesalahan yang diperoleh dikarenakan tidak melakukan hitungan sesuai dengan prosedur yang benar (misalnya pada proses tidak berhingga diganti dengan proses berhingga) disebut sebagai quadrature nodes. Besarnya nodes ini bisa bervariasi. Misalnya pada aturan trapezoidal, aturan Simpson dan aturan Boole, besarnya nodes ini adalah sama. Sedangkan untuk Gauss-Legendre quadrature, besarnya nodesnya ini adalah sama dengan nol (untuk Legendre polynomial tertentu). disebut sebagai weight atau bobot. N ii x 0 N ii w 0
  • 14. NEWTON-COATES QUADRATURE • Penurunan kuadratur formula didasarkan pada interpolasi polynomial. Jika terdapat persamaan polynomial PM (x) berderajat (degree) M melalui M + 1 titik-titik yang berjarak sama . Jika polynomial ini digunakan untuk menghampiri persamaan f(x) pada rentang [a, b], dan integral dari persamaan f(x) dihampiri oleh integral dari PM (x), maka persamaan yang dihasilkan disebut sebagai persamaan Newton-Coates Quadrature. • Apabila titik-titik sampel x0 = a dan xm = b digunakan, maka persamaan tersebut disebut sebagai persamaan Closed Newton-Coates. M iii xfx 0 ,
  • 15. NEWTON-COATES QUADRATURE • Persamaan-persamaan Closed Newton-Coates dengan derajat M = 1, 2, 3, 4 pada interval [x0, xM] adalah sebagai berikut. Step size, h = dan xi = x0 + ih dimana i = 0, 1, 2, …, M M = 1, trapezoidal rule dengan h = b - a M = 2, Simpson’s rule dengan h = M = 3, Simpson’s rule dengan h = M = 4, Boole’s rule dengan h = 10 2 1 0 ff h dxxf x x 210 4 3 2 0 fff h dxxf x x 8 3 3210 33 8 3 3 0 ffff h dxxf x x 43210 73212327 45 2 4 0 fffff h dxxf x x M ab 2 ab 3 ab 4 ab
  • 16. NEWTON-COATES QUADRATURE Trapezoidal rule y = P1(x) pada [x0, x1) = [0.0, 0.5] Simpson’s rule y = P2(x) pada [x0, x1) = [0.0, 1.0] Simpson’s 3/8 rule y = P3(x) pada [x0, x1) = [0.0, 1.5] Boole’s rule y = P4(x) pada [x0, x1) = [0.0, 2.0]
  • 17. NEWTON-COATES QUADRATURE • Pembuktian persamaan Newton-Coates Quadrature Untuk M = 1, Lagrange interpolating polynomial untuk P1(x) adalah dengan [x0, xM] = [0, 1] f0 dan f1 diasumsikan konstan, dan digunakan relasi berikut untuk x dan xi: x = x0 + ht dan dx = h dt; xi = x0 + ih sehingga x1 = x0 + h, maka: 01 0 1 10 1 01 xx xx f xx xx fxP dth h ht fdth h th f 1 10 dtthfdtthf 1 1 0 1 1 0 0 dth xhx xhtx fdth hxx hxhtx fxP 00 00 1 00 00 01 10 1 0 2 1 1 0 2 0 222 ff ht hf t thf
  • 18. NEWTON-COATES QUADRATURE Untuk M = 2, Lagrange interpolating polynomial untuk P2(x) adalah dengan [x0, xM] = [0, 2] f0 , f1 dan f2 diasumsikan konstan, dan digunakan relasi berikut untuk x dan xi: x = x0 + ht dan dx = h dt; xi = x0 + ih sehingga x1 = x0 + h, x2 = x0 + 2h, maka: 1202 10 2 2101 20 1 2010 21 02 xxxx xxxx f xxxx xxxx f xxxx xxxx fxP
  • 20. NEWTON-COATES QUADRATURE Silakan dicoba untuk M = 3 dan M = 4. Untuk M = 3, Lagrange interpolating polynomial untuk P3(x) adalah dengan menggunakan relasi berikut untuk x dan xi: x = x0 + ht dan dx = h dt; xi = x0 + ih sehingga x1 = x0 + h, x2 = x0 + 2h, dan x3 = x0 + 3h. 231303 210 3 321202 310 2 312101 320 1 302010 321 03 xxxxxx xxxxxx f xxxxxx xxxxxx f xxxxxx xxxxxx f xxxxxx xxxxxx fxP
  • 21. • Contoh 1 Closed Newton-Coates: Hitung luas yang dibatasi oleh y = x2 pada interval [0, 1] Solusi: Untuk M = 1, Trapezoidal’s rule, h = b – a = 1 – 0 = 1 xi = x0 + ih sehingga x0 = 0 dan x1 = 1 Untuk M = 2, Simpson’s rule, h = xi = x0 + ih sehingga x0 = 0, x1 = 0.5 dan x2 = 1 NEWTON-COATES QUADRATURE 5.010 2 1 2 22 10 1 0 2 1 0 xfxf h dxxdxxf x x 5.0 2 01 2 ab 333.015.040 3 5.0 4 3 222 210 1 0 2 2 0 xfxfxf h dxxdxxf x x
  • 22. Untuk M = 3, Simpson’s rule, h = xi = x0 + ih sehingga x0 = 0, x1 = 0.333, x2 = 0.666 dan x3 = 1 Untuk M = 4, Boole’s rule, h = xi = x0 + ih sehingga x0 = 0, x1 = 0.25, x2 = 0.5, x3 = 0.75 dan x4 = 1 NEWTON-COATES QUADRATURE 333.0 3 01 3 ab 8 3 333.01667.03333.030 8 333.03 33 8 3 2222 3210 1 0 2 3 0 xfxfxfxf h dxxdxxf x x 25.0 4 01 4 ab 333.01775.0325.01225.03207 45 25.02 73212327 45 2 22222 43210 1 0 2 4 0 fffff h dxxdxxf x x
  • 23. NEWTON-COATES QUADRATURE 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 f(x) x 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 f(x) x 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 f(x) x 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 f(x) x Trapezoidal rule Simpson’s rule Simpson’s 3/8 rule Boole’s rule
  • 24. Galat/error: Dengan Penjumlahan Riemann left sum = 0.333 – 0.285 = 0.048 Dengan Penjumlahan Riemann right sum = 0.333 – 0.385 = -0.052 Dengan Penjumlahan Riemann middle sum = 0.333 – 0.3325 = 0.0005 Dengan Trapezoidal Rule = 0.333 – 0.500 = -0.167 Dengan Simpson’s Rule = 0.333 – 0.333 = 0.000 Dengan Simpson’s 3/8 Rule = 0.333 – 0.333 = 0.000 Dengan Boole’s Rule = 0.333 – 0.333 = 0.000 NEWTON-COATES QUADRATURE
  • 25. • Contoh 2 Closed Newton-Coates: Tentukan solusi hampiran untuk y = 1/x + e-2x pada interval [1, 5] Solusi: Untuk M = 1, Trapezoidal’s rule, h = b – a = 5 – 1 = 4 xi = x0 + ih sehingga x0 = 1 dan x1 = 5 Untuk M = 2, Simpson’s rule, h = xi = x0 + ih sehingga x0 = 1, x1 = 3 dan x2 = 5 NEWTON-COATES QUADRATURE 6708.2 5 1 1 1 2 4 2 e 1 5212 10 5 1 2x- 1 0 eexfxf h dx x dxxf x x 2 2 15 2 ab 7858.1 5 1 3 1 4 1 1 3 2 4 3 1 523212 210 5 1 2 2 0 eeexfxfxf h dxe x dxxf x x x
  • 26. Untuk M = 3, Simpson’s rule, h = xi = x0 + ih sehingga x0 = 1, x1 = 2.333, x2 = 3.667 dan x3 = 5 Untuk M = 4, Boole’s rule, h = xi = x0 + ih sehingga x0 = 1, x1 = 2, x2 = 3, x3 = 4 dan x4 = 5 NEWTON-COATES QUADRATURE 333.1 3 15 3 ab 8 3 7343.1 5 1 667.3 1 3 333.2 1 3 1 1 8 333.13 33 8 3 x 1 52667.32333.2212 3210 5 1 2 3 0 eeee xfxfxfxf h dxedxxf x x x 1 4 15 4 ab 6877.1 5 1 7 4 1 32 3 1 12 2 1 32 1 1 7 45 12 73212327 45 2 x 1 )5(2)4(2)3(2)2(2)1(2 43210 5 1 2 4 0 eeeee fffff h dxedxxf x x x
  • 27. NEWTON-COATES QUADRATURE 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 1 2 3 4 5 6 f(x) x 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 1 2 3 4 5 6 f(x) x 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 1 2 3 4 5 6 f(x) x 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 1 2 3 4 5 6 f(x) x Trapezoidal rule Simpson’s rule Simpson’s 3/8 rule Boole’s rule
  • 28. Galat/error: Dengan Penjumlahan Riemann left sum = 1.6771 – 1.8803 = -0.2032 Dengan Penjumlahan Riemann right sum = 1. 6771 – 1.5602 = 0.1709 Dengan Penjumlahan Riemann middle sum = 1. 6771 – 1.6691 = 0.0080 Dengan Trapezoidal Rule = 1.6771 – 2.6708 = -0.9937 Dengan Simpson’s Rule = 1.6771 – 1.7858 = -0.1087 Dengan Simpson’s 3/8 Rule = 1.6771 – 1.7343 = -0.0572 Dengan Boole’s Rule = 1.6771 – 1.6877 = -0.0106 Kesimpulan: Metode Newton-Coates Quadrature mempunyai kelemahan dalam menghampiri persamaan yang kompleks. NEWTON-COATES QUADRATURE
  • 29. • Seperti telah disebutkan, bahwa permasalahan utama dari Newton-Coates Quadrature adalah apabila digunakan untuk menghampiri fungsi y = f(x) yang kompleks. • Untuk mengatasi hal ini, maka pendekatan yang dapat dilakukan adalah mendekati fungsi y = f(x) yang berinterval [a, b] tersebut dengan sejumlah bentuk trapezoidal. • Anggap bahwa interval [a, b] dibagi menjadi M subinterval [xi, xi+1] dengan step size h = (b – a)/M, dengan menggunakan titik-titik yang berjarak sama xi = a + ih, untuk i = 0, 1, …, M. COMPOSITE TRAPEZOIDAL RULE
  • 30. • Composit Trapezoidal Rule dengan subinterval M dapat dinyatakan dalam tiga bentuk sebagai berikut. Bentuk 1: atau Bentuk 2: atau Bentuk 3: COMPOSITE TRAPEZOIDAL RULE M i ii xfxf h hfT 1 1 2 , MMM ffffff h hfT 12210 22...22 2 , 1 12 , M i i xfhbfaf h hfT
  • 31. • Dari contoh 2 : Tentukan solusi hampiran untuk y = 1/x + e-2x pada interval [1, 5] Solusi: Asumsikan nilai M = 5, maka h = xi = a + ih sehingga x0 = 1, x1 = 1.8, x2 = 2.6, x3 = 3.4, x4 = 4.2 dan x5 = 5 Gunakan bentuk 3 dari Composite Trapezoidal Rule COMPOSITE TRAPEZOIDAL RULE 8.0 5 15 M ab 432150 1 1 22 xfxfxfxfhxfxf h xfhbfaf h h,fTdxxf M i i b a 7394.12383.02952.03901.05828.08.02000.01353.14.0 2.4 1 4.3 1 6.2 1 8.1 1 8.0 5 1 1 1 2 8.0 2.424.326.228.12 5212 eeee ee
  • 32. Dicoba dengan menggunakan M = 10, maka h = xi = a + ih sehingga x0 = 1, x1 = 1.4, x2 = 1.8, x3 = 2.2, x4 = 2.6, x5 = 3, x6 = 3.4, x7 = 3.8, x8 = 4.2, x9 = 4.6, dan x10 = 5 Gunakan bentuk 3 dari Composite Trapezoidal Rule COMPOSITE TRAPEZOIDAL RULE 4.0 10 15 M ab 921100 1 1 22 xf...xfxfhxfxf h xfbfaf h h,fTdxxf M i i b a 6933.12175.02383.0...5829.07751.04.02000.01353.12.0 6.4 1 2.4 1 ... 8.1 1 4.1 1 4.0 5 1 1 1 2 4.0 6.422.428.124.12 5212 eeee ee
  • 33. 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 1 2 3 4 5 6 f(x) x COMPOSITE TRAPEZOIDAL RULE Comp. Trapezoidal Rule, M = 5 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 1 2 3 4 5 6 f(x) x Comp. Trapezoidal Rule, M = 10 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0 1 2 3 4 5 6 f(x) x Trapezoidal rule
  • 34. COMPOSITE TRAPEZOIDAL RULE Galat/error: Dengan Penjumlahan Riemann left sum = 1.6771 – 1.8803 = -0.2032 Dengan Penjumlahan Riemann right sum = 1. 6771 – 1.5602 = 0.1709 Dengan Penjumlahan Riemann middle sum = 1. 6771 – 1.6691 = 0.0080 Dengan Trapezoidal Rule = 1.6771 – 2.6708 = -0.9937 Dengan Composite Trapezoidal Rule (M = 5) = 1. 6771 – 1.7394 = -0.0623 Dengan Composite Trapezoidal Rule (M = 10) = 1. 6771 – 1.6933 = -0.0162 Kesimpulan: Composite Trapezoidal Rule memberikan perbaikan terhadap pendekatan Trapezoidal Rule, walaupun galat yang diberikan masih relatif cukup besar. Penghalusan (refinement) bisa dilakukan dengan meningkatkan nilai M.
  • 35. • Anggap bahwa interval [a, b] dibagi menjadi 2M subinterval [xi, xi+1] dengan step size h = (b – a)/2M, dengan menggunakan titik-titik yang berjarak sama xi = a + ih, untuk i = 0, 1, …, 2M. • Composit Simpson’s Rule dengan subinterval 2M dapat dinyatakan dalam tiga bentuk sebagai berikut. Bentuk 1: atau Bentuk 2: atau Bentuk 3: COMPOSIT SIMPSON’S RULE M i iii xfxfxf h hfS 1 21222 4 3 , MMM fffffff h hfS 212223210 42...424 3 , 1 1 12 1 1 2 3 4 3 2 3 , M i i M i i xf h xf h bfaf h hfS
  • 36. • Dari contoh 2 : Tentukan solusi hampiran untuk y = 1/x + e-2x pada interval [1, 5] Solusi: Asumsikan nilai 2M = 10, maka h = xi = a + ih sehingga x0 = 1, x1 = 1.4, x2 = 1.8, x3 = 2.2, x4 = 2.6, x5 = 3, x6 = 3.4, x7 = 3.8, x8 = 4.2, x9 = 4.6, dan x10 = 5 COMPOSITE SIMPSON’S RULE 4.0 10 15 2M ab
  • 37. Gunakan bentuk 3 dari Composite Simpson’s Rule COMPOSITE SIMPSON’S RULE 1 1 1 122 3 4 3 2 3 , M i M i ii b a xf h xf h bfaf h hfSdxxf 97531 8642 3 4 3 2 3 xfxfxfxfxf h xfxfxfxf h bfaf h 6779.1 2175.0...7751.05333.02383.0...5829.02667.0)2000.01353.1(333.1 6.4 1 8.3 1 0.3 1 2.2 1 4.1 1 3 4.04 6.4 1 4.3 1 6.2 1 8.1 1 3 4.02 5 1 1 1 3 4.0 6.428.320.322.224.12 6.424.326.228.12 5212 eeeee eeee ee
  • 38. Galat/error: Dengan Penjumlahan Riemann left sum = 1.6771 – 1.8803 = -0.2032 Dengan Penjumlahan Riemann right sum = 1. 6771 – 1.5602 = 0.1709 Dengan Penjumlahan Riemann middle sum = 1. 6771 – 1.6691 = 0.0080 Dengan Composite Trapezoidal Rule (M = 10) = 1. 6771 – 1.6933 = -0.0162 Dengan Simpson’s Rule = 1.6771 – 1.7858 = -0.1087 Dengan Composite Simpson’s Rule = 1.6771 – 1.6779 = -0.0008 Kesimpulan: Composite Simpson’s Rule memberikan perbaikan yang signifikan terhadap pendekatan Simpson’s Rule. Dan galat yang diberikan jauh lebih baik dibandingkan dengan metode Penjumlahan Riemann maupun Composite Trapezoidal Rule. COMPOSITE SIMPSON’S RULE
  • 39. • Contoh 3 : Bandingkan solusi hampiran yang diberikan Composite Trapezoidal Rule dan Composite Simpson’s Rule untuk y = 2 + pada interval [1, 6] dengan nilai M = 10 (Composite Trapezoidal Rule) dan M = 5 atau 2M = 10 (Composite Simpson’s Rule). Mohon dicek jawabannya dan penyelesaian dengan Penjumlahan Riemann! COMPOSITE SIMPSON’S RULE x2sin
  • 40. • Solusi dengan Composite Trapezoidal Rule. h = xi = 1 + 0.5h sehingga x0 = 1, x1 = 1.5, x2 = 2.0, x3 = 2.5, x4 = 3.0, x5 = 3.5, x6 = 4.0, x7 = 4.5, x8 = 5.0, x9 = 5.5, dan x10 = 6 COMPOSITE SIMPSON’S RULE 5.0 10 16 921100 1 1 ... 22 , xfxfxfhxfxf h xfhbfaf h hfT M i i 5.5...25.161 2 fffhff h 0002.10287.11083.12432.14353.16831.19793.13081.26382.25.0 0174.19093.2 2 5.0 1939.84244.145.09267.3.250
  • 41. • Solusi dengan Composite Simpson’s Rule. h = xi = 1 + 0.5h sehingga x0 = 1, x1 = 1.5, x2 = 2.0, x3 = 2.5, x4 = 3.0, x5 = 3.5, x6 = 4.0, x7 = 4.5, x8 = 5.0, x9 = 5.5, dan x10 = 6 COMPOSITE SIMPSON’S RULE 05.0 20 01 2M ab 97531 3 4 8642 3 2 61 3 3 4 3 2 3 , 1 1 1 122 fffff h ffff h ff h xf h xf h bfaf h hfSdxxf M i M i ii b a 0002.11083.14353.19793.16382.2 3 5.04 0287.12432.16831.13081.2 3 5.02 0174.19093.2 3 5.0 1830.81613.8 3 2 2630.6 3 1 9267.3 6 1
  • 42. METODE PENJUMLAHAN RIEMANN Solusi eksak y = (lihat http://integrals.wolfram.com/index.jsp untuk mencari solusi eksak) Galat/error: Dengan Composite Trapezoidal Rule = 8.1835 – 8.1939 = -0.0104 Dengan Composite Simpson’s Rule = 8. 1835 – 8.1830 = 0.0005 1835.8 2 2sin 2cos22sin2 5 1 6 1 x xxxdxx
  • 43. AKHIR MATERI METODE NUMERIK TERIMA KASIH.