BAB6
-
Upload
ahmad-rashidi -
Category
Documents
-
view
14 -
download
2
description
Transcript of BAB6
BAB 6PEMBEZAAN DAN
PENGAMIRAN BERANGKA
PEMBEZAAN BERANGKATERBITAN PERTAMATERBITAN KEDUA
PENGAMIRAN BERANGKAPETUA TRAPEZIUMPETUA SIMPSONKAMIRAN ROMBERGKUADRATUR GAUSS
PEMBEZAAN BERANGKA Tujuan Penggunaan:
mendptkan terbitan: bg fungsi f(x) yg agak sukar fungsi f(x) tidak diketahui dan hanya di beri maklumatnya dlm bentuk jadual
(set data) Jenis Pembezaan:
Terbitan Pertama Terbitan Kedua
Jenis Kaedah yg digunakan: Terbitan Pertama
Rumus Beza Depan,Beza Belakang (n=2,n=3,n=5) Rumus Beza Tengah (n=3,n=5)
Terbitan Kedua Rumus Beza Tengah (n=3,n=5)
TERBITAN PERTAMA n=2
Rumus Beza Depan
Rumus Beza Belakangh
xfhxf
xx
xfxfxf ii
ii
iii
)()()()()(
1
1
h
hxfxf
xx
xfxfxf ii
ii
iii
)()()()()(
1
1
contohi 0 1 2 3x 0.5 1.0 1.5 2.0f 0.25 1.0 2.25 4.0
Dapatkan f’(1.0) dgn h = 0.5 menggunakan rumus beza depan 2 titik dan beza belakang 2 titik.
Penyelesaian :Rumus beza depan 2 titik
f’(x) = f(x+h) – f(x) f’(1.0) = f(1.5) – f(1.0) h 0.5
f’(1.0) = 2.25 – 1.00.5
= 2.5Rumus beza belakang 2 titikf’(x) = f(x) – f(x-h) f’(1.0) = f(1.0) – f(0.5)
h 0.5f’(1.0) = 1.0 – 0.25
0.5 = 1.5
TERBITAN PERTAMA
n=3 Rumus Beza Depan
Rumus Beza Belakang
Rumus Beza Tengah
)2()(4)(32
1)( hxfhxfxf
hxf iiii
)(3)(4)2(2
1)( iiii xfhxfhxf
hxf
h
hxfhxfxf ii
i 2
)()()(
contohi 0 1 2 3 4x 0 0.5 1.0 1.5 2.0f 0 0.25 1.0 2.25 4.0
Dapatkan f’(1.0) dgn h = 0.5 menggunakan rumus beza depan 3 titik dan beza belakang 3 titik.
Penyelesaian :Rumus beza depan 3 titik
f’(x) = 1 [-3f(x)+4f(x+h)- f(x+2h) 2h
f’(1.0) = 1 (-3(1.0) +4(2.25) – 4.0 2(0.5)
= 2.0Rumus beza belakang 2 titikf’(x) = 1 [3f(x)- 4f(x-h)+ f(x-2h)
2hf’(1.0) = 1 (3(1.0) -4(0.25) + 0.0)
2(0.5) = 2.0
TERBITAN PERTAMA
n=5 Rumus Beza Tengah
Rumus Beza Depan
)2()(8)(8)2(12
1)( hxfhxfhxfhxf
hxf iiiii
)4(3)3(16)2(36)(48)(2512
1)( hxfhxfhxfhxfxf
hxf iiiiii
TERBITAN KEDUA
n=3 Rumus Beza Tengah
n=5 Rumus Beza Tengah
)()(2)(1
)(2
hxfxfhxfh
xf iiii
)2()(16)(30)(16)2(12
1)(
2hxfhxfxfhxfhxf
hxf iiiiii
contoh
Diberi f(x) = x3, dapatkan f’(2.0) dengan h = 0.1 menggunakan rumus beza depan 2 titik & 3 titik
Penyelesaian:Buat jadual sendiri utk nilai x yg berkaitan. I 0 1 2X 2.0 2.1 2.2F
PENGAMIRAN BERANGKA (KUADRATUR)
Pengamiran tentu f(x) berbentuk Tujuan:
mendptkan kamiran: bg fungsi kamiran f(x) yg agak sukar fungsi kamiran f(x) tidak diketahui dan
hanya di beri maklumatnya dlm bentuk jadual (set data)
b
a
dxxf )(
b
a
dxxf )(
Jika f(x) adalah fungsi selanjar pd selang [a,b] maka kamiran tentu mewakili luas di bawah graf y=f(x) yg dibatasi oleh paksi x, garis x=a dan garis x=b
y=f(x)
a b
Kaedah yg akan dibincangkan merupakan kaedah utk menganggarkan luas tersebut sbg penghampiran kpd
kaedah yg selalu digunakan ialah: Kaedah Newton-Cotes. Terdiri drpd:
Petua Trapezium Petua Simpson
Kamiran Romberg Kuadratur Gaussan
b
a
dxxf )(
Jika dlm kaedah interpolasi, f(x) dpt dihampiri dgn polinomial penghampiran Pn(x), maka dgn pengamiran tentu:
dpt dihampiri olhutk sebarang sub selang di dlm
selang [a,b] Penghampiran ini menjadi hampir
tepat jika ralat e=[f(x)-pn(x)] di dlm selang (xk,xk+1) cukup kecil
b
a
n
b
a
dxxpdxxf )()(
b
a
n dxxp )(
nxxx 0
PETUA TRAPEZIUM
Rumus Petua Trapezium
abhbfafh
dxxfb
a
,)()(2
)(
y=f(x)
a b
PETUA TRAPEZIUM
Menggunakan penghampiran polinomial interpolasi linear p1(x) atau garis lurus terhadap fungsi f(x) yg hendak dikamirkan
Rumus Petua Trapezium gubahan dgn n sub selang )...(2)(
2)( 1210 nn
b
a
fffffh
dxxf
y=f(x)
a b
contoh
Nilaikan kamiran x3 + 1.dx dengan bilangan selang,N=4. Gunakan petua trapezium
2
1
Penyelesaian:N=4, a=1, b= 2 N=(b-a)/h h = (b-a)/N
h = (2-1)/4 h = 0.25
Bina jadual bagi nilai yang diperlukank 0 1 2 3 4x 1 1.25 1.5 1.75 2f(x) 2 2.9531 4.375 6.3594 9
Gunakan rumus trapezium bg n sub-selang
h[f0 +f4 + 2(f1+f2+f3)]2= 0.25 [2+ 9 + 2(2.9531+ 4.375 +6.3594) 2= 4.7969
PETUA SIMPSON Ia menggunakan penghampiran
interpolasi kuadratik P2(x) (atau parabola) terhadap fungsi f(x) yg hendak dikamirkan
Rumus Petua Simpson
Rumus Petua Gubahan Simpson Ada 2 jenis:
Gubahan satu-pertiga Gubahan tiga-perlapan
2
,)()(4)(3
)(ab
hbfhafafh
dxxfb
a
Rumus Petua Gubahan Simpson satu-pertiga
Rumus Petua Gubahan Simpson tiga-perlapan
)..(2)...(4)(3
)( 2421310 nnn
b
a
ffffffffh
dxxf
4
1
3
1313230 2)(3)(
8
3)(
i iiiin
b
a
fffffh
dxxfN/3 (N/3)-1
contoh
Nilaikan kamiran x3 + 1.dx dengan bilangan selang,N=4. Gunakan petua SIMPSON 1/3
2
1
Penyelesaian:N=4, a=1, b= 2 N=(b-a)/h h = (b-a)/N
h = (2-1)/4 h = 0.25
Bina jadual bagi nilai yang diperlukank 0 1 2 3 4x 1 1.25 1.5 1.75 2f(x) 2 2.9531 4.375 6.3594 9
Gunakan rumus SIMPSON 1/3 bg 4 sub-selang
h[f0 +f3 + 4(f1)+2(f2)]3= 0.25 [2+ 9 + 4(2.9531+ 6.3594)+2(4.375)] 3= 4.75
Penyelesaian:
N=3, a=1, b= 2 N=(b-a)/h h = (b-a)/N
h = (2-1)/3= 0.333 Bina jadual bagi nilai yang diperlukan
k 0 1 2 3
x 1 1.3333 1.6667 2
f(x) 2 3.3702 5.6299 9
contohNilaikan kamiran x3 + 1.dx dengan bilangan selang,N=3. Gunakan petua SIMPSON 3/8
Gunakan rumus SIMPSON 3/8 bg 3 sub-selang
3h[f0 +f4 + 3 (f1+f2)+]8= 3(0.3333) [2+ 9 + 3(3.3702+ 5.6299)+ )] 8= 4.7496
KAMIRAN ROMBERG Berdasarkan kaedah ekstrapolasi Richardson dan
penggunaan Petua Trapezium sbg penghampiran awal
Penyelesaian adalah dgn mendapatkan nilai bagi Ri,1 dan seterusnya Ri,j
Susunan nilai yg dikira digambarkan seperti rajah berikut.
Kiraan ditamatkan apabila bagi suatu nilai yang ditetapkan dan ambil
sebagai penghampiran terbaik
1,, jiji RR
b
a
jiRdxxf ,)(
Rumus Romberg bg mendptkan Ri,1:
Rumus Romberg bg mendptkan Ri,j:
Penggunaan Kamiran Romberg tidak melibatkan kiraan yg rumit tetapi hanya menggunakan nilai sebelum utk mendapatkan nilai yg baru
nifhRRi
kkiii ,...,2,1,
2
122
11211,11,
ijdanniRR
Rj
jijij
ji ,...,3,2 ,...,3,2,14
41
1,11,1
,
y=f(x)
a b
i h R i,1 R i,2 R i,3
1 h1 R 1,1
2 h2 R 2,1
R 2,2
3 h3 R 3,1
R3,2 R 3,3
KUADRATUR GAUSSAN Rumus Newton-Cotes dan Kamiran
Romberg diperolehi berdasarkan beza antara x yang seragam.
Tetapi penghampiran pengamiran menjadi lebih tepat jika titik sampling (x) yg bersesuaian dipilih. (beza selang mungkin tidak seragam)
Justeru itu kaedah kaudaratur gaussan memenuhi penyelesaian ini.
ilustrasi
a b
f(a)f(b) f(x1)
f(x2)
a bx1x2
petua trapezium Petua gauss
Bentuk am rumus kuadratur gauss:
1
1 1
)()(n
iii xf dttf
1
1 1
)()(2
iii xf dttf = 1f(x1) + 2f(x2)
Nilai dan x bergantung kepada nilai n
Jika n = 2 ( 2 titik), rumus tersebut adalah
Ketepatan nilai hampiran bergantung kpd polinomial berdarjah paling tinggi 2n-1
Polinomial paling tinggi berdarjah 3 dpt digunakan sebagai penghampiranDgn mengambil f(t) = 1, t, t2, t3 kita perolehi
f(t) = 1
1f(x1) + 2f(x2) = f(t).dt = 1.dt = 2
1
-1
1
-1
1+ 2 = 2f(t) = t
1f(x1) + 2f(x2) = f(t).dt = t.dt = 0
1
-1
1
-1
1 x1 + 2 x2 = 0f(t) = t2
1f(x1) + 2f(x2) = f(t).dt = t2.dt = 2/3 1
-1
1
-1
1 x12
+ 2 x22 = 2/3
-1
f(t) = t3
1f(x1) + 2f(x2) = f(t).dt = t3.dt = 01 1
-1
1 x13
+ 2 x23 = 0
Diperolehi1= 2 = 1
X1 = -1/3 = -0.5774X2 = 1/3 = 0.5774
Maka rumus kuadratur Gauss 2 titik ialah
1
1
)()( -0.5774) + f(0.5774)fdttf
f(-1/3)
-1 1-1/3 -1/3
f(1/3)
0
dtab
dxdanab
tab
x
dengan
dtab
tab
fab
dxxfb
a
2
22
222)(
1
1
Perhatikan, batas dalam rumus diatas ialah [-1, 1]. Jika diberi masalah dalam sebarang batas [ a, b]. Penukaran batas perlu dilakukan dari [a, b] - ][-1, 1] seperti berikut:-
Contoh
Nilaikan ex .dx dengan menggunakan kamiran gauss 2 titik
0.3
0.1
Penyelesaian:- tukarkan batas a = 0.1, b= 0.3 x = b-a t + b+a
2 2 x = (0.2/2)t + (0.4/2) x = 0.1 t + 0.2
dx = ((b-a)/2) dt 0.1dtGantikan ke dalam persamaan
f(x) .dx 0.1 f(0.1t+0.2).dt0.3
0.1
1
-1
Guna rumus gauss 2 titik
1
)()( -0.5774) + f(0.5774)fdttf
1
0.1 f(0.1t+0.2).dt
1
1
0.1 e 0.1t+0.2 .dt
1
1
0.1[e 0.1(-0.5774)+0.2 + e 0.1(0.5774)+0.2 ]
Rumus Kuadratur Gauss 3 titik
Rumus diperolehi sama seperti sebelum ini Polinomial paling tinggi berdarjah 5 (2n-1) dpt digunakan sebagai penghampiranDgn mengambil f(t) = 1, t, t2, t3,t4, t5 kita perolehi
1
1 1
)()(3
iii xf dttf = 1f(x1) + 2f(x2) + 3f(x3)
1= 3= 5/9 = 0.5556 , 2 = 8/9= 0.8889-x1 = x3 = 3/5 = 0.7746 , x2 = 0