persamaan diferensial parsial - ee.unud.ac.id · pdf filepersamaan diferensial parsial linear...

14
Matematika Teknik II ( Ir. I Nyoman Setiawan, MT) 1 Persamaan Diferensial Parsial ) , ( y x f z = Turunan Parsial x y x f z x y x f y x x f x z y x f x x z y x x x terhadap ) , ( dari pertama parsial turunan disebut ) , ( ) , ( lim ) , ( adalah terhadap turunannya dan dari fungsi adalah tetap, sedangkan ubah berubah Jika 0 = + = = y y x f z x y x f y y x f y z y x f y y z x y y y terhadap ) , ( dari pertama parsial turunan disebut ) , ( ) , ( lim ) , ( adalah terhadap turunannya dan dari fungsi adalah tetap, sedangkan ubah berubah Jika 0 = + = =

Upload: phungcong

Post on 06-Feb-2018

225 views

Category:

Documents


4 download

TRANSCRIPT

Page 1: Persamaan Diferensial Parsial - ee.unud.ac.id · PDF filePersamaan Diferensial Parsial Linear ... 2 adalah penyelesaian persamaan diferensial parsial homogen, kemudian : u = c 1u 1

Matematika Teknik II ( Ir. I Nyoman Setiawan, MT)

1

Persamaan Diferensial Parsial),( yxfz =Turunan Parsial

xyxfzx

yxfyxxfxzyxf

xxzyx

xx

terhadap),(daripertamaparsialturunandisebut

),(),(lim),(

adalahterhadapturunannyadan darifungsiadalahtetap,sedangkanubahberubahJika

0

=∆

−∆+=

∂∂

=

→∆

yyxfzx

yxfyyxfyzyxf

yyzxy

yy

terhadap),(daripertamaparsialturunandisebut

),(),(lim),(

adalahterhadapturunannyadan darifungsiadalahtetap,sedangkanubahberubahJika

0

=∆

−∆+=

∂∂

=

→∆

Page 2: Persamaan Diferensial Parsial - ee.unud.ac.id · PDF filePersamaan Diferensial Parsial Linear ... 2 adalah penyelesaian persamaan diferensial parsial homogen, kemudian : u = c 1u 1

Matematika Teknik II ( Ir. I Nyoman Setiawan, MT)

2

xz

xz

yxyxz

∂∂

∂∂

−+=

,Tentukan

2 233

Contoh :

Penyelesaian :

22

2

230

403

xyyz

xyxxz

−+=∂∂

−+=∂∂

22

2

23

43

xyyz

xyxxz

−=∂∂

−=∂∂

Page 3: Persamaan Diferensial Parsial - ee.unud.ac.id · PDF filePersamaan Diferensial Parsial Linear ... 2 adalah penyelesaian persamaan diferensial parsial homogen, kemudian : u = c 1u 1

Matematika Teknik II ( Ir. I Nyoman Setiawan, MT)

3

Fungsi dengan lebih dari duavariabel Bebas

xyzf

zxyf

zyxf

zxyzxyzyxf

32

2

3

32),,(

+=∂∂

+=∂∂

+=∂∂

++=

y dan z = konstan

x dan z = konstan

x dan y = konstan

Page 4: Persamaan Diferensial Parsial - ee.unud.ac.id · PDF filePersamaan Diferensial Parsial Linear ... 2 adalah penyelesaian persamaan diferensial parsial homogen, kemudian : u = c 1u 1

Matematika Teknik II ( Ir. I Nyoman Setiawan, MT)

4

Turunan Parsial Tingkat Dua

Suatu fungsi z = z(x,y)Turunan Tingkat Pertama dari z :

yz

xz∂∂

∂∂ ,

Turunan Tingkat Dua dari z :

2

2

xz

xz

x ∂∂

=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛∂∂

∂∂

2

2

yz

yz

y ∂∂

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛∂∂

∂∂

yxz

yz

x ∂∂∂

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛∂∂

∂∂ 2

xz∂∂

yz∂∂

xyz

xz

y ∂∂∂

=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛∂∂

∂∂ 2

xyz

yxz

∂∂∂

=∂∂

∂ 22

Page 5: Persamaan Diferensial Parsial - ee.unud.ac.id · PDF filePersamaan Diferensial Parsial Linear ... 2 adalah penyelesaian persamaan diferensial parsial homogen, kemudian : u = c 1u 1

Matematika Teknik II ( Ir. I Nyoman Setiawan, MT)

5

22 543 yxyxz −+=Contoh :Carilah turunan tingkat dua dari z

Penyelesaian :

10,4,104

4,6,46

2

2

2

2

−=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛∂∂

∂∂

=∂∂

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛∂∂

∂∂

−=∂∂

=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛∂∂

∂∂

=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛∂∂

∂∂

=∂∂

+=∂∂

yz

yyz

yz

xyx

yz

xz

yxz

xxzyx

xz

422

=∂∂

∂=

∂∂∂

xyz

yxz

Page 6: Persamaan Diferensial Parsial - ee.unud.ac.id · PDF filePersamaan Diferensial Parsial Linear ... 2 adalah penyelesaian persamaan diferensial parsial homogen, kemudian : u = c 1u 1

Matematika Teknik II ( Ir. I Nyoman Setiawan, MT)

6

Persamaan Diferensial Parsial

Persamaan yang mengandung turunan-turunanparsial dari suatu fungsi yang tidak diketahui yang diturunkan terhadap dua atau lebih variabel bebas .Orde persamaan diferensial parsial dapat ditentukandari turunan tertinggi dari persamaan tersebut.

Contoh :

Orde 2

1

2

22

3

33

3

32

2

=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛∂∂

+⎟⎠⎞

⎜⎝⎛∂∂

∂∂

=∂∂

−=∂∂

vz

uz

xRy

yRx

yxyx

u

Orde 3

Orde 1

Page 7: Persamaan Diferensial Parsial - ee.unud.ac.id · PDF filePersamaan Diferensial Parsial Linear ... 2 adalah penyelesaian persamaan diferensial parsial homogen, kemudian : u = c 1u 1

Matematika Teknik II ( Ir. I Nyoman Setiawan, MT)

7

Persamaan Diferensial Parsial Linear

Bentuk umum persamaan diferensial parsiallinear orde dua dengan dua variabel bebas :

uyxGFEDCBA

GFuyuE

xuD

yuC

yxuB

xuA

bukandandaritergantungdan,,,,,

2

22

2

2

=+∂∂

+∂∂

+∂∂

+∂∂

∂+

∂∂

Persamaan diferensial parsial orde dua dengan duavariabel bebas x dan y tidak dapat dituliskan dalambentuk umum seperti diatas disebut persamaantaklinear. Jika G=0 disebut persamaan homogen, sebaliknya jika G≠0 disebut tidak homogen

Page 8: Persamaan Diferensial Parsial - ee.unud.ac.id · PDF filePersamaan Diferensial Parsial Linear ... 2 adalah penyelesaian persamaan diferensial parsial homogen, kemudian : u = c 1u 1

Matematika Teknik II ( Ir. I Nyoman Setiawan, MT)

8

Contoh Persamaan Diferensial ParsialLinear Orde Dua yang penting

SatuDimensiGelombangPersamaan2

22

2

2

xuc

tu

∂∂

=∂∂

SatuDimensiLaplacePersamaan02

2

2

2

=∂∂

+∂∂

yu

xu

SatuDimensiPanasAliranPersamaan2

22

xuc

tu

∂∂

=∂∂

DuaDimensiPoissonPersamaan),(2

2

2

2

yxfyu

xu

=∂∂

+∂∂

TigaDimensiLaplacePersamaan02

2

2

2

2

2

=∂∂

+∂∂

+∂∂

zu

yu

xu

Page 9: Persamaan Diferensial Parsial - ee.unud.ac.id · PDF filePersamaan Diferensial Parsial Linear ... 2 adalah penyelesaian persamaan diferensial parsial homogen, kemudian : u = c 1u 1

Matematika Teknik II ( Ir. I Nyoman Setiawan, MT)

9

Penyelesaian Persamaan DiferensialParsial

Contoh :

)()(2212 yGxFxyyxu ++−=

yxyx

u−=

∂∂∂ 2

2

Penyelesaian Umum :

Penyelesaian Khusus :

,53sin2maka,53)(dansin2)(Jika

42212

4

−++−=

−==

yxxyyxuyyGxxF

Penyelesaian yang tidak dapat dicari dari penyelesaianumum dengan memberikan nilai tertentu pada sembarangfungsi disebut Penyelesaian Singular

Page 10: Persamaan Diferensial Parsial - ee.unud.ac.id · PDF filePersamaan Diferensial Parsial Linear ... 2 adalah penyelesaian persamaan diferensial parsial homogen, kemudian : u = c 1u 1

Matematika Teknik II ( Ir. I Nyoman Setiawan, MT)

10

Metode Penyelesaian PersamaanDiferensial Parsial

Prinsip Superposisi/Prinsip Kelinearan

Jika u1 dan u2 adalah penyelesaian persamaandiferensial parsial homogen, kemudian :

u = c1u1 + c2u2

dengan c1 dan c2 adalah konstanta juga merupakanpenyelesaiannya.Penyelesaian Umum persamaan diferensial parsialtidak homogen dapat dicari dengan menambahkanpenyelesaian khusus persamaan tak homogen denganpenyelesaian umum persamaan homogen.

Page 11: Persamaan Diferensial Parsial - ee.unud.ac.id · PDF filePersamaan Diferensial Parsial Linear ... 2 adalah penyelesaian persamaan diferensial parsial homogen, kemudian : u = c 1u 1

Matematika Teknik II ( Ir. I Nyoman Setiawan, MT)

11

0 parsial ldiferensiapersamaan dari),(an penyelesaiCarilah

=−uuyxu

xxContoh :

Penyelesaian :

xx

xx

xx

eyBeyAyxuyBA

BABeAeuuuy

uuu

+=

+=

=−=−

)()(),( annyapenyelesai maka , dari fungsimerupakan dan kali Barang

konstanta.dandengandidapatkan0"menjadiyapersamaannsehinggaterhadap

diturunkan adatidak,0 persamaan Dari

Page 12: Persamaan Diferensial Parsial - ee.unud.ac.id · PDF filePersamaan Diferensial Parsial Linear ... 2 adalah penyelesaian persamaan diferensial parsial homogen, kemudian : u = c 1u 1

Matematika Teknik II ( Ir. I Nyoman Setiawan, MT)

12

xxy uu −= parsial ldiferensiapersamaan an penyelesaiCarilah

Contoh :

Penyelesaian :

sembarang.fungsi)(dan)(dan

)()()()(),(

:didapatmakaterhadapikanDiintegras

)(),(ln,1

,jadi, misal

ygxf

dxxcxfygexfyxu

x

excpxcyppp

pppu

y

yy

yx

∫=+=

=+−=−=

−==

Page 13: Persamaan Diferensial Parsial - ee.unud.ac.id · PDF filePersamaan Diferensial Parsial Linear ... 2 adalah penyelesaian persamaan diferensial parsial homogen, kemudian : u = c 1u 1

Matematika Teknik II ( Ir. I Nyoman Setiawan, MT)

13

Contoh :2

2

2

2

4satu dimensi gelombangpersamaan

anpenyelesaimerupakan )2sin(),(Buktikan

xu

tu

txtxu

∂∂

=∂∂

+=

Penyelesaian :

[ ] 2

2

2

2

2

2

2

2

4)2sin(4)2sin(4

)2sin(4)2sin(

)2sin(2)2cos(

xutxtx

tu

txtutx

xu

txtutx

xu

∂∂

=+−=+−=∂∂

+−=∂∂

+−=∂∂

+=∂∂

+=∂∂

Terbukti

Page 14: Persamaan Diferensial Parsial - ee.unud.ac.id · PDF filePersamaan Diferensial Parsial Linear ... 2 adalah penyelesaian persamaan diferensial parsial homogen, kemudian : u = c 1u 1

Matematika Teknik II ( Ir. I Nyoman Setiawan, MT)

14

xxututuxu

tu

etxu t

2sin)0,(,0),(),0(2

batas syarat persoalan anpenyelesaiadalah ),(Buktikan

2

2

8

===∂∂

=∂∂

= −

πContoh :

Penyelesaian :

[ ] 2

288

82

288

0

8

8

8

2terbukti2sin4822sin8

:ldiferensiapersamaankeSubtitusi

2sin42cos22sin8

2sin2sin)0,(0sin),(

00sin),0(2sin),(

xu

tuxexe

xexuxe

xuxe

tu

xxexuetuetu

xetxu

tt

ttt

t

t

t

∂∂

=∂∂

−=−

−=∂∂

=∂∂

−=∂∂

==

==

==

=

−−

−−−

ππ