Pengantar metode numerik

IF4058 Topik Khusus Informatika I
(Topik: Metode Numerik)(Topik: Metode Numerik)
Kuliah ke-1 (Pengantar Metode Numerik)
Oleh; Rinaldi Munir (IF-STEI ITB)
1Rinaldi Munir - IF4058 Topik Khusus IF I

Apa itu Metode Numerik?
• Numerik: berhubungan dengan angka
• Metode: cara yang sistematis untuk menyelesaikan
persoalan guna mencapai tujuan yang ditentukan
• Metode numerik: cara sistematis untuk
menyelesaikan persoalan matematika dengan
operasi angka (+, -, *, /)

Contoh beberapa persoalan matematika:
1. Tentukan akar-akar persamaan polinom
23.4x7 - 1.25x6 + 120x4 + 15x3 - 120x2- x + 100 = 0
2. Tentukan harga x yang memenuhi persamaan:
2
3. Hitung nilai integral-tentu berikut:
6517
)2120(
cos
1
8.27
2
15
−
+
=− −
x
xx
x
e x
dx
xx
e x
)
)1(
4
)
100
3.45(( 2
4
5.2
2.1
7
+
++∫

4. Diberikan persamaan differensial biasa (PDB) dengan
sebuah nilai awal:
Hitung nilai y pada t = 1.8.
5. Selesaikan sistem persamaaan lanjar (linear):
1.2a - 3b - 12c + 12d + 4.8e - 5.5f + 100g = 18
1)0(;120
)4021ln(
'2"150 2
=+
+
=+ y
t
yt
tyy
1.2a - 3b - 12c + 12d + 4.8e - 5.5f + 100g = 18
0.9a + 3b - c + 16d + 8e - 5f - 10g = 17
4.6a + 3b - 6c - 2d + 4e + 6.5f - 13g = 19
3.7a - 3b + 8c - 7d + 14e + 8.4f + 16g = 6
2.2a + 3b + 17c + 6d + 12e - 7.5f + 18g = 9
5.9a + 3b + 11c + 9d - 5e - 25f - 10g = 0
1.6a + 3b + 1.8c + 12d - 7e + 2.5f + g = -5

• Cara penyelesaian persoalan matematika ada dua:
1. Secara analitik
2. Secara numerik
• Secara analitik: menggunakan rumus dan teorema
yang sudah baku di dalam matematika metodeyang sudah baku di dalam matematika metode
analitik
Contoh 1: x2 – 6x + 8 = 0 Carilah akar-akarnya!
Metode analitik: faktorkan menjadi (x – 4)(x – 2) = 0
x – 4 = 0 x1 = 4
x – 2 = 0 x2 = 2

• Secara numerik: menggunakan pendekatan
aproksimasi untuk mencari solusi hanya dengan
operasi aritmetika biasa metode numerik.
• Contoh: carilah sebuah akar f(x) = x2 – 6x + 8 = 0
Metode numerik: diketahui sebuah akar terletak di
dalam selang [3, 6] mengapa???????dalam selang [3, 6] mengapa???????
3 6
y= x2 – 6x + 8
Sb-X

Pendekatan sederhana mencari akar adalah secara iteratif
dengan metode titik tengah (bisection):
1. bagi selang [a,b] menjadi dua dengan titik tengah
c = (a + b) / 2
2. ada dua sub-selang: [a, c] dan [c, b]. Pilih selang iterasi
yang baru dengan syarat nilai fungsi di ujung selang
berbeda tanda.berbeda tanda.
3. ulangi langkah 1 dan 2 sampai ukuran selang < ε (epsilon
adalah nilai yang sangat kecil yang menyatakan toleransi
kesalahan akar yang diinginkan, misalnya ε = 0.001,
000001, dsb

y = f(x)
a c0 c1
bc2 x

• Contoh mencari akar f(x) = x2 – 6x + 8 = 0 di dalam
selang [3, 6] dengan ε = 0.0005
Iterasi a c b f(a) f(c) f(b) Selang baru Lebar
1 3 4.5 6 -1 1.25 8 [a,c] 1.5
2 3 3.75 4.5 -1 -0.4375 1.25 [c,b] 0.75
3 3.75 4.125 4.5 -0.4375 0.265625 1.25 [a,c] 0.375
4 3.75 3.9375 4.125 -0.4375 -0.12109 0.265625 [c, b] 0.1875
5 3.9375 4.03125 4.125 -0.12109 0.063477 0.265625 [a,c] 0.09375
6 3.9375 3.984375 4.03125 -0.12109 -0.03101 0.063477 [c, b] 0.046875
• Aproksimasi akar = 4.000122
6 3.9375 3.984375 4.03125 -0.12109 -0.03101 0.063477 [c, b] 0.046875
7 3.984375 4.007813 4.03125 -0.03101 0.015686 0.063477 [a, c] 0.023438
8 3.984375 3.996094 4.007813 -0.03101 -0.0078 0.015686 [c, b] 0.011719
9 3.996094 4.001953 4.007813 -0.0078 0.00391 0.015686 [a, c] 0.005859
10 3.996094 3.999023 4.001953 -0.0078 -0.00195 0.00391 [c, b] 0.00293
11 3.999023 4.000488 4.001953 -0.00195 0.000977 0.00391 [a,c] 0.001465
12 3.999023 3.999756 4.000488 -0.00195 -0.00049 0.000977 [c, b] 0.000732
13 3.999756 4.000122 4.000488 -0.00049 0.000244 0.000977 [a, c] 0.000366 Stop

• Contoh 2: hitung integral
Metode analitik:
Rumus:
∫−
−
1
1
2
)(4 dxx
Cax
n
dxax nn
+
+
= +
∫
1
1
1
33.73/22)]1(
3
1
)1(4[)]1(
3
1
)1(4[
]
3
1
4[)4( 1
1
3
1
1
2
==−−−−−=
−=− =
−=
−
∫
x
x
xxdxx

• Metode numerik
Nilai integral = luas daerah di bawah kurva
p q r s
y
y = 4 - x2
Rumus luas trapesium = (jumlah sisi sejajar x tinggi )/2
≈ p + q + r + s
-2 20 1/2 11 -1/2 x
∫−
−
1
1
2
)(4 dxx ≈ {[f(-1) + f(-1/2)] × 0.5/2} + {[f(-1/2) + f(0)] × 0.5/2} +
{[f(0) + f(1/2)] × 0.5/2} + {[f(1/2) + f(1)] × 0.5/2}
≈ 0.5/2 {f(-1) + 2f(-1/2) + 2f(0) + 2f(1/2) + f(1)}
≈ 0.5/2 {3 + 7.5 + 8 + 7.5 + 3}
≈ 7.25

• Perbedaan solusi antara metode analitik dengan metode
numerik:
solusi dengan metode analitik: eksak (tepat tanpa ada
kesalahan)
solusi dengan metode numerik: hampiran atau
aproksimasi (tidak tepat sama dengan solusi eksak, selalu
ada kesalahanada kesalahan
• Kesalahan dalam solusi numerik disebut galat (error)
• Galat dapat diperkecil dengan mengubah parameter di
dalam metode numerik (misalnya ε, lebar trapesium,
dsb)

• Kelebihan metode numerik: dapat menyelesaikan persoalan
matematika yang tidak dapat diselesaikan dengan metode
analitik.
Contoh: metode analitik apakah yang mampu mencari akar
persamaan di bawah ini:
6517
)2120(
cos
1
8.27
2
15
−
+
=− −
x
xx
x
e x
atau mencari nilai integral berikut ini:
Metode numerik mampu menyelesaikan persoalan di atas!
6517 −xx
dx
xx
e x
)
)1(
4
)
100
3.45(( 2
4
5.2
2.1
7
+
++∫

• Metode numerik membutuhkan banyak operasi
aritmetika yang berulang
• Oleh karena itu, komputer berguna untuk
membantu perhitungan. Komputer menjadi
kebutuhan yang penting dalam metode numerik.kebutuhan yang penting dalam metode numerik.
• Metode numerik pada dasarnya adalah suatu
algoritma sehingga dapat diprogram.
• Peranan orang Informatika adalah pada fase
pemrograman numerik.

• Tahapan penyelesaian persoalan secara numerik:
1. Pemodelan
2. Penyederhanaan model
3. Formulasi numerik
- menentukan metode nuemrik yang dipakai
- membuat algoritma penyelesaian
4. Pemrograman
- coding
5. Pengujian
- tes dengan data uji- tes dengan data uji
6. Evaluasi
- menganalisis hasil numerik
• Tahap 1 dan 2 adalah pekerjaan ahli yang sesuai dengan bidangnya;
Tahap 3 dan 4 adalah tugas informatikawan;
Tahap 5 dan 6 melibatkan informatikawan dan ahli yang sesuai
dengan bidangnya

• Contoh 4: Sebuah bola logam dipanaskan sampai pada suhu
100°C. Kemudian, pada saat t = 0, bola itu dimasukkan ke
dalam air yang bersuhu 30°C. Setelah 3 menit, suhu bola
berkurang menjadi 70°C. Tentukan suhu bola setelah 22.78
menit menit. Diketahui tetapan pendinginan bola logam itu
adalah 0.1865.
Pemodelan oleh ahli fisika: Dengan menggunakan hukumPemodelan oleh ahli fisika: Dengan menggunakan hukum
pendinginan Newton, laju pendinginan bola setiap detiknya
adalah
dT/dt = -k(T – 30); T(0)=100
Ditanya: T(22.78) = ?
Formulasi numerik: menggunakan metode Runge-Kutta 9salah
satu metode numerik untuk penyelesaian PDB)

Apa yang Dipelajari di dalam
Metode Numerik
1. Solusi persamaan nirlanjar
Temukan x sehingga f(x) = 0
y
17
y
akar
x
y = f(x)
Rinaldi Munir - IF4058 Topik Khusus IF I

2. Solusi sistem persamaan lanjar
Selesaikan sistem persamaan lanjar seperti
a11x1 + a12x2 = c1
a21x1 + a22x2 = c2
untuk harga-harga x1 dan x2.
18
x1
x2

3. Interpolasi polinom
Diberikan titik-titik (x0,y0), (x1,y1), …, (xn,yn).
Tentukan polinom pn(x) yang melalui semua titik
tersebut
y
19
x
y = pn(x)

4. Turunan numerik
Misalkan diberikan titik (xi, yi) dan titik (xi+1, yi+1).
Tentukan f '(xi).
y = f(x)yi+1
20
xxi
xi+1
h
y = f(x)
yi

5. Integrasi numerik
Hitung integral ∫=
b
a
dxxfI )(
y
y = f(x)
21
xa b
∫=
b
a
xfI )(

6. Solusi persamaan diferensial biasa dengan
nilai awal
Diberikan dy/dx = f(x,y) dan nilai awal y0 = y(x0)
Tentukan nilai y(xt) untuk xt ∈ R
y
22
y
xxi xi+1
x∆
yi
gradien = f(xi
, yi
)

Tujuan Kuliah IF4058
1. Mempelajari berbagai metode penyelesaian
persoalan matematika secara numerik.
2. Mengimplementasikan metode numerik ke2. Mengimplementasikan metode numerik ke
dalam program komputer untuk persoalan di
bidang sains dan rekayasa

Prasyarat Kuliah
1. Kalukulus I dan II
2. Algoritma dan Pemrograma / Strukyur Data

Penilaian Kuliah
1. Kehadiran
2. UTS (closed book)
3. UAS (open book)
4. PR4. PR
5. Tugas pemrograman (menggunakan Bahasa
C#, Bahasa FORTRAN, dan Matlab)
6. Makalah perorangan

Buku Teks
1. Rinaldi Munir, Diktat Kuliah Metode Numerik untuk Teknik Informatika
Edisi Kedua (Revisi), Depratemen Teknik Informatika ITB, 2002
2. Curtis F. Gerald dan Pattrick O. Wheatley, Applied Numerical Analysis,
5rd Edition, Addison-Wesley Publishing Company, 1994.
3. Steven C. Chapra dan Raymond P. Canale, Numerical Methods for
Engineers with Personal Computer Applications, MacGraw-Hill Book
Company, 1991Company, 1991
Buku 1, 2, dan 3 di atas sebaiknya dimiliki.
Buku tambahan:
1. John. H. Mathews, Numerical Methods for Mathematics, Science and
Engineering, 2nd Edition, Prentice-Hall International, 1993
2. Shoichiro Nakamura, Applied Numericak Methods in C, Prentice-Hall Int.
Series, 1993
3. Samuel D Conte dan Carl De Boor, Elementary Numerical Analysis, An
Algorithmic Approach, 3rd Edition, MacGraw-Hills, Inc, 1992.

Pengantar metode numerik

More Related Content

What's hot (20)

Viewers also liked (16)

Similar to Pengantar metode numerik (20)

Recently uploaded (20)

Pengantar metode numerik