SISTEM DINAMIK DISKRET
Anggota Kelompok:
1. Inggrid Riana C.
2. Kharisma Madu B.
Kontinu
Diskret
Sistem
Dinamik
POKOK BAHASAN
SDD OTONOMUS 1-D LINEAR NON-LINEAR MULTI-D LINEAR NON-LINEAR NON-OTONOMUSSISTEM OTONOMUS 1-D
Kestabilan Solusi Titik Tetap SDD Otonomus Linear 1-D Kestabilan LinearisasiSolusi Jika Ada Titik Tetap
SDD Otonomus Non-Linear 1-D
SDD OTONOMUS LINEAR 1-D
𝑥𝑛+1 = 𝑎𝑥𝑛 + 𝑏, dengan 𝑛 = 0,1,2, …, 𝑥𝑛 ∈ ℝ, 𝑎, 𝑏 ∈ ℝ . Bentuk UmumSDD OTONOMUS LINEAR 1-D
Solusinya adalah 𝑥𝑛 = 𝑥0 − 𝑏 1 − 𝑎 𝑎𝑛 + 𝑏 1 − 𝑎 , jika 𝑎 ≠ 1 𝑥0 + 𝑏𝑛 , jika 𝑎 = 1 Solusi SistemSDD OTONOMUS LINEAR 1-D
Titik Tetap
Titik tetap dari 𝑥𝑛+1 = 𝑎𝑥𝑛 + 𝑏, adalah 𝑥∗ ∈ ℝ sedemikian sehingga 𝑥∗ = 𝑎𝑥∗ + 𝑏, diperoleh 𝑥∗ = 𝑏 1 − 𝑎 , jika 𝑎 ≠ 1 𝑥0, jika 𝑎 = 1 dan 𝑏 = 0.
SDD OTONOMUS LINEAR 1-D
Proposisi 1.
Titik tetap dari 𝑥𝑛+1 = 𝑎𝑥𝑛 + 𝑏 ada jika dan hanya jika
𝑎 ≠ 1 atau 𝑎 = 1 dan 𝑏 = 0 .
Proposisi 2.
Titik tetap dari 𝑥𝑛+1 = 𝑎𝑥𝑛 + 𝑏 tunggal jika dan hanya jika
SDD OTONOMUS LINEAR 1-D
Kestabilan Titik Tetap
Titik tetap 𝑥∗ dari 𝑥𝑛+1 = 𝑓(𝑥𝑛) adalah: • Stabil global (asimtotik) jika
lim
𝑛→∞ 𝑥𝑛 = 𝑥
∗, ∀𝑥
0 ∈ ℝ
• Stabil lokal (asimtotik) jika 𝑥∗ stabil lokal dan
lim
𝑛→∞ 𝑥𝑛 = 𝑥 ∗.
Proposisi 3.
Titik tetap dari 𝑥𝑛+1 = 𝑎𝑥𝑛 + 𝑏, stabil global jika dan hanya jika
SDD OTONOMUS LINEAR 1-D
Contoh 1. 𝑥𝑛+1 = 3 4 𝑥𝑛 + 2 Solusi: 𝑥𝑛 = 3 4 𝑛 𝑥0 − 8 + 8 Titik Tetap: 𝑥∗ = 8 Kestabilan: 𝑎 = 3 4 < 1 → stabilSDD OTONOMUS LINEAR 1-D
Contoh 2. 𝑥𝑛+1 = −2𝑥𝑛 + 2 Solusi: 𝑥𝑛 = −2 𝑛 𝑥0 − 2 3 + 2 3 Titik Tetap: 𝑥∗ = 23SDD OTONOMUS NON-LINEAR 1-D
𝑥 𝑛+1 = 𝑓 𝑥 𝑛 , dengan 𝑛 = 0,1,2, … . Bentuk Umum Solusinya adalah 𝑥 1 = 𝑓 𝑥 0 𝑥 2 = 𝑓 𝑥 1 = 𝑓 𝑓 (𝑥 0) = 𝑓 2 𝑥 0 ⋮ 𝑥 𝑛 = 𝑓 𝑛 𝑥 0 Solusi SistemSDD OTONOMUS NON-LINEAR 1-D
Titik Tetap
Titik tetap dari 𝑥𝑛+1 = 𝑓 𝑥𝑛 , adalah 𝑥∗ ∈ ℝ sedemikian sehingga
𝑥∗ = 𝑓 𝑥∗ .
Linearisasi
Hasil linearisasi: 𝑥𝑛+1 = 𝑎𝑥𝑛 + 𝑏,
SDD OTONOMUS NON-LINEAR 1-D
Kestabilan Titik Tetap Proposisi 4.
Titik tetap dari 𝑥𝑛+1 = 𝑓 𝑥𝑛 , stabil lokal di sekitar titik tetap 𝑥∗ jika dan hanya jika
SDD OTONOMUS NON-LINEAR 1-D
Contoh 𝑥𝑛+1 = 3𝑥𝑛 + 𝑥𝑛2 − 𝑥𝑛3 Titik Tetap: 𝑥1∗ = 0 ∨ 𝑥2∗ = −1 ∨ 𝑥3∗ = 2 Kestabilan: 𝑓′(𝑥1∗) = 𝑓′(0) = 3 > 1 → tidak stabil 𝑓′(𝑥2∗) = 𝑓′ −1 = −2 > 1 → tidak stabil 𝑓′(𝑥1∗) = 𝑓′(2) = −3 > 1 → tidak stabilSISTEM OTONOMUS MULTI-D
Kestabilan Solusi Titik Tetap
SDD Otonomus Linear Multi-D
Kestabilan Linearisasi Solusi Titik Tetap SDD Otonomus Non-Linear Multi-D
dengan
𝑛 = 0,1,2, ….
Bentuk Umum
𝑥 𝑛+1 = 𝐴𝑥 𝑛 + 𝐵, 𝑥 𝑛 ∈ ℝk
Titik Tetap
Titik tetap dari 𝑥 𝑛+1 = 𝐴𝑥 𝑛 + 𝐵, adalah 𝑥 ∗ ∈ ℝ𝑘 sedemikian sehingga 𝑥 ∗ = 𝐴𝑥 ∗ + 𝐵, diperoleh
𝑥 ∗ = 𝐼 − 𝐴 −1𝐵, jika 𝐼 − 𝐴 ≠ 0.
Proposisi 5.
Titik tetap dari 𝑥 𝑛+1 = 𝐴𝑥 𝑛 + 𝐵, tunggal jika dan hanya jika 𝐼 − 𝐴 ≠ 0. Solusinya adalah 𝑥 𝑛 = 𝐴𝑛 𝑥 0 − 𝐼 − 𝐴 −1𝐵 + 𝐼 − 𝐴 −1𝐵, jika 𝐼 − 𝐴 ≠ 0. atau 𝑥 𝑛 = 𝐴𝑛 𝑥 0 − 𝑥 ∗ + 𝑥 ∗. Solusi Sistem
Diberikan SDD 𝑥 𝑛+1 = 𝐴𝑥 𝑛 + 𝐵, dengan nilai awal 𝑥 0.
Lemma 1. Jika matriks 𝐴𝑛×𝑛 mempunyai 𝑛 nilai eigen real berbeda 𝜆1, 𝜆2, … , 𝜆𝑛 maka ada matriks non singular 𝑄𝑛×𝑛 sedemikian sehingga
𝐴 = 𝑄𝐷𝑄−1,
di mana 𝐷 matriks diagonal
𝐷 = 𝜆1 0 ⋯ 0 0 ⋮ 0 𝜆2 ⋮ 0 ⋯ ⋱ ⋯ 0 0 𝜆𝑛 , 𝑄 = 𝑣 1𝑣 2 ⋯ 𝑣 𝑛 dan 𝐴𝑣 𝑖 = 𝜆𝑖𝑣 𝑖, 𝑖 = 1, 2, … , 𝑛.
SISTEM OTONOMUS LINEAR MULTI-D
Proposisi 6.
Sistem persamaan beda linear orde pertama non-homogen
𝑥 𝑛+1 = 𝐴𝑥 𝑛 + 𝐵,
dapat ditransformasi ke sistem persamaan beda linear orde pertama homogen
𝑧 𝑛+1 = 𝐴𝑧 𝑛,
Proposisi 6.
Sistem persamaan beda linear orde pertama non-homogen
𝑥 𝑛+1 = 𝐴𝑥 𝑛 + 𝐵,
dapat ditransformasi ke sistem persamaan beda linear orde pertama homogen
𝑧 𝑛+1 = 𝐴𝑧 𝑛,
di mana 𝑧 𝑛 = 𝑥 𝑛 − 𝑥 ∗ dan 𝑥 ∗ = 𝐼 − 𝐴 −1𝐵.
SISTEM OTONOMUS LINEAR MULTI-D
Proposisi 7.
Solusi dari sistem persamaan beda linear orde pertama non-homogen
𝑥 𝑛+1 = 𝐴𝑥 𝑛 + 𝐵,
adalah
𝑥 𝑛 = 𝑄𝐷𝑛𝑄−1 𝑥 0 − 𝑥 ∗ + 𝑥 ∗,
di mana 𝐷 adalah Jordan Matriks yang bersesuaian dengan 𝐴.
SISTEM OTONOMUS LINEAR MULTI-D
Kasus 2 (Nilai Eigen Real Kembar) Contoh
1. Uncoupled System
𝑥𝑛+1 = 2𝑥𝑛, 𝑦𝑛+1 = 2𝑦𝑛,
SISTEM OTONOMUS LINEAR MULTI-D
2. Coupled System
𝑥𝑛+1 = 2𝑥𝑛 − 𝑦𝑛, 𝑦𝑛+1 = 𝑥𝑛 + 4𝑦𝑛,
dengan
𝑛 = 0,1,2, ….
Bentuk Umum
𝑥 𝑛+1 = 𝐴𝑥 𝑛 + 𝐵
Titik Tetap
Titik tetap dari 𝑥 𝑛+1 = 𝐴𝑥 𝑛 + 𝐵, adalah 𝑥 ∗ ∈ ℝ sedemikian sehingga 𝑥 ∗ = 𝐴𝑥 ∗ + 𝐵, diperoleh
𝑥 ∗ = 𝐼 − 𝐴 −1𝐵, jika 𝐼 − 𝐴 ≠ 0.
SISTEM OTONOMUS LINEAR MULTI-D
SISTEM OTONOMUS LINEAR MULTI-D
Lemma 3. Jika matriks 𝐴𝑘×𝑘 mempunyai 𝑘 2 nilai eigen kompleks berbeda 𝜇1, 𝜇 1, 𝜇2, 𝜇 2, ⋯ , 𝜇𝑘 2, 𝜇 𝑘 2
dimana 𝜇𝑗 ≡ 𝛼𝑗 + 𝑖𝛽𝑗 dan 𝜇 𝑗 ≡ 𝛼𝑗 − 𝑖𝛽𝑗, maka ada matriks non singular 𝑄𝑘×𝑘 sedemikian sehingga
𝐴 = 𝑄𝐷𝑄−1,
di mana 𝐷 matriks blok
𝐷 = 𝛼1 −𝛽1 𝛽1 𝛼1 0 00 0 0 0 0 0 𝛼2 −𝛽2 𝛽2 𝛼2 … … ⋯ ⋯… … … … 0 0 0 0 0 0 0 0 ⋱ ⋱ ⋱ ⋱ 0 00 0 0 0 0 0 0 00 0 … … … … 𝛼𝛽𝑛 2𝑛 2 −𝛽𝛼𝑛 2𝑛 2 , 𝑄 = 𝑣 1𝑤1 ⋯ 𝑣 𝑖𝑤𝑖 dan 𝐴𝑄 = 𝑄𝐷, 𝑖 = 1, 2, … , 𝑘.
Kemudian jika blok pertama pada matriks blok D diubah
dalam bentuk koordinat polar dimana 𝛼𝑗 = 𝑟𝑗 cos 𝜃𝑗 dan
𝛽𝑗 = 𝑟𝑗 sin 𝜃𝑗, maka : 𝛼𝑗 −𝛽𝑗 𝛽𝑗 𝛼𝑗 = 𝑟𝑗 cos 𝜃𝑗 − sin 𝜃𝑗 sin 𝜃𝑗 cos 𝜃𝑗 Lemma 6
𝑟𝑗 cos 𝜃sin 𝜃𝑗 − sin 𝜃𝑗
𝑗 cos 𝜃𝑗
𝑛
= 𝑟𝑗𝑛 cos 𝑛𝜃sin 𝑛𝜃𝑗 − sin 𝑛𝜃𝑗
𝑗 cos 𝑛𝜃𝑗
Teorema 3
Titik tetap dari 𝑥𝑛+1 = 𝐴𝑥𝑛 + 𝐵 dengan 𝐴 mempunyai 𝑘 2 pasang 𝜇1, 𝜇 1, 𝜇2, 𝜇 2, ⋯ , 𝜇𝑘 2, 𝜇 𝑘 2 nilai eigen imajiner yang berbeda, dimana 𝜇𝑗 ≡ 𝛼𝑗 + 𝑖𝛽𝑗 dan 𝜇 𝑗 ≡ 𝛼𝑗 − 𝑖𝛽𝑗 stabil global (asimtotik) jika dan hanya jika
𝑟𝑗 ≡ 𝛼𝑗2 + 𝛽𝑗2 1 2 < 1, ∀𝑗 = 1,2, ⋯ , 𝑘 2
SISTEM OTONOMUS LINEAR MULTI-D
Diagram Phase
Sistem
𝑥𝑛+1 = 𝛼𝑥𝑛 − 𝛽𝑦𝑛 𝑦𝑛+1 = 𝛽𝑥𝑛 + 𝛼𝑦𝑛
mempunyai variasi perilaku bergantung pada nilai
SISTEM OTONOMUS LINEAR MULTI-D
Orbit Periodik : 𝒓 = 𝟏
Spiral Masuk : 𝒓 < 𝟏
Spiral Keluar : 𝒓 > 𝟏
Searah Jarum Jam Berlawanan Arah Jarum Jam
Searah Jarum Jam
Searah Jarum Jam
Berlawanan Arah Jarum Jam
SISTEM OTONOMUS LINEAR MULTI-D
Orbit Periodik : 𝒓 = 𝟏
Orbit periodik berlawanan arah jarum jam
Misalkan 𝑟 = 1, 𝛽 = 1 dan nilai awal 𝑥0, 𝑦0 = 1,0 .
Berdasarkan persamaan di atas, diperoleh 𝑥1, 𝑦1 = 0,1 ,
𝑥2, 𝑦2 = −1,0 , 𝑥3, 𝑦3 = 0, −1 , dan 𝑥4, 𝑦4 = 1,0 . Terlihat bahwa sistem berbentuk orbit periodik dan
berlawanan arah jarum jam.
𝑥𝑛+1 = 𝛼𝑥𝑛 − 𝛽𝑦𝑛 𝑦𝑛+1 = 𝛽𝑥𝑛 + 𝛼𝑦𝑛
SISTEM OTONOMUS LINEAR MULTI-D
Orbit Periodik : 𝒓 = 𝟏
Orbit periodik searah arah jarum jam
Misalkan 𝑟 = 1, 𝛽 = −1 dan nilai awal 𝑥0, 𝑦0 = 1,0 . Berdasarkan persamaan di atas, diperoleh
𝑥1, 𝑦1 = 0, −1 , 𝑥2, 𝑦2 = −1,0 , 𝑥3, 𝑦3 = 0, 1 , dan
𝑥4, 𝑦4 = 1,0 . Terlihat bahwa sistem berbentuk orbit periodik dan searah jarum jam. Sebagai catatan, 𝛼
menentukan arah pergerakan.
𝑥𝑛+1 = 𝛼𝑥𝑛 − 𝛽𝑦𝑛 𝑦𝑛+1 = 𝛽𝑥𝑛 + 𝛼𝑦𝑛
SISTEM OTONOMUS LINEAR MULTI-D
Contoh 1. Uncoupled System 𝑥𝑛+1 = 2𝑥𝑛, 𝑦𝑛+1 = 0.5𝑦𝑛, di mana 𝑥 0 = 𝑥0, 𝑦0 .SISTEM OTONOMUS LINEAR MULTI-D
2. Coupled System
𝑥𝑛+1 = 𝑥𝑛 + 0.5𝑦𝑛, 𝑦𝑛+1 = 𝑥𝑛 + 1.5𝑦𝑛,
SISTEM OTONOMUS LINEAR MULTI-D
Contoh1.
𝒓 = 𝟏, 𝜷 > 𝟎 𝑥𝑛+1 = 𝑦𝑛, 𝑦𝑛+1 = −𝑥𝑛, di mana 𝑥 0 = 𝑥0, 𝑦0 .SISTEM OTONOMUS LINEAR MULTI-D
Contoh 1 𝐴 = 0 1 −1 0 𝜆𝐼 − 𝐴 = 0 𝜆 −1 1 𝜆 = 0 𝜆2 + 1 = 0 𝜆2 = −1 𝜆1,2 = ±𝑖 𝜇1 = 𝑖 𝜇 1 = −𝑖 𝜆 = 𝑖 𝑖 −1 1 𝑖 𝑏1 ↔ 𝑏2 1𝑖 −1𝑖 𝑖𝑏1 + 𝑏2 1 𝑖0 0 𝑤 = 𝑖 −1 = 0−1 + 𝑖 10 𝑄 = 0 1 −1 0 𝑄−1 = 0 −11 0 𝜇1 = 𝑖 𝜇 1 = −𝑖 maka 𝛼 = 0, 𝛽 = 1 𝜃 = tan−1 𝛽 𝛼 = tan−1 ∞ = 90 𝑟 = 𝛼2 + 𝛽2 = 0 + 1 = 1 𝑥𝑛+1 = 𝑦𝑛, 𝑦𝑛+1 = −𝑥𝑛, 𝑥 0 = 𝑥0, 𝑦0SISTEM OTONOMUS LINEAR MULTI-D
𝐷𝑛 = 1𝑛 cos 90𝑛 − sin 90𝑛
sin 90𝑛 cos 90𝑛 = cos 90𝑛 − sin 90𝑛sin 90𝑛 cos 90𝑛 𝑥 𝑛 = 𝑄𝐷𝑛𝑄−1𝑥 0
= 0 1
−1 0 1 cos 90𝑛 − sin 90𝑛sin 90𝑛 cos 90𝑛 0 −11 0
𝑥0 𝑦0 = cos 90𝑛 − sin 90𝑛 sin 90𝑛 cos 90𝑛 𝑥0 𝑦0 𝑥𝑛+1 = 𝑦𝑛, 𝑦𝑛+1 = −𝑥𝑛, 𝑥 0 = 𝑥0, 𝑦0 𝑥𝑛 = 𝑥0 cos 90𝑛 − 𝑦0 sin 90𝑛 𝑦𝑛 = 𝑥0 sin 90𝑛 + 𝑥0 cos 90𝑛
SISTEM OTONOMUS LINEAR MULTI-D
2. 𝒓 > 𝟏, 𝜷 > 𝟎
𝑥𝑛+1 = −𝑥𝑛 + 𝑦𝑛, 𝑦𝑛+1 = −𝑥𝑛 − 𝑦𝑛,
SISTEM OTONOMUS LINEAR MULTI-D
Contoh 2 𝐴 = −1 1 −1 −1 𝜆𝐼 − 𝐴 = 0 𝜆 + 1 −1 1 𝜆 + 1 = 0 (𝜆 + 1)2+1 = 0 𝜆2 + 2𝜆 + 2 = 0 𝜆1,2 = −1 ± 𝑖 𝜇1 = −1 + 𝑖 𝜇 1 = −1 − 𝑖 𝜆 = 𝑖 𝑖 −1 1 𝑖 𝑏1 ↔ 𝑏2 1𝑖 −1𝑖 𝑖𝑏1 + 𝑏2 1 𝑖0 0 𝑤 = 𝑖 −1 = 0−1 + 𝑖 10 𝑄 = 0 1 −1 0 𝑄−1 = 0 −11 0 𝜇1 = −1 + 𝑖, 𝜇 1 = −1 − 𝑖 maka 𝛼 = −1, 𝛽 = 1 𝜃 = tan−1𝛽 𝛼 = tan−1 −1 = 135 𝑟 = 𝛼2 + 𝛽2 = 1 + 1 = 2 𝑥𝑛+1 = −𝑥𝑛 + 𝑦𝑛, 𝑦𝑛+1 = −𝑥𝑛 − 𝑦𝑛, 𝑥 0 = 𝑥0, 𝑦0SISTEM OTONOMUS LINEAR MULTI-D
𝐷𝑛 = 2𝑛 cos 135𝑛 − sin 135𝑛
sin 135𝑛 cos 135𝑛 = cos 135𝑛 − sin 135𝑛sin 135𝑛 cos 135𝑛
𝑥 𝑛 = 𝑄𝐷𝑛𝑄−1𝑥 0 = 0 1 −1 0 2 𝑛 cos 135𝑛 − sin 135𝑛 sin 135𝑛 cos 135𝑛 0 −1 1 0 𝑥0 𝑦0 = 2𝑛 cos 135𝑛 − sin 135𝑛 sin 135𝑛 cos 135𝑛 𝑥0 𝑦0 𝑥𝑛 = 2𝑛𝑥0 cos 135𝑛 − 2𝑛𝑦0 sin 135𝑛 𝑦𝑛 = 2𝑛𝑥0 sin 135𝑛 + 2𝑛𝑥0 cos 135𝑛 𝑥𝑛+1 = −𝑥𝑛 + 𝑦𝑛, 𝑦𝑛+1 = −𝑥𝑛 − 𝑦𝑛, 𝑥 0 = 𝑥0, 𝑦0
dengan
𝑛 = 0,1,2, ….
Bentuk Umum
𝑥 𝑛+1 = 𝐴𝑥 𝑛 + 𝐵
Titik Tetap
Titik tetap dari 𝑥 𝑛+1 = 𝐴𝑥 𝑛 + 𝐵, adalah 𝑥 ∗ ∈ ℝ sedemikian sehingga 𝑥 ∗ = 𝐴𝑥 ∗ + 𝐵, diperoleh
𝑥 ∗ = 𝐼 − 𝐴 −1𝐵, jika 𝐼 − 𝐴 ≠ 0.
SISTEM OTONOMUS LINEAR MULTI-D
SISTEM OTONOMUS LINEAR MULTI-D
Lemma 4. Jika matriks 𝐴𝑘×𝑘 mempunyai 𝑘 2 nilai eigen kompleks kembar, 𝜇, 𝜇 , 𝜇, 𝜇 , ⋯ , 𝜇, 𝜇
dimana 𝜇 ≡ 𝛼 + 𝑖𝛽 dan 𝜇 ≡ 𝛼 − 𝑖𝛽, maka ada matriks non singular 𝑄𝑘×𝑘 sedemikian sehingga
𝐴 = 𝑄𝐷𝑄−1,
di mana 𝐷 matriks diagonal
𝐷 = 𝛼 −𝛽 𝛽 𝛼 0 00 0 1 0 0 1 𝛼 −𝛽 𝛽 𝛼 … … ⋯ ⋯… … … … 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 00 1 ⋱ ⋱ ⋱ ⋱ 0 00 0 0 0 0 0 0 00 0 … … … … 𝛼 −𝛽𝛽 𝛼 , 𝑄 = 𝑣 𝑤 ⋯ 𝑣 𝑤 dan 𝐴𝑄 = 𝑄𝐷, 𝑖 = 1, 2, … , 𝑛.
SISTEM OTONOMUS LINEAR MULTI-D
𝐷𝑛= 𝑟𝑛cos 𝑛𝜃 −𝑟𝑛sin 𝑛𝜃 𝑟𝑛sin 𝑛𝜃 𝑟𝑛cos 𝑛𝜃 0 00 0 𝑛𝑟𝑛−1cos 𝑛 − 1 𝜃 −𝑛𝑟𝑛−1sin 𝑛 − 1 𝜃 𝑛𝑟𝑛−1sin 𝑛 − 1 𝜃 𝑛𝑟𝑛−1cos 𝑛 − 1 𝜃 𝑟 𝑛cos 𝑛𝜃 −𝑟𝑛sin 𝑛𝜃 𝑟𝑛sin 𝑛𝜃 𝑟𝑛cos 𝑛𝜃 … … ⋯ ⋯… … … … 0 0 0 0 0 0 0 0 𝑛 𝑛 − 1 𝑟𝑛−2cos 𝑛 − 2 𝜃 2! − 𝑛 𝑛 − 1 𝑟𝑛−2sin 𝑛 − 2 𝜃 2! 𝑛 𝑛 − 1 𝑟𝑛−2sin 𝑛 − 2 𝜃 2! 𝑛 𝑛 − 1 𝑟𝑛−2cos 𝑛 − 2 𝜃 2! 𝑛𝑟𝑛−1cos 𝑛 − 1 𝜃 −𝑛𝑟𝑛−1sin 𝑛 − 1 𝜃 𝑛𝑟𝑛−1sin 𝑛 − 1 𝜃 𝑛𝑟𝑛−1cos 𝑛 − 1 𝜃 ⋱ ⋱⋱ ⋱ 0 00 0 ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⋮⋮ ⋮ … … … … 𝑟 𝑛cos 𝑛𝜃 −𝑟𝑛sin 𝑛𝜃 𝑟𝑛sin 𝑛𝜃 𝑟𝑛cos 𝑛𝜃 , 𝑥𝑛+1 = 𝑛−1 𝑟𝑛−𝑘 𝑛𝑘 cos 𝑛 − 𝑘 𝜃𝑥0 − sin 𝑛 − 𝑘 𝜃𝑦0 𝑘=0 𝑦𝑛+1 = 𝑛−1 𝑟𝑛−𝑘 𝑛𝑘 sin 𝑛 − 𝑘 𝜃𝑥0 − cos 𝑛 − 𝑘 𝜃𝑦0 𝑘=0SISTEM OTONOMUS LINEAR MULTI-D
Teorema 4
Titik tetap dari 𝑥𝑛+1 = 𝐴𝑥𝑛 + 𝐵 dengan 𝐴 mempunyai 𝑘 2 pasang
𝜇, 𝜇 , 𝜇, 𝜇 , ⋯ , 𝜇, 𝜇 nilai eigen imajiner kembar, dimana 𝜇 ≡ 𝛼 + 𝑖𝛽
dan𝜇 ≡ 𝛼 − 𝑖𝛽 stabil global jika dan hanya jika
SDD OTONOMUS NON-LINEAR
MULTI-D
𝑥 𝑛+1 = 𝑓 𝑥 𝑛 , dengan 𝑛 = 0,1,2, … . Bentuk Umum Solusinya adalah 𝑥 1 = 𝑓 𝑥 0 𝑥 2 = 𝑓 𝑥 1 = 𝑓 𝑓 (𝑥 0) = 𝑓 2 𝑥 0 ⋮ 𝑥 𝑛 = 𝑓 𝑛 𝑥 0 Solusi SistemSDD OTONOMUS NON-LINEAR
MULTI-D
Titik Tetap
Titik tetap dari 𝑥 𝑛+1 = 𝑓 𝑥 𝑛 , adalah 𝑥∗ ∈ ℝ sedemikian sehingga 𝑥 ∗ = 𝑓 𝑥 ∗ . Linearisasi Hasil linearisasi: 𝑥 𝑛+1 = 𝑈𝑥 𝑛 + 𝑉, dengan 𝑈 = 𝑓 ′ 𝑥 ∗ dan 𝑉 = 𝑓 𝑥 ∗ − 𝑓 ′ 𝑥 ∗ 𝑥 ∗ Kestabilan
SDD Linear 1D
Bentuk: 𝑥𝑛+1 = 𝑎𝑥𝑛 + 𝑏 Titik Tetap: 𝑥∗ = 𝑏
1−𝑎
Titik tetap 𝑥∗ stabil global ⟺ 𝑎 < 1
SDD Non-Linear 1D
Bentuk: 𝑥𝑛+1 = 𝑓 𝑥𝑛 Titik Tetap: 𝑥∗ = 𝑓 𝑥∗
Titik tetap 𝑥∗ stabil lokal ⟺ 𝑓′ 𝑥∗ < 1
KESIMPULAN
SDD Linear Multi-D
Bentuk: 𝑥 𝑛+1 = 𝐴𝑥 𝑛 + 𝐵
Titik Tetap: 𝑥 ∗ = 𝐼 − 𝐴 −1𝐵 Kestabilan untuk kasus 2-D:
Nilai Eigen Positif
• Stabil: 0 < 𝜆1 < 𝜆2 < 1. • Saddle: 0 < 𝜆1 < 1 < 𝜆2.
• Source: 1 < 𝜆1 < 𝜆2
1. Nilai Eigen Berbeda
Nilai Eigen Negatif
• Stabil (Osilasi Konvergen) : −1 < 𝜆1 < 𝜆2 < 0.
• Saddle (Osilasi Konvergen/Divergen) : 𝜆1 < −1 < 𝜆2 < 0. • Source (Osilasi Divergen) : 𝜆1 < 𝜆2 < −1
• Fokus (Stabil): 0 < 𝜆1 = 𝜆2 < 1.
• Fokus (Osilasi Konvergen): −1 < 𝜆1 = 𝜆2 < 0.
• Improper (Stabil): 0 < 𝜆 < 1. • Improper (Source): 𝜆 > 1. • Continuum Unstable: 𝜆 = 1.
2. Nilai Eigen Kembar
KESIMPULAN
• Periodik Tertutup: 𝑟 = 1.
1. 𝛽 > 0 Berlawanan Arah Jarum Jam 2. 𝛽 < 0 Searah Jarum Jam
• Spiral Masuk (Stabil Asimtotik) : 𝑟 < 1.
1. 𝛽 > 0 Berlawanan Arah Jarum Jam 2. 𝛽 < 0 Searah Jarum Jam
• Spiral Keluar (Tak Stabil) : 1 < 𝑟.
1. 𝛽 > 0 Berlawanan Arah Jarum Jam 2. 𝛽 < 0 Searah Jarum Jam
SDD Non-Linear Multi-D
Bentuk: 𝑥 𝑛+1 = 𝑓 𝑥 𝑛 Titik Tetap: 𝑥 ∗ = 𝑓 𝑥 ∗
Kestabilan titik tetap 𝑥 ∗ sama seperti SDD Linear Multi-D