SKRIPSI ANALISIS KESTABILAN DAN… LISTA A.B Lampiran 1 : Perhitungan Basic Reproduction Ratio(𝑹𝟎)
Pandang matriks 𝔽 = [𝑟𝛽𝑆 𝛽𝑆0 0 ], dengan mensubstitusikan titik setimbang bebas
penyakit 𝑆 =𝜇+𝑣𝐴 , maka akan didapatkan matriks 𝔽 = [𝑟𝛽𝐴𝜇+𝑣 𝛽𝐴 𝜇+𝑣
0 0 ]
Kemudian pandang matriks 𝕍 = [(𝑏 + 𝜇)−𝑏 (𝜇 + 𝛼)]0 yang selanjutnya akan dicari invers dari matriks 𝕍 yaitu
𝕍−1= 1
SKRIPSI ANALISIS KESTABILAN DAN… LISTA A.B
𝑝 =(𝜇 + 𝑣)(𝜇 + 𝑏)(𝜇 + 𝛼) 𝑟(𝜇 + 𝛼) + 𝛽𝐴𝑏
𝑞 = (𝜇 + 𝑣)(𝜇 + 𝛼)𝛽𝐴
Dari sini didapatkan nilai eigen terbesar matriks 𝔽𝕍−1 adalah 𝛽𝐴𝑝 ,dengan
𝑝 =(𝜇 + 𝑣)(𝜇 + 𝑏)(𝜇 + 𝛼) 𝑟(𝜇 + 𝛼) + 𝛽𝐴𝑏
Selanjutnya dapat disimpulkan bahwa
SKRIPSI ANALISIS KESTABILAN DAN… LISTA A.B Lampiran 2 : Perhitungan Titik Setimbang Endemik 𝑲𝟏
Pandang persamaan (4.4) 𝑣𝑆∗− 𝜇𝑉∗ = 0
⇔ 𝑣𝑆∗ = 𝜇𝑉∗
⇔ 𝑉∗ = 𝑣𝑆∗
𝜇 (1) Pandang Persamaann (4.3)
𝑏𝐸∗− (𝜇 + 𝛼)𝐼∗ = 0
⇔ 𝑏𝐸∗ = (𝜇 + 𝛼)𝐼∗
⇔(𝜇 + 𝛼) = 𝐼𝑏𝐸∗ ∗ (2)
Dengan mensubstitusikan persamaan (2) ke persamaan (4.2) diperoleh 𝛽𝑆∗𝐼∗+ 𝑟𝛽𝑆∗𝐸∗− (𝑏 + 𝜇)𝐸∗= 0
⇔ 𝛽𝑆∗𝐼∗( 𝑏𝐸∗
𝜇 + 𝛼) + 𝑟𝛽𝑆∗𝐸∗− (𝑏 + 𝜇)𝐸∗ = 0
⇔ 𝑆∗(𝛽 ( 𝑏𝐸∗
𝜇 + 𝛼) + 𝑟𝛽𝐸∗) = (𝑏 + 𝜇)𝐸∗
⇔ 𝑆∗= (𝑏 + 𝜇)𝐸∗
𝐸∗[ 𝛽𝑏
𝜇 + 𝛼 + 𝑟𝛽]
⇔ 𝑆∗= 𝑏 + 𝜇
𝛽 ( 𝑏𝜇 + 𝛼 + 𝑟)
⇔ 𝑆∗= 𝑏 + 𝜇
𝛽 (𝑏 + 𝑟(𝜇 + 𝛼)𝜇 + 𝛼 )
⇔ 𝑆∗= (𝑏 + 𝜇)(𝜇 + 𝛼)
SKRIPSI ANALISIS KESTABILAN DAN… LISTA A.B Misalkan
𝑧4 = 𝑏 + 𝜇
𝑧5 = 𝜇 + 𝛼
dengan demikian diperoleh 𝑆∗ =𝑧1𝑧4
𝛽𝑧2
Mensubstitusikan persamaan (3) dan persamaan (2) ke persamaan (4.1) sehingga diperoleh
𝑑𝑆∗
𝑑𝑡 = 𝐴 − 𝛽𝑆∗𝐼∗− 𝑟𝛽𝑆∗𝐸∗− (𝜇 + 𝑣)𝑆∗= 0
⇔ 𝐴 − 𝛽 (𝑏𝛼+𝑏𝜇+𝜇𝛽(𝑏+𝑟𝜇+𝑟𝛼)2+𝜇𝛼) (𝜇+𝛼𝑏𝐸∗) −𝑟𝛽(𝑏𝛼+𝑏𝜇+𝜇𝛽(𝑏+𝑟𝜇+𝑟𝛼)2+𝜇𝛼)𝐸∗− (𝜇 +
𝑣) (𝑏𝛼+𝑏𝜇+𝜇𝛽(𝑏+𝑟𝜇+𝑟𝛼)2+𝜇𝛼) = 0
⇔ 𝐴 −(𝑏𝛼+𝑏𝜇+𝜇(𝑏+𝑟𝜇+𝑟𝛼)(𝜇+𝛼)2+𝜇𝛼)𝑏𝐸∗− (𝜇 + 𝑣) (𝑏𝛼+𝑏𝜇+𝜇𝛽(𝑏+𝑟𝜇+𝑟𝛼)2+𝜇𝛼) = 0
⇔ 𝐴 −(𝑏+𝑟𝜇+𝑟𝛼)(𝜇+𝛼)(𝑏+𝜇)(𝜇+𝛼)𝑏𝐸∗ − (𝜇 + 𝑣) (𝑏𝛼+𝑏𝜇+𝜇𝛽(𝑏+𝑟𝜇+𝑟𝛼)2+𝜇𝛼) = 0
⇔ 𝐴 − 𝐸∗[(𝑏+𝜇)𝑏+𝑟(𝑏𝛼+𝑏𝜇+𝜇2+𝜇𝛼)
(𝑏+𝑟𝜇+𝑟𝛼) ] − (𝜇 + 𝑣) (
𝑏𝛼+𝑏𝜇+𝜇2+𝜇𝛼
𝛽(𝑏+𝑟𝜇+𝑟𝛼) ) = 0
⇔ −𝐸∗[(𝑏+𝜇)𝑏+𝑟(𝑏𝛼+𝑏𝜇+𝜇2+𝜇𝛼)
𝑏+𝑟𝜇+𝑟𝛼 ] = (𝜇 + 𝑣) (
𝑏𝛼+𝑏𝜇+𝜇2+𝜇𝛼
𝛽(𝑏+𝑟𝜇+𝑟𝛼) ) − 𝐴
⇔ −𝐸∗[(𝑏2+𝜇𝑏+𝑟𝑏𝛼+𝑟𝑏𝜇+𝑟𝜇2+𝑟𝜇𝛼)
𝑏+𝑟𝜇+𝑟𝛼 ] =
𝜇𝑏𝛼+𝑏𝜇2+𝜇3+𝜇2𝛼+𝑣𝑏𝛼+𝑣𝑏𝜇+𝑣𝜇2+𝑣𝜇𝛼
𝛽(𝑏+𝑟𝜇+𝑟𝛼) − 𝐴
⇔ −𝐸∗[(𝑏2+𝜇𝑏+𝑟𝑏𝛼+𝑟𝑏𝜇+𝑟𝜇2+𝑟𝜇𝛼)
𝑏+𝑟𝜇+𝑟𝛼 ] =
𝜇𝑏𝛼+𝑏𝜇2+𝜇3+𝜇2𝛼+𝑣𝑏𝛼+𝑣𝑏𝜇+𝑣𝜇2+𝑣𝜇𝛼−𝐴𝛽𝑏−𝐴𝛽𝑟𝜇−𝐴𝛽𝑟𝛼
SKRIPSI ANALISIS KESTABILAN DAN… LISTA A.B ⇔ −𝐸∗ =
[𝜇𝑏𝛼+𝑏𝜇2+𝜇3+𝜇2𝛼+𝑣𝑏𝛼+𝑣𝑏𝜇+𝑣𝜇𝛽(𝑏+𝑟𝜇+𝑟𝛼)2+𝑣𝜇𝛼−𝐴𝛽𝑏−𝐴𝛽𝑟𝜇−𝐴𝛽𝑟𝛼] [(𝑏2+𝜇𝑏+𝑟𝑏𝛼+𝑟𝑏𝜇+𝑟𝜇(𝑏+𝑟𝜇+𝑟𝛼) 2+𝑟𝜇𝛼)]
𝐸∗ = −𝜇𝑏𝛼+𝑏𝜇2+𝜇3+𝜇2𝛼+𝑣𝑏𝛼+𝑣𝑏𝜇+𝑣𝜇2+𝑣𝜇𝛼−𝐴𝛽𝑏−𝐴𝛽𝑟𝜇−𝐴𝛽𝑟𝛼
𝛽(𝑏2+𝜇𝑏+𝑟𝑏𝛼+𝑟𝑏𝜇+𝑟𝜇2+𝑟𝜇𝛼) (4)
Misalkan
𝑧2 = 𝑏 + 𝑟𝜇 + 𝑟𝛼
𝑧3 = 𝛼 + 𝜇 + 𝑣
𝑧4 = 𝑏 + 𝜇
dengan demikian diperoleh
𝐸∗ = 𝐴𝛽𝑧2− 𝑣𝑏𝑧4− 𝑧3𝑧4𝜇
𝛽𝑧2𝑧4
Syarat 𝐸∗ eksis atau 𝐸∗ > 0 adalah
𝐴𝛽𝑧2
𝑣𝑏𝑧4+ 𝑧3𝑧4𝜇 > 0
dengan mensubstitusikan persamaan (4) ke persamaan (2) diperoleh 𝐼∗ = −𝑏(𝜇𝑏𝛼+𝑏𝜇2+𝜇3+𝜇2𝛼+𝑣𝑏𝛼+𝑣𝑏𝜇+𝑣𝜇2+𝑣𝜇𝛼−𝐴𝛽𝑏−𝐴𝛽𝑟𝜇−𝐴𝛽𝑟𝛼)
𝛽(𝑏2+𝜇𝑏+𝑟𝑏𝛼+𝑟𝑏𝜇+𝑟𝜇2+𝑟𝜇𝛼)(𝜇+𝛼) (5)
Misalkan 𝑧1 = 𝜇 + 𝑏 + 𝑣
𝑧2 = 𝑏 + 𝑟𝜇 + 𝑟𝛼
𝑧3 = 𝛼 + 𝜇 + 𝑣
𝑧4 = 𝑏 + 𝜇
dengan demikian diperoleh
𝐼∗ =𝑏(𝐴𝛽𝑧2− 𝑧3𝑧4𝜇 − 𝑣𝛼𝑧4)
SKRIPSI ANALISIS KESTABILAN DAN… LISTA A.B dengan
𝑠1 = 2𝜇𝑟𝛼 + 𝜇2𝑟 + 𝛼𝑏 + 𝑟𝛼2
Syarat 𝐼∗ eksis atau 𝐼∗ > 0 adalah
𝐴𝛽𝑏𝑧2
𝑏(𝑧3𝑧4𝜇 + 𝑣𝛼𝑧4) > 0
Dengan mensubstitusikan persamaan (3) ke persamaan (1) diperoleh
𝑉∗ =𝑣(𝜇(𝛼 + 𝑏 + 𝜇) + 𝑏𝛼)
𝜇𝛽(𝑏 + 𝑟𝜇 + 𝑟𝛼) Misalkan
𝑧1 = 𝜇 + 𝑏 + 𝛼
𝑧2 = 𝑏 + 𝑟𝜇 + 𝑟𝛼
dengan demikian diperoleh
𝑉∗ = 𝑣(𝑧1𝜇 + 𝑏𝛼)
SKRIPSI ANALISIS KESTABILAN DAN… LISTA A.B Lampiran 3 : Perhitungan Persamaan Karakteristik pada Titik Setimbang
SKRIPSI ANALISIS KESTABILAN DAN… LISTA A.B 𝐴3 = 𝑥2𝜇2+ 𝑥6𝜇 + 𝑥10− (𝑥3(𝜇2+ 𝑥7) + 𝑥5𝑥9)
dengan, 𝑥1 = 3𝜇
𝑥2 = 𝑣 + 𝑏 + 𝛼
𝑥3 = 𝜇 + 𝑣 𝑟𝛽𝐴
𝑥4 = 3𝜇2
𝑥5 = 𝜇 + 𝑣 𝛽𝐴𝑏
𝑥6 = 𝑣𝑏 + 𝑏𝛼 + 𝑣𝛼
𝑥7 = 𝜇𝛼 + 𝑣𝜇 + 𝑣𝛼
𝑥8 = 2𝜇 + 𝑣 + 𝛼
𝑥9 = 𝜇 + 𝑣
𝑥10 = 𝑣𝑏𝛼 + 𝜇3
dengan demikian diperoleh persamaan karakteristik sebagai berikut : (𝜇 + 𝜆)(𝜆3+ 𝜆2𝐴
SKRIPSI ANALISIS KESTABILAN DAN… LISTA A.B Lampiran 4 : Perhitungan Persamaan Karakteristik pada Titik Setimbang
Endemik (𝑲𝟏)
Dari matriks 𝐽𝐾1 Pada subbab 2 dapat dibentuk persamaan karakteristik dengan menggunakan det (𝐽𝐾1− 𝜆𝐼) = 0
𝐽𝐾1 = (
𝑃1− 𝜇 − 𝑣 − 𝜆 −𝑟𝛽𝑃2
−𝑃1 𝑟𝛽𝑃2− 𝛽 − 𝜇 − 𝜆
−𝛽𝑃2 0
𝛽𝑃2 0
0 𝑏
𝑣 0 −𝜇 − 𝛼 − 𝜆0 −𝜇 − 𝜆0
) = 0
misalkan 𝑃1 = 𝑐 + 𝑑
𝑃2 = 𝑒
dengan
𝑐 = 𝛽𝑏(𝐴𝛽𝑧𝛽(𝜇𝑏𝑧2− 𝑧4𝑧3𝜇 − 𝑣𝛼𝑧4)
1+ 𝑠1𝑧4)
untuk 𝑠1 = 2𝜇𝑟𝛼 + 𝜇2𝑟 + 𝛼𝑏 + 𝑟𝛼2
𝑑 = 𝑟𝛽(𝐴𝛽𝑧2− 𝑧𝛽𝑧3𝑧4− 𝑣𝛼𝑧4)
2𝑧4
𝑒 =𝑧𝛽𝑧1𝑧4
2
dengan
𝑧1 = 𝜇 + 𝑏 + 𝑣
𝑧2 = 𝑏 + 𝑟𝜇 + 𝑟𝛼
𝑧3 = 𝛼 + 𝜇 + 𝑣
𝑧4 = 𝑏 + 𝜇
SKRIPSI ANALISIS KESTABILAN DAN… LISTA A.B ⇔ −(𝜇 + 𝜆) ((−𝑏) (((𝑃1− 𝜇 − 𝑣 − 𝜆)(𝛽𝑃2) − (−𝑃1)(−𝛽𝑃2))) + (−𝜇 − 𝛼 −
𝜆) (((𝑃1− 𝜇 − 𝑣 − 𝜆)(𝑟𝛽𝑃2− 𝛽 − 𝜇 − 𝜆) − (−𝑟𝛽𝑃2)(−𝑃1)))) = 0
⇔ −(𝜇 + 𝜆)((𝑏𝛽𝑃2𝜇 + 𝑏𝛽𝑃2𝑣 + 𝑏𝛽𝑃2𝜆) + (−𝜆3+ 𝜇2𝑟𝛽𝑃2+ 𝜆2𝑟𝛽𝑃2+
𝜇𝑣𝑟𝛽𝑃2 + 2𝜇𝜆𝛽𝑟𝑃2+ 𝛼𝜇𝑟𝛽𝑃2+ 𝛼𝑣𝑟𝛽𝑃2+ 𝛼𝜆𝑟𝛽𝑃2+ 𝜆𝑣𝑟𝛽𝑃2− 𝜇3− 2𝜇𝑣𝜆 −
2𝜇𝜆𝛽 − 𝛼𝑣𝜇 − 𝛼𝑣𝜆 − 𝛼𝜇𝛽 − 𝛼𝑣𝛽 + 2𝜇𝑃1𝜆 + 𝜆𝑃1𝛽 + 𝜇𝑃1𝛽 + 𝛼𝑃1𝜇 − 𝜆𝑣𝛽 −
2𝛼𝜇𝜆 − 𝛼𝜆𝛽 + 𝛼𝑃1𝛽 − 𝜇𝑣 𝛽 + 𝛼𝑃1𝜆 + 𝑃1𝜇2− 𝜇2𝛽 − 3𝜇2𝜆 − 𝑣𝜇2− 3𝜇𝜆2−
𝛼𝜇2− 𝛼𝜆2+ 𝑃
1𝜆2− 𝑣𝜆2− 𝜆2𝛽 = 0
⇔ 𝜇4+ 𝜆4− 𝜇3𝑟𝛽𝑃
2 + 2𝜇𝛼𝑣𝜆 + 𝜇𝛼𝑣𝛽 − 2𝜇𝜆𝑃1𝛽 + 2𝜇𝜆𝑣𝛽 + 2𝜇𝛼𝜆𝛽 −
𝜇𝛼𝑃1𝛽 − 2𝜇𝛼𝑃1𝜆 − 𝑏𝛽𝑃2𝜆2− 𝜆3𝑟𝛽𝑃2+ 𝜆𝛼𝑣𝛽 − 𝜆𝛼𝑃1𝛽 − 2𝜇𝑏𝛽𝑃2𝜆 −
3𝜇𝜆2𝑟𝛽𝑃
2− 𝜇2𝑣𝑟𝛽𝑃2− 3𝜇2𝜆𝑟𝛽𝑃2− 𝛼𝜇2𝑟𝛽𝑃2− 𝜆𝑏𝛽𝑃2𝑣 − 𝛼𝜆2𝑟𝛽𝑃2−
𝜆2𝑣𝑟𝛽𝑃
2− 𝜇𝛼𝑣𝑟𝛽𝑃2− 2𝜇𝛼𝜆𝑟𝛽𝑃2− 2𝜇𝜆𝑣𝑟𝛽𝑃2− 𝜆𝛼𝑣𝑟𝛽𝑃2− 𝑏𝛽𝑃2𝜇2−
𝜇𝑏𝛽𝑃2𝑣 + 3𝛼𝜇2𝜆 − 3𝜇𝑃1𝜆2+ 3𝜇𝑣𝜆2− 3𝜇2𝑃1𝜆 − 𝜇2𝑃1𝛽 + 𝜆2𝑣𝛽 + 𝛼𝜆2𝛽 +
3𝜇2𝑣𝜆 + 𝛼𝑣𝜆2+ 𝛼𝜇2𝛽 + 3𝜇2𝜆𝛽 − 𝛼𝑃
1𝜆2 + 𝜇2𝑣𝛽 − 𝜆2𝑝1𝛽 + 3𝜇𝛼𝜆2− 𝛼𝑃1𝜇2+
3𝜇𝜆2𝛽 + 𝛼𝑣𝜇2+ 3𝜇𝜆3 − 𝑃
1𝜇3+ 𝜇3𝛽 + 4𝜇3𝜆 + 𝑣𝜇3 + 6𝜇2𝜆2+ 𝛼𝜇3+ 𝛼𝜆3−
𝑃1𝜆3+ 𝑣𝜆3+ 𝜆3𝛽
⇔ 𝜆4+ 𝜆3(𝛼 − 𝑃
1+ 𝑣 + 𝛽 + 4𝜇 − 𝑟𝛽𝑃2) + 𝜆2(6𝜇2+ 𝛼𝑣 − 𝛼𝑃1− 𝑃1𝛽 +
3𝜇𝛼 + 3𝜇𝛽 − 3𝜇𝑃1+ 3𝜇𝑣 + 𝑣𝛽 + 𝛼𝛽 − 𝛼𝑟𝛽𝑃2𝜇2− 𝑣𝑟𝛽𝑃2− 𝑏𝑃2𝛽 −
3𝜇𝑟𝛽𝑃2) + 𝜆(2𝜇𝛼𝑣 − 2𝜇𝑃1+ 2𝜇𝑣𝛽 + 2𝜇𝛼𝛽 − 2𝜇𝛼𝑃1+ 𝛼𝑣𝛽 − 𝛼𝑃1𝛽 −
2𝜇𝑏𝛽𝑃2− 3𝜇2𝑟𝛽𝑃2− 𝑏𝛽𝑃2𝑣 − 2𝜇𝛼𝑟𝛽𝑃2− 2𝜇𝑣𝑟𝛽𝑃2− 𝛼𝑣𝑟𝛽𝑃2+ 3𝛼𝜇2−
3𝜇2𝑃
SKRIPSI ANALISIS KESTABILAN DAN… LISTA A.B 𝛼𝜇2𝑟𝛽𝑃
2− 𝑏𝛽𝑃2𝜇2− 𝜇𝑏 𝛽𝑃2𝑣 − 𝜇2𝑃1𝛽 + 𝛼𝜇2𝛽 + 𝜇2𝑣𝛽 − 𝛼𝑃1𝜇2+ 𝛼𝑣𝜇2−
𝑃1𝜇3+ 𝜇3𝛽 + 𝑣𝜇3+ 𝛼𝜇3− 𝜇𝛼𝑣𝑟𝛽𝑃2
Misalkan
𝐿1 = 𝛼 − +𝑣 + 𝛽 + 4𝜇
𝐿2 = 3𝜇𝑣 + 𝑣𝛽 + 𝛼𝛽 + 3𝜇𝛽 + 3𝜇𝛼 + 6𝜇2 + 𝛼𝑣
𝐿3 = 2𝜇𝛼𝑣 + 2𝜇𝑣𝛽 + 2𝜇𝛼𝛽 + 𝛼𝑣𝛽 + 3𝛼𝜇2+ 3𝜇2𝑣 + 3𝜇2𝛽 + 4𝜇3
𝐿4 = 𝜇4+ 𝜇𝛼𝑣𝛽 + 𝛼𝜇2𝛽 + 𝜇2𝑣𝛽 + 𝛼𝑣𝜇2+ 𝜇3𝛽 + 𝑣𝜇3+ 𝛼𝜇3
𝑌1 = −3𝜇 − 𝛽 − 𝛼
𝑌2 = −𝑏𝛽 − 2𝜇𝑟𝛽 − 𝛼𝑟𝛽 − 𝑣𝑟𝛽
𝑌3 = −2𝜇𝛽 − 2𝜇𝛼 − 𝛼𝛽 − 3𝜇2
𝑌4 = −2𝜇𝑏𝛽 − 3𝜇2𝛽𝑟 − 𝑏𝛽𝑣 − 2𝜇𝛼𝑟𝛽 − 2𝜇𝑣𝑟𝛽 − 𝛼𝑣𝑟𝛽
𝑌5 = −𝜇𝛼𝛽 − 𝜇2𝛽 − 𝜇3− 𝛼𝜇2
𝑌6 = −𝜇3𝑟𝛽 − 𝜇2𝑣𝑟𝛽 − 𝛼𝜇2𝑟𝛽 − 𝜇𝛼𝑣𝑟𝛽 − 𝑏𝛽𝜇2− 𝜇𝑏𝛽𝑣
Sehingga diperoleh persamaan karakteristik sebagai berikut : 𝜆4+ 𝜆3𝑄
1+ 𝜆2𝑄2+ 𝜆𝑄3+ 𝑄4 = 0
dengan.
𝑄1 = −𝑃1− 𝑟𝛽𝑃2+ 𝑍1
𝑄2 = 𝑃1𝑌1+ 𝑃2𝑌2+ 𝑍2
𝑄3 = 𝑃1𝑌3 + 𝑃2𝑌4+ 𝑍3
SKRIPSI ANALISIS KESTABILAN DAN… LISTA A.B Lampiran 5 : Kode Program Matlab Grafik Bidang Fase Pada Titik
Setimbang Endemik 𝑲𝟏
Fungsi Model
function dy = modelbedafase (t,y)
dy=zeros(4,1);
Parameter, Nilai Ro dan Plot
clc;
plot(y11(:,2),y11(:,3),'m', y12(:,2),y12(:,3),'g', y13(:,2),y13(:,3),'b');
legend('600,230,220,650','650,235,225,619','550,220,225,650'); xlabel('E');