DAFTAR ISI
BAB I DERET
BAB II BILANGAN KOMPLEK BAB III ANALISIS VEKTOR BAB IV ANALISIS KOMPLEK
BAB V TRANSFORMASI LAPLACE BAB VI PERSAMAAN DIFERENSIAL BAB VII DERET FOURIER
BAB VIII FUNGSI GAMMA, BETA, DAN INTEGRAL ELLIPTIK BAB IX TRANSFORMASI KOORDINAT
BAB X PERSAMAAN DIFERENSIAL LEGENDRE, BESSEL, HERMITE DAN LAGUERE.
BAB I
DERET
Uji banding (comparison test)
1. Jika suku demi suku dari deret un an, dimana a adalah deret konvergen n maka deret u juga konvergen. n
n
a = deret geometri
2. Jika suku demi suku deret vn bn, dimana b membentuk deret divergen, n maka deret v juga divergen. n
n
b =deret harmonic
Uji Integral
Diandaikan deret positif
~
1
n n
a yang suku-sukunya memenuhi sifat
n n a
a 1 . Jika dapat ditentukan fungsi positif f(n) yang turun untuk n1 dan
n a n
f( ) maka deret yang diberikan akan konvergen jika integral
~
1
). ( I f n dn
berhingga(finite). Sebaliknya integral
~
1
). (
I f n dn tak hingga (infinite) maka deret
divergen.
Uji Rasio
Rasio suku ke- n
n n n a a 1
Informasi konvergensi n n ~ lim Jika
a. 1, maka deret itu konvergen b. 1, maka deret itu divergen
c. 1, boleh jadi konvergen/divergen(harus di uji dengan metode lain)
Uji Pembanding Khusus Deret yang di uji
~ 1 n n a S Deret pembanding a. Konvergen
~ 1 n n b B b. Divergen
~ 1 n n d D Aturan 1. Jika
~ 1 n nb adalah deret positif dan konvergen an 0. Jika n n b a bernilai berhingga maka
~ 1 n n aS adalah deret konvergen.
2. Jika
~ 1 n nd adalah deret positif divergen an 0, jika 0 ~ n n d a , maka
~ 1 n n aS adalah deret divergen. Uji Konvergensi Deret Bolak-balik
1. Jika semua suku dianggap positif tetapi S konvergen maka disebut deret konvergen mutlak (konvergen absolut)
2. Semua suku diambil absolutnya sehingga S adalah deret divergen maka S boleh jadi divergen atau konvergen, perlu diuji lagi dengan metode lain Teorema untuk menguji konvergensi deret bolak-balik
Teorema “ Sebuah deret bolak-balik disebut konvergen bila nilai mutlak deret itu
berkurang secara tunak menuju nol, dan bila an1 an serta 0 ~ lim
an
n Aturan yang berkaitan dengan konvergensi sebuah deret
1. Konvergensi/divergensi sebuah deret tidak berubah oleh pengalian dengan tetapan, namun dapat berubah oleh penjumlahan
2. Jika
~ 1 ~ 1 dan n n n n ba keduanya diketahui konvergen maka operasi
penjumlahan dan pengurangan dari kedua deret itu menghasilkan deret baru yang konvergen juga.
3. Deret konvergen mutlak, bila suku-sukunya disusun kembali maka tidak akan mengubah konvergensi deret tersebut.
konvergensi mutlak deret
a dikatakan konvergen mutlak jika deret nilai n mutlaknya
a konvergen. nUji Akar Cauchy
~ 1 ~ lim n n n n a n c a 1 c konvergen 1 c konvergen 1c uji akar Cauchy tidak memberikan kesimpulan Deret Taylor
~ 0 ! n n n n a x a f x f n n a a a a a x a n f a x f a x f a x f f x f ( ) ! .... ) ( ! 3 '' ' ) ( ! 2 ' ' ) ( ' ) ( ( ) ( ) ( ) 2 ( ) ( ) Deret MaclaurinMerupakan deret Taylor dengan a0
~ 0 ! 0 n n n n x f x f n n x n f x f x f x f f x f ! ... ! 3 ' '' ! 2 ' ' ' ) ( (0) (0) (0) 2 (0) 3 (0)Deret Maclaurin dari berbagai fungsi
Fungsi Deret Maclaurin
x sin ... ! 7 ! 5 ! 3 7 5 3 x x x x x cos ... ! 6 ! 4 ! 2 1 6 4 2 x x x x e ... ! 3 ! 2 1 3 2 x x x x e ... ! 3 ! 2 1 3 2 x x x
1x
ln ... 4 3 2 4 3 2 x x x x Deret Binomial Newton
... ! 3 2 1 ! 2 1 1 1x p px p p x2 p p p x3 BAB II
BILANGAN KOMPLEK
iy x z dan iy x z z* Modulus z r zz Sifat-sifat modulus 2 1 2 1z z z z dan 2 1 2 1 z z z z Jika rz xiy dt dz dt z d dt dz v 2 2 dt z d a Impedansi C L i R Z 12 2 1 C L R Z Deret Geometri
r r a S n n 1 1 i re z in n n e r z
n i n iei 2 cos sin n cos sin
n
i
n
r
e
r
re
z
i n n i n n n
sin
cos
1 1 1BAB III
ANALISIS VEKTOR
A
A A A CURL DIV A GRAD CURL B A A B B A A B B A B A B A A B A B B A B A A B B A A A A A A A 2 2 ) ( 0 ) ( 0 Integral garis :
2
1 p p CA dr CAxdx Aydy Azdz r d A Integral permukaan
S S n k dxdy n A da n A a d A ˆ ˆ ˆ Catatan khusus untuk integrasi permukaan 1. Parameter dalam koordinat kartesius
k n dxdy da ˆ
2. Parameter dalam koordinat silinder
xi yj
d dz adA
nˆ dengan a = jari-jari 3. Parameter dalam koordinat bola
xi yj zk
a dddA
nˆ sin
Teorema Divergensi Gauss
V S dS n A dV A ˆ Teorema Stokes
C S dS n A r d A ˆ
C
R dxdy y M x N Ndy MdxBAB IV
ANALISIS KOMPLEK
Persamaan Cauchy Rieman dalam koordinat orthogonal/kartesius
y v x u dan y u x v
Persamaan Cauchy Rieman dalam koordinat polar
v r r u 1 dan u r r v 1 Persamaan Laplace 0 2 2 2 2 y u x u dan 2 0 2 2 2 y v x v
Suatu fungsi disebut analitik jika memenuhi persamaan Cauchy Rieman atau persamaan Laplace Integral lintasan
C C C C C udy vdx i vdy udx dz z f idy dx iv u dz z f
C z n dz a z z f i n a f 1 2 ! Residu
z z
f z
dz d m z z a m m m 0 1 1 0 1 ! 1 1 lim Integrasi Residu0
z dz i f
z C f C 2.jmlh residu didlm
Deret Taylor
~ 0 0 0 ! n n n n z z z f z f Deret Maclaurin
~ 0 ! 0 n n n n z f z f Integrasi Trigonometri Integral bentuk
2 0 sin , cos d f Lakukan subtitusi 2 cos 1 z z , i z z 2 sin 1 , dan iz dz d Integral bentuk
~ ~ f xdx Penyelesaiannya adalah
x sumbu dibawah f residu i dx x f x sumbu diatas f residu i dx x f 2 2 ~ ~ ~ ~ BAB V
TRANSFORMASI LAPLACE
~ 0 t st dt t f e t f L
t f L
f
t 1 s 1 t 2 1 s n t 1 ! n s n at e
s a
1 at sin
2 2
a s a at cos
2 2
2 a s s at sinh
2 2
a s a at cosh
2 2
a s s iat e
sia
1 Rumus-rumus
f
s ds d t f t L n n n n 1 , f
t di laplace_kan dulu
t u t t du u f dt t f s s f L 0 0 1
~ s s ds s f t t f L
L
f
s
t t f 1 1 '
t f t ds s F d L n n n n 1 1 Penyelesaian persamaan differensial dengan transformasi Laplace 1. Persamaan differensial → y
t atau y
x2. Kenai transformasi Laplace pada kedua ruas kanan dan kiri sehingga menjadi y
s3. Kenai syarat batas/syarat awal, misalnya y0 0 4. Bentuklah fungsi y f
s5. Kenai invers transformasi Laplace
y f s
L f s f
t L1 ( ) 1 ( )Rumus transformasi Laplace dalam persamaan differensial
1 0 0 1 '' 0 ' 0 0 2 3 ' 0 0 2 0 ... '' ' '' ' n n n n y y s y s y L y sy y s y s y L y sy y s y L y sy y L y y L Integral Bromwich
~ ~ 2 1 c i i c zt dz e t f i t f Konvolusi
t u du t g t f s g s f L 0 1 ) ( * ) ( BAB VI PERSAMAAN DIFERENSIALBentuk Umum Persamaan Diferensial b y a y a y a0 1 ' 2 ''... 2 2 '' dx y d y dx dy y'
y merupakan peubah gayut (diatas) x merupakan peubah bebas (dibawah) PD Linier dan Non-Linier
PD Linier bila a0,a1,....dan b adalah tetapan
PD Non-Linier bila a0,a1,...dan b f (peubah gayut) PADA Homogen dan Non-Homogen
PD Homogen bila b0
Persamaan x y x dx dy 2 3
adalah salah satu contoh PADA homogen, sifat ini ditentukan oleh kenyataan bahwa pangkat x dan y yang terlibat dalam masing-masing suku sama derajatnya (dalam hal ini berpangkat 1) kunci untuk memecahkan persamaan homogen adalah dengan subtitusi yvx.
PERSAMAN DIFERENSIAL ORDE PERTAMA
1. Orde suatu persamaan diferensial ditunjukkan oleh turunan tertinggi yang muncul dalam persamaan ini.
2. Sebuah persamaan diferensial berorde n diperoleh dari suatu fungsi yang memiliki n buah konstanta sembarang
3. Pemecahan persaman diferensial orde pertama a) Dengan Integrasi langsung
x f dx dy memberikan y
f
x dx b) Dengan pemisahan variable) ( ). ( f x dx dy y F memberikan
f x dx dx dy y F( ). ( ) c) Persamaan homogen : Subtitusikan y vx memberikan F(v) dx dy x v d) Persamaan Linier Q Py dx dy Factor integrasi FI ePdx Dan ingat bahwa elnA A Memberikan y.FI
Q.FIdx e) Persamaan Bernoulli n Qy Py dx dy Bagilah dengan n y kemudian misalkan n y z 1 Dengan begini kembali menjadi jenis (d) di atas. PERSAMAAN DIFERENSIAL ORDE KEDUA1. Pemecahan persamaan yang berbentuk ) ( 2 2 x f cy dx dy b dx y d a
2. Persamaan karakteristiknya ialah 0
2
c bm am
3. Macam-macam kemungkinan jawab :
Jawab umumnya ialah y Aem1x Bem2x
b. Kedua akarnya riil dan sama mm1 (dua kali)
Jawab umumnya ialah y em1x
ABx
c. Kedua akarnya kompleks m jJawab umumnya ialah y ex
AcosxBsinx
4. Persamaan yang berbentuk 2 2 02 n y dx y d
Jawab umum y AcosnxBsinnx
5. Persamaan yang berbentuk 2 2 0
2 n y dx y d
Jawab umum y AcoshnxBsinhnx
6. persamaan yang berbentuk 2 ( )
2 x f cy dx dy b dx y d a jawab umumnya
y fungsi komplementer (FK)+integral khusus (IK)
7. Untuk memperoleh fungsi komplementer (FK) pecahlah 0 2 2 cy dx dy b dx y d a
untuk memperoleh IK, gunakan pemisalan bentuk umum ruas kanan. Perhatikan : jika bentuk umum ruas kanan sudah tercakup dalam FK, kalikanlah dengan x dan kemudian lanjutkanlah seperti biasa. Tentukanlah dahulu jawab umum selengkapnya sebelum melakukan subtitusi untuk mencari konstanta sembarang A dan B
Cara Menyelesaikan PD Non-Linier Bentuk Umum PD Non-Linier
D a
D b
y e Pn
x cx c konstanta
x Pn Polinomial berderajat n Penyelesaiannya ialah P C Y Y y Ada tiga kemungkinan untuk Y P 1. Y e Qn
x c a atau bcx
P
2. Y xe Qn
x cxP untuk ca atau b tetapia b 3. Y x e Qn
xcx P
2
BAB VII
DERET FOURIER
Koefisien Deret Fourier
L L n dx L x n x f L a 1 cos
dx L x n x f L b L L n
1 sin Deret Fourier
~ 1 ~ 1 0 sin cos 2 n n n n L x n b L x n a a x f
x
e
dx
f
L
C
L L L x in n
2
1
Deret Fourier
ix ix ix ix n inx ne
C
C
e
C
e
C
e
C
e
C
x
f
0 1 1 2 2 2 2 ~ ~
Jika f
x mempunyai periode 2L, maka koefisien deret Fouriernya ialah
L C C n dx L x n x f L a 2 cos 1
C L C n dx L x n x f L b 2 sin 1 2 sinh 2 cosh z z z z e e z e e z Fungsi genap dan fungsi gasal
xf adalah fungsi genap, jika f
x f
x
xf adalah fungsi ganjil, jika f
x f
x Perkalian antara dua fungsi memenuhi aturan berikut :
1. Fungsi genap dikalikan fungsi genap atau fungsi gasal dikalikan fungsi gasal akan menghasilkan fungsi genap.
2. Fungsi genap dikalikan fungsi gasal akan menghasilkan fungsi gasal.
0 jika f
x fungsi gasal
L L dx x f
L f x dx 02 jika f
x fungsi genap Jika f
x fungsi gasal0 n a
L n dx L x n x f L b 0 sin 2 A Q P N R
L n dx L x n x f L a 0 cos 2 0 n bNOTE : jika an 0 maka a belum tentu nol 0
TEOREMA PARSEVAL
L L dx x f L x f 2 2 2 1
~ 1 2 ~ 1 2 2 0 2 2 1 2 1 4 n n n n b a a x fDeret Pangkat dalam dua variable
~ 0 , ! 1 , n n b a f y k x h n y x fDeret Maclaurin diatas ialah x y0 dan hx, k y Differensial total ... dz z f dy y f dx x f df Aturan Cramer
Dua buah persamaan linier :
r qy px c by ax
Maka nilai x dan y ialah
q p b a r p c a y q p b a q r b c x dan
GARIS DAN BIDANG
Persamaan bidang melalui titik A,B,C ialah
ck bj ai N AC AB N Persamaan bidang
xx0
b y y0
c zz0
0 a 0 0 0,y ,z x merupakan titik A,B,C. Jarak terdekat titik P ke bidang A ialah A N
n PQ PR ˆ
N N n ˆ Perpotongan garis dengan bidang Bidang 1 axbyczd Bidang 2 pxqyrzs k c j b i a N1: ˆ ˆ ˆ k r j q i p N2 : ˆ ˆ ˆ
Persamaan garis ialah :N1N2 , ini juga menunjukkan arah perpotongan kedua bidang
Sudut antara 2 bidang
cos . . 2 1 2 1 N N N N 2 1 2 1. cos N N N N
Persamaan bidang melalui titik P yang tegak lurus terhadap bidang lain. Persamaan bidangnya ialah :
r r0
N2 Dengan N2 ialah : 1 2 PQ N N BAB VIII
FUNGSI GAMMA, BETA, DAN INTEGRAL ELIPTIK
Fungsi Gamma Definisi fungsi gamma
~ 0 1 1 n dx e x n n x
12
n n n sin 1
1
1
untuk 1 1 untuk 1 1 n n n n n n n n Fungsi Beta Definisi Fungsi Beta
1
0 1 1 0 , 0 1 ,q x x dx p q p B p qHubungan fungsi beta dengan fungsi gamma
q p q p q p B ,Fungsi Beta dalam bentuk trigonometri
/2
0 1 2 1 2 cos sin 2 , d q p B p qBentuk fungsi beta yang lain
~ 0 1 1 , dy y y q p B p q p Integral Eliptik Bentuk LegendreJenis Tak Lengkap Lengkap
I
0 1 2sin2 , k d k F
2 / 0 1 2sin2 k d k F II
k k d E
0 2 2 sin 1 ,
d k k E
2 / 0 2 2 sin 1 III
0 2 2 2 sin 1 sin 1 , , k n d n k
2 / 0 2 2 2 sin 1 sin 1 , k n d n k Bentuk JakobiDengan subtitusi arcsink maka diperoleh
x x k x dx x k F 0 1 '2 1 2 '2 ' ,
dx x x k x k E x
0 2 2 2 1 1 ,
x x k x nx dx x n k 0 2 2 2 2 1 1 1 , ,Periodisitas Integral Eliptik
k,n
2nk F
k, F
) 2 , , (k n nk E k E Sifat F
k,
F
k,BAB IX
TRANSFORMASI KOORDINAT
Perkalian dua buah matrik AB C atau
j jk ij ik A B CTranspose perkalian suatu matrik
T T T A B AB Invers perkalian suatu matrik
1 1 1A B AB
Matrik Simetri dan antisimetri
Suatu matrik dikatakan simetri jika AT A Sedang dikatakan antisimetri jika AT A Matrik Ortogonal
1
M
MT
Rotasi Sistem Koordinat y x' y' O x 2 2 2 2 ' ' y x y x
Jumlah kuadrat variable yang baru sama dengan jumlah kuadrat variable yang lama.
ORTHOGONAL dan ORTHONORMAL
Dua buah fungsi A
x dan B
x disebut “orthogonal” dalam interval
a,b jika 0
b a x x B dx AFungsi A disebut normal atau ternormalisasi dalam interval x
a,b jika
2 1
b a x dx ADua buah fungsi disebut “ortonormal” dalam selang
a,b jika
0
b a n m x x dx Sebuah fungsi disebut ortonormal dalam selang
a,b jika
2 1
x dx b a m BAB X
PERSAMAAN DIFERENSIAL LEGENDRE, BESSEL,
HERMITE, DAN LAGUERE
A. Persamaan Diferensial Legendre. Deret pangkat
~ 0 n n nx a y
~ 1 1 ' n n nx na y
~ 2 2 1 " n n nx a n n yPersamaan diferensial legendre muncul pada penyelesaian persamaan diferensial parsial dalam sistem koordinat bola, mekanika kuantum, teori medan, dan distribusi suhu dengan simetri bola.
Bentuk persamaan diferensial legendre ialah
1x2
y"2xy'l
l1y 0Penyelesaian umum persamaan diferensial ini ialah
... ! 5 4 3 2 1 ! 3 2 1 ... ! 4 3 2 1 ! 2 1 1 3 1 4 2 0 l l l l x l l x a x l l l l x l l a y Rumus RodriguesMerupakan metode untuk memperoleh polinomial legendre
l l l l l x dx d l x P 1 ! 2 1 2 Polinomial legendre yang di peroleh dari rumus rodrigues ialah
x
x x
P x x P x x P x P 3 5 2 1 1 3 2 1 1 3 3 2 2 1 0 Fungsi pembangkit polinomial legendre
,
1 2
2 , 1 1 2 xh h h h x Atau dapat ditulis sebagaiberikut
,
2
... 2 1 0 P x hP x h P x h x
~ 0 , l l l x P h h x Fungsi pembangkit berguna untuk merumuskan hubungan rekursi/rekurensi. Hubungan rekursi ini berguna untuk menyerderhanakan persoalan dan membantu dalam pembuktian suatu persamaan.
1. lPl
x 2l1
xPl1
x l1Pl2 x 2. xPl
x Plx
x lPl
x3. Pl
x xPl1
x lPl1
x 4.
1x2
Pl
x lPl1
x lxPl
x 5.
2l1
Pl x Pl1
x Pl1
xORTHOGONALITAS DAN NORMALISASI POLINOMIAL LEGENDRE
l
l P x dx x dP x dx d l l 1 1 2 Polinomial Legendre Pl
x sebenarnya merupakan pemecahan persoalan nilai eigen Sturm-Liouville.Polinomial Legendre membentuk himpunan fungsi orthogonal dalam selang
1,1
yang memenuhi hubungan
1 1 lm l m l x P x dx N P 0 jika l m 0 lm 1 jika l m
2 1
2 l NNormalisasi Polinomial Legendre
2 2 * N dx A dx A A b a x x b a x
Deret LegendreDalam basis polinomial Legendre Pl
x berbentuk
~ 0 l l lP x C x f Sehingga
x C0P0
x C1P1
x C2P2
x C3P3
x ... f Dengan
1 1 2 1 2 dx x f x P l Cl lFungsi Legendre Asosiasi
0 1 1 ' 2 " 1 2 2 2 y x m l l xy y x Atau
0 1 1 1 2 2 2 y x m l l dx dy x dx dDengan penyelesaiannya yaitu
1 2
/2 P
x m0 dx d x x P m l m m m lAtau dengan memasukkan rumus rodrigues diperoleh
l m l m l m l m l x dx d x l x P 1 1 ! 2 1 2 /2 2 Untuk m
0 ! ! 1 m x P m l m l x Pl m m lmFungsi Legendre Asosiasi juga membentuk himpunan fungsi orthogonal, yaitu
nl m n m l m l m l l dx x P x P ! ! 1 2 2 1 1
Persamaan Diferensial Legendre Asosiasi lebih sering di kenal dalam variable bebas sudut , yaitu dengan subtitusi xcos
0 sin 1 sin sin 1 2 2 y m l l d dy d d B. Persamaan Diferensial Bessel PD Besel ialah
0 ' " 2 2 2 y p x xy y x Atau
xy''
x2 p2
y0 xPenyelesaiannya berupa fungsi Bessel yaitu
~ 0 2 2 1 1 1 n p n n p x p n n x JPenyelesaian kedua Bessel
~ 0 2 2 1 1 1 n p n n p x p n n x JPenyelesaian Umum PD Bessel ialah
x AJ
x BJ
x y p pUntuk kasus p bilangan bulat, sebagai pengganti penyelesaian kedua persamaan diferensial Bessel Jp
x diperkenalkan fungsi Neumann
p x J x J p x Y x Np p p p sin cos
x AJ
x BN
xy p p
Fungsi Bessel dan Aplikasinya P.D Bessel
0 0 ' " 2 2 2 n y n x xy y xSolusi/penyelesaian umum P.D Bessel ini ialah
x CY
x JC
y 1 n 2 n
Bentuk P.D Bessel yang lain
0 ' " 2 2 2 2 y n x xy y x Dengan penyelesaian umum
x CY
x JC
y 1 n 2 n
Persamaan diferensial Bessel biasanya kita temui dari persamaa laplace 2u 0 yang diungkapkan dalam koordinat silinder
,,z
Fungsi Bessel bentuk yang pertama
... 4 2 2 2 4 . 2 2 2 2 1 1 2 4 2 n n x n x n x x J n n nC. Persamaan Diferensial Hermite
Persamaan Diferensial Hermite diberikan oleh 0 2 ' 2 " xy ny y
Polinomial Hermit diberikan oleh rumus Rodrigues
2
2 1 n x n x n n e dx d e x H Fungsi pembangkit untuk polinomial Hermite
~ 0 2 ! 2 n n n t tx t n x H e ... ! 3 ! 2 1 3 2 x x x exRumus Rekursi untuk Polinomial Hermite
x xH
x nH
x Hn1 2 n 2 n1
x nH
x H'n 2 n1Ortogonalitas polinomial Hermite
x H x dx m n H e x m n
0 ~ ~ 2 Untuk mn
2 ! 2 ~ ~ 2 n dx x H e x n n
Deret polinomial hermite
x A0H0
x A1H1
x A2H2
x ... fDengan An ialah