Upload
kineks
View
307
Download
26
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Deret Taylor dan Analisis Galat. Indriati., ST., MKom. Deret Taylor. Definisi : - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Powerpoint Templates Page 1
Deret Taylor dan Analisis Galat
Indriati., ST., MKom
Powerpoint Templates Page 2
• Definisi :Andaikata f dan semua turunannya, f’,f’’,f’’’,… menerus di dalam selang [a,b]. Misalkan : xoє[a,b], maka nilai-nilai x di sekitar xo dan xє[a,b], f(x) dapat diperluas (diekspansi) ke dalam deret Taylor :
...)(!
)(....)(!2
)()(!1
)()()( )(''2
0'
o
mm
oo
ooo xf
mxxxfxxxfxxxfxf
Deret Taylor
Powerpoint Templates Page 3
• Jika (x-xo)=h, maka :
• Contoh :Hampiri fungsi f(x)=sin(x) ke dalam deret Taylor di sekitar xo=1.Penyelesaian :
f(x) = sin(x) f’’’(x) = - cos(x) f’(x) = cos(x) f(4)(x) = sin(x) f’’(x) = - sin(x) dst.
...)(!
....)(!2
)(!1
)()( )(''2
0' o
mm
oo xfmhxfhxfhxfxf
Powerpoint Templates Page 4
maka :
Kasus khusus adalah bila fungsi diperluas di sekitar xo=0, maka deretnya dinamakan deret Maclaurin yang merupakan deret Taylor baku.
• Contoh-1 :f(x)= sin(x) dimana xo = 0
...)1sin(24
)1cos(6
)1sin(2
)1cos()1sin( )sin( )(432
hhhhxxf
...0351,00901,04208,05403,08415,0)( 432 hhhhxf
Powerpoint Templates Page 5
• Penyelesaian :
• Contoh-2 : f(x)=ex dimana xo=0Penyelesaian :
)0cos(6
)0sin(2
)0cos()0sin( )sin( )(32 hhhxxf
1206 )sin( )(
53 xxxxxf
...!4
)0(!3
)0(!2
)0(!1
)0()( 043
02
00
exxexexeexf x
...!4!3!2
1)(43
02
xxexxexf x
Powerpoint Templates Page 6
• Karena suku-suku deret Taylor tidak berhingga banyaknya, maka untuk alasan praktis deret Taylor dipotong sampai suku order tertentu. Deret Taylor yg dipotong s/d order ke-n dinamakan deret Taylor terpotong yg dinyatakan:
Dengan demikian deret Taylor yg dipotong sampai suku order ke-n dapat ditulis :
)()(!
)(....)(!2
)()(!1
)()()( )(''2
0' xRxf
nxxxfxxxfxxxfxf no
nn
oo
ooo
)(/ );()!1()()( )1( residusisagalatdisebutxcxcf
nxxxR o
non
)()()( xRxPxf nn
Powerpoint Templates Page 7
dimana :
Contoh : f(x)=sin(x); xo=1; utk deret Taylor orde ke-n
Penyelesaian :
)(!
)()(1
ok
n
k
ko
n xfkxxxP
)()!1(
)()( )1()1(
cfnxxxR n
no
n
)1sin(!4
)1()1cos(!3
)1()1sin(!2
)1()1cos(!1
)1()1sin()(432
4
xxxxxP
)cos(!5
)1()()!14(
)1()(5
)14()14(
4 cxcfxxRGalat
Powerpoint Templates Page 8
• Galat berasosiasi dengan seberapa dekat solusi hampiran terhadap solusi sejatinya. Semakin kecil galatnya, semakin teliti solusi numerik yg didapatkan. Kita harus memahami dua hal, yaitu :a. Bagaimana menghitung galatb. Bagaimana galat timbul
Analisis Galat
Powerpoint Templates Page 9
• Misalkan :
• Contoh :
: , ^
makaasejatinilaiterhadaphampirannilaiadalaha
galatdisebutaa ^
45,10 10,5; ^
aa 05,05,1045,10
^ aaMutlakGalat
%100 : xa
relatifGalat R
%100 : ^ xa
hampiranrelatifGalat RA
Powerpoint Templates Page 10
• Contoh :Diketahui : a= 10/3; â = 3,333Hitung : (a). Galat !
(b). Galat mutlak !(c). Galat relatif !(d). Galat relatif hampiran !
Penyelesaian :(a). Galat : є = a-â = 10/3 – 3,333
= 10.000/3000 – 9999/3000 = 1/3000 = 0,000333
Powerpoint Templates Page 11
(b). Galat mutlak : |є|=|a-â) = 0,000333(c).
(d).
Pendekatan lain, perhitungan numerik yg meng-gunakan pendekatan lelaran (iteration), єRA dihitung dengan cara :
dimana : ar+1 = nilai hampiran lelaran sekarang ar = nilai hampiran lelaran sebelumnya
0,01%100%x (10/3)
0,000333 100%x : relatifGalat aR
9991100%x
3,3330,000333 100%x :hampiran relatifGalat ^
aRA
1
1
r
rrRA a
aa
Powerpoint Templates Page 12
• Proses lelaran dihentikan bila :|єRA| < єS
єS = Toleransi galat yang dispesifikasikanSemakin kecil єS, semakin teliti solusinya, namun semakin banyak proses lelarannya
• Contoh :Diketahui : Xr+1=(-Xr+1
3 + 3)/6; r =0,1,2,3 Xo= 0,5; єs= 0,00001 Hitung : єRA !
Powerpoint Templates Page 13
• Penyelesaian :Xo = 0,5X1 = 0,4791667;
X2 = 0,4816638;
X3 = 0,4813757;
X4 = 0,4814091;
X5 = 0,4814052;
sRA
043478,0X
)XX(
1
o1
sRA
0051843,0X
)XX(
2
12
sRA
0005984,0X
)XX(
3
23
sRA
0000693,0X
)XX(
4
34
! ,0000081,0X
)XX(
5
45 berhentisRA
Powerpoint Templates Page 14
• Secara umum terdapat dua sumber utama penyebab galat dlm perhitungan numerik, yaitu :1. Galat pemotongan (truncation error)2. Galat pembulatan (round-off error)Ada sumber galat lain, yaitu :1. Galat eksperimental2. Galat pemrograman
SUMBER UTAMA GALAT NUMERIK
Powerpoint Templates Page 15
(1). Galat Pemotongan (truncation error). Galat ini timbul akibat penggunaan hampiran sebagai pengganti formula eksak. Maksudnya, ekspresi matema-
tika yg lebih kompleks diganti dengan formula yg lebih sederhana. Tipe galat pemotongan bergantung pd
metode komputasi yg digunakan untuk penghampiran shg kadang-kadang di-
sebut juga galat metode.
Powerpoint Templates Page 16
• Misalkan: turunan pertama f(x1), dihampiri dengan formula :
dimana : h = lebar absis xi+1• Contoh : hampiran fungsi cos(x) dengan bantuan
deret Taylor di sekitar x = 0 !Penyelesaian :f(x) = cos(x) f(4)(x) = sin(x)f’(x) = - sin(x)f’’(x) = - cos(x)
hxfxfx iif )()()( 1
1
'
Powerpoint Templates Page 17
• Maka :
• Galat pemotongan :
......!10!8!6!4!2
1)cos()(108642
xxxxxxxf
Nilai hampiran Galat pemotongan
)()!1(
)()( )1()1(
cfnxxxR n
no
n
)cos(!7
)()!16(
)0()(7
)16()16(
6 cxcfxxR
Powerpoint Templates Page 18
• Nilai Rn yg tepat hampir tdk pernah dapat kita peroleh, karena kita tdk mengetahui nilai c sebenarnya terkecuali informasi bahwa c terletak pada selang tertentu. Karenanya tugas kita adalah mencari nilai maksimum yg mungkin dari |Rn| untuk c dalam selang yg diberikan, yaitu :
)!1()x-(xx )()(
)1(o)1(
ncfxR
nn
xcxn Maks
o
Powerpoint Templates Page 19
• Contoh-1 :Gunakan deret Taylor orde 4 di sekitar xo=1 untuk menghampiri ln(0,9) dan beri-kan taksiran untuk galat maksimum yang dibuat !Penyelesaian :
f(x) = ln(x) f(1) = 0f’(x) = 1/x f’(1) = 1
f’’(x) = -1/x2 f’(1) = -1f’’’(x) = 2/x3 f’’’’(1) = 2
f(4)(x) = - 6/x4 f(4)(1) = -6f(5)(x) = 24/x5 f(5)(c) = 24/c5
Powerpoint Templates Page 20
• Deret Taylor :
• Jadi : ln(0,9) = -0,1053583 dengan galat pemo-tongan < 0,0000034.
)(4
)1(3
)1(2
)1()1()ln( 4
432
xRxxxxx
)(4
)1,0(3
)1,0(2
)1,0(1,0)9,0ln( 4
432
xR
)(1053583,0)9,0ln( 4 xR
0000034,05!
(-0,1)xc24)9,0(
5
519,0
5
Maksc
R
Powerpoint Templates Page 21
• Contoh-2 :Hampiri nilai secara numerik, yaitu :dengan deret Maclaurin orde 8 ! Penyelesaian :
Deret Maclaurin orde 8 dari adalah :
dxex1
0
2
2
)( xexf
2
)( xexf
!4!3!21
86422 xxxxex
dxxxxxdxex )!4!3!2
1(861
0
1
0
422
4617724,12161
421
101
311
01
21642103
9753
xxxxxxx
Powerpoint Templates Page 22
• Perhitungan dgn metode numerik hampir selalu menggunakan bilangan riil. Masalah timbul bila komputasi numerik dikerjakan dengan komputer karena semua bilangan riil tdk dapat disajikan secara tepat di dlm komputer. Keterbatas an komputer dlm menyajikan bilangan riil menghasilkan galat yg disebut galat pembulatan.GALAT PEMBULATAN
Powerpoint Templates Page 23
• Contoh :1/6 = 0,16666666, kalau 6 digit komputer hanya menuliskan 0,166667.Galat pembulatannya = 1/6 – 0,166667 =
-0,00000033.Kebanyakan komputer digital mempunyai dua cara penyajian bilangan riil, yaitu :(a). Bilangan titik tetap (fixed point) Contoh : 62.358; 0,013; 1.000
Powerpoint Templates Page 24
(b). Bilangan titik kambang (floating point) Contoh : 0,6238 x 103 atau 0,6238E+03 0,1714 x 10-13 atau 0,1714E-13
Digit-digit berarti di dalam format bilangan titik kambang disebut juga “Angka Bena” (significant figure).
Powerpoint Templates Page 25
• Adalah angka bermakna, angka penting atau angka yg dapat digunakan dgn pasti.• Contoh :
43.123 memiliki 5 angka bena (4,3,1,2,3) 0,1764 memiliki 4 angka bena (1,7,6,4) 0,0000012 memiliki 2 angka bena (1,2) 278.300 memiliki 6 angka bena (2,7,8,3,0,0) 0,0090 memiliki 2 angka bena (9,0)
ANGKA BENA
Powerpoint Templates Page 26
• Galat akhir atau galat total pada solusi numerik merupakan jumlah galat pemotongan dan galat pembulatan.
• Contoh :
9800667,024
)2,0(2
)2,0(1)2,0(42
Cos
Galat pemotongan Galat pembulatan
GALAT TOTAL
Powerpoint Templates Page 27
• Galat pemotongan timbul karena kita menghampiri cos(0,2) s/d suku orde 4 sedangkan galat pembulatan timbul karena kita membulatkan nilai hampiran ke dalam 7 digit bena.
Powerpoint Templates Page 28
• Di dalam metode numerik, fungsi f(x) sering diganti dgn fungsi hampiran yang lebih sederhana. Satu cara mengungkap-kan tingkat ketelitian penghampiran itu adalah dengan menggunakan notasi : O-Besar (Big-Oh). ORDE PENGHAMPIRAN
Powerpoint Templates Page 29
• Misal : f(h) dihampiri dgn fungsi p(h).Jika |f(h)-p(h)| ≤ M|hn|, yg dlm hal ini M adalah konstanta riil > 0, maka kita katakan bahwa p(h) menghampiri f(h) dengan orde penghampiran O(hn) dan ditulis dgn :
f(h) = p(h) + O(hn) O(hn) juga dapat diartikan sebagai orde galat
dari penghampiran fungsi. Karena h umumnya cukup kecil, yaitu < 1, maka semakin tinggi nilai n semakin kecil galat, yg berarti semakin teliti penghampiran fungsinya.
Powerpoint Templates Page 30
• Metode yg berorde O(h2) misalnya, lebih teliti drpd metode yg berorde O(h). Juga pada metode yg berorde O(h2), jika ukuran h dijadikan setengah kali semula, maka galatnya menjadi seperempat kali galat semula.Umumnya deret Taylor digunakan untuk menghampiri fungsi. Misalkan :
xi+1 = xi + h, i=0,1,2,….. Adalah titik-titik sebesar h, maka hampiran f(xi+1) dengan deret Taylor di sekitar xi adalah :
Powerpoint Templates Page 31
Dalam hal ini :
Jadi, kita dapat menuliskan :
)()(!
)(....)(!2
)()(!1
)()()( 1)(1''
21'1
1
inin
nii
iii
iii
ii xRxfnxxxfxxxfxxxfxf
)()(!
....)(!2
)(!1
)()( 1)(''
2'
1 inin
n
iiii xRxfnhxfhxfhxfxf
11)1(
)1(
1 );()()!1(
)(
iinn
n
in xtxhOtfnhxR
n
k
ni
kk
i hOxfkhxf
0
11 )()(
!)(
Powerpoint Templates Page 32
• Contoh :
)(!4!3!2
1)( 5432
hOhhhhexf x
)(4432
)ln()( 55432
hOxxxxxxxf
)(!5!3
)sin()( 753
hOhhhhxf
)(!6!6!4
1)cos()( 8642
hOhhhhxf
Powerpoint Templates Page 33
BILANG TITIK AMBANG
• Bilangan riil di dalam komputer umumnya disajikan dalam format bilangan titik-ambang
• Bilangan titik-ambang a ditulis sebagaia = ± m × B p = ± 0.d1d2d3d4d5d6 ...dn × Bp– m = mantis/mantisa (riil), d1d2d3d4d5d6 ...dn adalah digit mantis.– B = basis sistem bilangan yang dipakai (2, 8, 10, 16, dsb)– p = pangkat(berupabilanganbulat), dari–Pmin sampai+Pmaks
• Contoh: 245.7654 = 0.2457654 × 103
Powerpoint Templates Page 34
BILANG TITIK AMBANG
Bilangan Titik-ambang Ternormalisasi• Syarat: digit yang pertama tidak boleh 0• a = ± m × Bp = ± 0.d1d2d3d4d5d6... dn× Bp
• 1 ≤ d1 ≤ B -1 dan 0 ≤ dk ≤ B-1 untuk k > 1. • Pada sistem desimal, 1 ≤ d1 ≤ 9 dan 0 ≤ dk ≤ 9, Pada sistem
desimal, 1 ≤ d1 ≤ 9 dan 0 ≤ dk ≤ 9,• Sedangkan pada sistem biner, d1 =1dan 0 ≤ dk ≤ 1.• Contoh: 0.0563 × 10-3 0.563 × 10-4,
0.00023270 × 106 0.23270 × 103
Powerpoint Templates Page 35
BILANG TITIK AMBANG
Pembulatan pada Bilangan Titik-ambang
• Bilangan riil di dalam komputer mempunyai rentang nilai yang terbatas.
• Bilangan titik-ambang yang tidak dapat mencocoki satu dari nilai-nilai di dalam rentang nilai yang tersedia, dibulatkan kesalah satu nilai di dalam rentang
• Galat yang timbul akibat penghampiran tersebut diacu sebagai galat pembulatan.
• Ada dua teknik pembulatan yang lazim dipakai oleh komputer, yaitu pemenggalan (chopping) dan pembulatan ke digit terdekat (in-rounding).
Powerpoint Templates Page 36
PEMENGGALAN (CHOPPING)
• Pemenggalan (chopping) Misalkan a = ±0. d1d2d3 ... dndn+1 ... × 10p
• flchop(a) = ±0. d1d2d3 ... Dn-1dn × 10p
• Contoh: π = 0.314159265358... × 100p
flchop(π) = 0.3141592 × 100p ( 7 digit mantis)
• Galat= 0.000000065...
Powerpoint Templates Page 37
PEMBULATAN
Pembulatan ke digit terdekat (in-rounding)• Misalkan a = ±0. d1d2d3 ... dndn+1 ... × 10p
• flround(a) = ±0. d1d2d3 ... dn × 10p
Powerpoint Templates Page 38
PEMBULATAN
• Contoh: a = 0.5682785715287 × 10-4 :• Di dalamkomputer 7 digit dibulatkan menjadi• flround(a) = 0.5682786 × 10-4
• Di dalam komputer 8 digit dibulatkan menjadi?• Di dalam komputer 6 digit dibulatkan menjadi• Didalam komputer 9 digit dibulatkan menjadi?
Powerpoint Templates Page 39
ARITMETIKA BILANGAN TITIK AMBANG
• Kasus1: Penjumlahan (termasuk pengurangan) bilangan yang sangat kecil ke (atau dari) bilangan yang lebih besar menyebabkan timbulnya galat pembulatan.
• Contoh: Misalkan digunakan komputer dengan 4 digit (basis 10). Hitunglah: 1.557 + 0.04381 = 0.1557 × 101 + 0.4381 × 10-1. Cari Galat dari penyelesaian penjumlahan aritmetika terhadap bilangan pendekatan yang didapat dengan pemotongan dan pembulatan!
Powerpoint Templates Page 40
ARITMETIKA BILANGAN TITIK AMBANG
• Kasus2: Pengurangan dua buah bilangan yang hampir sama besar (nearly equal).
• Bila dua bilangan titik-ambang dikurangkan, hasilnya mungkin mengandung nol pada posisi digit mantis yang paling berarti (posisi digit paling kiri).
• Keadaan ini dinamakan kehilangan angka signifikan (loss of significance). Baik pemenggalan maupun pembulatan ke digit terdekat menghasilkan jawaban yang sama
Powerpoint Templates Page 41
ARITMETIKA BILANGAN TITIK AMBANG
• Contoh: • Kurangi 0.56780 × 105 dengan 0.56430 ×
105 (5 angka signifikan) serta tentukan bilangan galat yang didapat dari pembulatan dan pemenggalan!
• Kurangi 3.1415926536 dengan 3.1415957341 (11 angka signifikan) serta tentukan bilangan galat yang didapat dari pembulatan dan pemenggalan!
Powerpoint Templates Page 42
ARITMETIKA BILANGAN TITIK AMBANG
• Contoh:• Diberikan. hitunglah f(500)
dengan menggunakan 6 angka bena dan pembulatan ke digit terdekat!
• Penyelesaian:
• (Solusi eksak adalah: 11.174755300747198…)! Kenapa hasil tidak akurat? Apakah ada cara penyelesaian yang lebih baik?
)1()( xxxxf
15.11223.0*500
)3607.223830.22(500)500501(500)500(
f
Powerpoint Templates Page 43