Persamaan Diferensial Dengan Koefisien K

Kelompok I PD
Abdul Aziz
1211205002
Afifah Rahmatillah

1211205003

Andika Gumelar P.M.

1211205006

Ardiyamsyah

1211205009

Jejen Abdul Fatah

1211205036

M. Iqbal Ayub A.


1211205043

Persamaan Diferensial dengan Koefisien Konstanta
Persamaan Diferensial Linier Homogen Orde ke-Dua
Bentuk umum PD linier Homogen orde-2 dengen koefisien konstanta adalah :
''

'

y +ay +by=0, dengan a ,b=konstanta

Solusi dari persamaan di atas mengambil ide dari solusi persamaan
'

diferensial orde pertama
−kx

y=e

y + ky=0


dengan k suatu konstatnta, yaitu

.

Dengan mengamati solusi dari persamaaan diferensial linier orde pertama
tersebut, maka dimisalkan solusi umum dari PD linier homogeny orde-2
adalah

y=e

λx

.

y=e λx , maka y=λe λx , dan y ' '=λ 2 e λx
Sehingga jika kita substitusikan kedalam PD, maka :
''

'


y +a y +by=0

λ2 e λx +aλ e λx + b e λx =0
λ
λx
(¿¿ 2+aλ+ b) e =0
¿

Jadi,

y=e

λx

menjadi solisi PD jika

λ2 +aλ +b=0

2

λ +aλ +b=0 . Selanjutnay persamaan

disebut persamaan karakteristik, dengan akar-akarnya sebagai

berikut :
λ1,2 =

−b ± √ b2−4 ac
2a
λ1,2 =

λ1=
Sehingga fungsi-fungsi

y 1=e

λ1 x

−a ± √ a2−4.1. b −a ± √ a2−4 b
=

2.1
2

−a+ √a 2−4 b
−a−√ a2−4 b
, λ 2=
2
2
dan

y 2=e

λ2 x

menjadi solusi dari PD linier

homogeny orde-2.
Selanjutnya, dengan melihat akar-akar persamaan karakteristiknya dapat
diketahui


bahwa

akar-akar

diskriminannya, yaitu nilai

tersebut

bergantung

kepada

nilai

dari

2
a −4 b , sehingga solusi dari PD dapat dibedakan

kedalam tiga kasus, yaitu :

Kasus 1 : dua akar riel yang berbeda, jika
Dalam kasus ini

y 1=e

λ1 x

dan

y 2=e

λ2 x

merupakan basis dari solusi PD pada

suatu interval, sehingga :
solusi umumnya adalah
y ( x ) =c 1 e λ x +c 2 e λ
1


2

x

Contoh :
Selesaikan masalah nilai awal berikut ini :
''

'

y −4 y −5=0

,

y ( 0 )=4, y ' ( 0 )=−2

Jawab :
Tahap pertama : mencari solusi umum

D=a2−4 b>0 .


Persamaan karakteristiknya :

2

λ −4 λ−5=0

(λ−5) ( λ+ 1 )=0

Akar-akar persamaan karakteristiknya :
Basis solusinya :

5x

λ1=5 dan λ2=−1

−x

y 1=e dan y 2=e


Soulusi umumnya :

y=c1 e 5 x + c 2 e−x

Tahap kedua : mencari solusi MNA
Turunan pertama dari solusi umum tersebut adalah

'

5x

−x

y =5 c 1 e −c 2 e

y ( 0 )=3 ⟶ c 1 e 5.0 +c 2 e 0=3
c 1+ c 2=3 ⋯⋯ ⋯⋯(1)
y ' (0) =3⟶ 5 c 1 e5.0 −c 2 e 0=3
5 c 1−c 2=3 ⋯⋯ ⋯ ⋯(2)
Dari persamaan (1) dan (2) diperoleh

c 1=1, dan c 2=2

Jadi, solusi MNA nya adalah :
y=e5 x +2 e−x
Kasus II : Akar Real Kembar, jika
Jika

2

D=a −4 b=0

D=0 , maka hanya akan memberikan satu akar, yaitu

λ=λ1= λ2=

−a
,
2

sehinnga solusi pertamanya adalah :

( a2 )x



y 1=e

Untuk mencari solusi keduanya yang dibutuhkan sebagai basis, kita
membentuk
y 2=uy 1

Dan menentukan fungsi u, sedemikian sehingga
y 2=u y 1

Substituskan
'

'

y ' ' 2=u y 1+ 2u y 1+u y ' ' 1

y2

menjadi solusi dari PD.

dan turunan-turunannya yaitu
ke persamaan

''
'
y +a y +by=0 .

y ' 2=u ' y 1 +u y ' 1

dan

Persamaan baru yang diperoleh :

(u' y 1+ 2u' y 1+u y ' '1 )+ a ( u' y +u y '1 )+ bu y 1=0
1

u' ' y 1 +u' ( 2 y ' 1 +a y 1 ) +u ( y ' ' 1+ a y '1 +b y 1 ) =0

Karena

y1

y ' ' 1 +a y ' 1 +b y 1=0 .

sulusi dari PD, maka

y 1=e−(a /2 ) x , maka

y ' 1=

−a −(a /2 )x
e
. Sehingga
2

'
2 y 1 +a y 1=0 . Sehingga

''
u y 1=0 . Akibatnya

2 y ' 1=−a e−( a/ 2) x =−a y 1 , maka
u' ' =0 . Dengan dua kali

u=c1 x+ c 2 .

pengintergralan diperoleh

Untuk mendapatkan solusi kedua yang bebas linier, yaitu
dapat mengambil

u=x , sehingga

y 2=uy 1 , kita

y 2=xy 1 . Karena kedua solusi ini tidak

proporsional mereka membentuk basis. Basis dari solusi PD adalah
y 1=e

( a2 )x



( a2 ) x



dan

y 2=xe

.

Jadi, solusi umumnya adalah
y ( x ) =c 1 e λx + c2 x e λx =(c1 + c2 x) e λx
c

( a2 )x



(¿ ¿ 1+c 2 x )e
¿¿
Contoh :

''

Selesaikan persamaan berikut :

'

y −6 y + 9 y =0

Jawab :
Persamaan karakteristiknya adalah :

2

λ −6 λ+9=0

( λ−3 ) ( λ−3 )=0
Mempunyai Akar-akar yang kembar :
Basis solusinya :

3x

3x

y 1=e dan y 2=xe

Soulusi umumnya :

λ1= λ2=λ=3

.

y=c1 e 3 x + c 2 x e3 x =( c 1 +c 2 x ) e 3 x

Kasus III : dua akar kompleks, jika

2

D=a −4 b