INTERPOLASI

37
Para rekayasawan dan ahli ilmu alam sering bekerja dengan sejumlah data diskrit (yang umumnya disajikan dalam bentuk tabel). Data didalam tabel mungkin diperoleh dari hasil pengamatan dilapangan, hasil pengukuran dilaboratorium, atau tabel yang diambil dari buku-buku acuan. INTERPOLASI

description

INTERPOLASI. Para rekayasawan dan ahli ilmu alam sering bekerja dengan sejumlah data diskrit (yang umumnya disajikan dalam bentuk tabel). Data didalam tabel mungkin diperoleh dari hasil pengamatan dilapangan, hasil pengukuran dilaboratorium, atau tabel yang diambil dari buku-buku acuan. - PowerPoint PPT Presentation

Transcript of INTERPOLASI

Page 1: INTERPOLASI

Para rekayasawan dan ahli ilmu alam sering bekerja dengan sejumlah data diskrit (yang umumnya disajikan dalam bentuk tabel). Data didalam tabel mungkin diperoleh dari hasil pengamatan dilapangan, hasil pengukuran dilaboratorium, atau tabel yang diambil dari buku-buku acuan.

INTERPOLASI

Page 2: INTERPOLASI

Contoh : Sebuah pengukuran fisika untuk

menentukan hubungan antara tegangan yang diberikan kepada baja tahan karat dan waktu yang diperlukan hingga baja tsb patah.

x = Tegangan yang diterapkan, kg/mm2

y = waktu patah , jam

x 5 10 15 20 25 30 35

y 40 30 25 40 18 20 22

Page 3: INTERPOLASI

3

Interpolasi adalah teknik mencari harga suatu fungsi pada suatu titik diantara 2 titik yang nilai fungsi pada ke-2 titik tersebut sudah diketahui

dpl. : cara menentukan harga fungsi f dititik x* ε [x0,xn] dengan menggunakan informasi dari seluruh atau sebagian titik-titik yang diketahui ( x0, x1, …., xn)

x x0 x1 x2 ……. xn

f(x) f(x0) f(x1) f(x2) ……. f(xn)

Page 4: INTERPOLASI

Perbedaan Interpolasi dan Ekstrapolasi

Page 5: INTERPOLASI

5

Teknik Umum yang digunakan :(i) Membentuk polinomial berderajat

≤ n yg mempunyai harga fungsi di titik-titik yang diketahui Polinomial Interpolasi

(ii) Masukkan titik yang ingin dicari harga fungsinya ke dalam polinomial interpolasi

Page 6: INTERPOLASI

6

Interpolasi Linier Interpolasi Kuadrat Interpolasi Lagrange Interpolasi Newton

Jenis Interpolasi

Page 7: INTERPOLASI

x0 x1 x

f(x)

L(x)

Interpolasi Linier

Page 8: INTERPOLASI

Interpolasi Kudrat

x0 x1 x

f(x)

x2h h

L(x)

Page 9: INTERPOLASI

Interpolasi QubicInterpolasi Qubic

x0 x1 x

f(x)

x2h h

L(x)

x3h

Page 10: INTERPOLASI

10

INTERPOLASI LINIER (1) Misalkan ada m bilangan : x1, x2, …., xm

dan bilangan lain yang berkaitan : y1, y2 , …., ym

maka masalahnya : berapa harga y* pada x* ε [xk,xk+1] ?

y

x

yk+1

xk+1

yk

xk

y*

x*

?

Page 11: INTERPOLASI

11

Ambil ruas garis yang menghubungkan titik (xk,yk) dan (xk+1,yk+1)

Diperoleh persamaan garisnya :

)(** 1

1kk

kk

kk yy

xxxxyy

)(** 1

1kk

kk

kk yy

xxxxyy

kk

kk

k

k

xxyy

xxyy

1

1

**

INTERPOLASI LINIER (2)

Page 12: INTERPOLASI

12

Jadi persamaan garisnya adalah :)(** 1

1kk

kk

kk yy

xxxxyy

y

x

yk+1

xk+1

yk

xk

y*

x*

?

INTERPOLASI LINIER (3)

Page 13: INTERPOLASI

13

Diketahui data sebagai berikut :

Tentukan harga y pada x = 6,5 !Jawab : x = 6,5 terletak antara x=6 & x=7

)( 1

1kk

kk

kk yy

xxxxyy

5,42)3649()67()65,6(36

y

Contoh – 1 : (1)

x -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7y 9 4 1 0 1 4 9 16 25 36 49

Hasilnya

Page 14: INTERPOLASI

14

Alternatif 2 :x = 6,5 terletak antara x=1 & x=7

)( 1

1kk

kk

kk yy

xxxxyy

45)48()6()5,5(1)149(

)17()15,6(1

y

Hasilnya

Contoh – 1 : (2)

Page 15: INTERPOLASI

15

Bandingkan hasil kedua jawaban tersebut !!

Mana yang mendekati jawaban yang sesungguhnya ..??Karena hub. x & y adalah y = x2 maka untuk harga x = 6,5 didapat y = (6,5)2 = 42,25=> Kesalahan mutlak (E) : |42,5 – 42,25| = 0,25

x -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7

y 9 4 1 0 1 4 9 16 25 36 49

Contoh – 1 : (3)

Page 16: INTERPOLASI

16

Kesalahan mutlak (E), untuk : y = 42,5 |42,5 – 42,25| = 0,25 = 25 %

Sedangkan untuk y = 45 |45 – 42,25| = 3,25 = 325 %

Contoh – 1 : (4)

Page 17: INTERPOLASI

17

Contoh-2 :Diketahui tabel akar bilangan sbb :

Tentukan akar dari 2,155 (2,155)1/2 = 1,46629 + (0,005/0,010) (1,46969 –

1,46629) = 1,46629 + 0,00170

(2,155)1/2 = 1,46799Kesalahan mutlaknya |1,4679918 -1,46799| =

0,0000018

Tentukan akar dari 2,153 dan Kesalahan mutlaknya !

N …. 2,14 2,15 2,16 ….N1/2 …. 1,46287 1,46629 1,46969 ….

Page 18: INTERPOLASI

Contoh 3: Jarak yang dibutuhkan sebuah kendaraan

untuk berhenti adalah fungsi kecepatan. Data percobaan berikut ini menunjukkan hubungan antara kecepatan dan jarak yang dibutuhkan untuk menghentikan kendaraan.

Perkirakan jarak henti yang dibutuhkan bagi sebuah kenderaan yang melaju dengan kecepatan 45 mil/jam.

Page 19: INTERPOLASI

Contoh 3: maka untuk mencari nilai x=45 maka,

Page 20: INTERPOLASI

20

INTERPOLASI KUADRAT Banyak kasus, penggunaan interpolasi linier tidak

memuaskan karena fungsi yang diinterpolasi berbeda cukup besar dari fungsi linier

Untuk itu digunakan polinomial lain yg berderajat dua (interpolasi kuadrat) atau lebih mendekati fungsinya

Caranya :- Pilih 3 titik & buat polinomial berderajat dua

melalui ke - 3 titik tsb., shg dpt dicari harga fgs. pada x = x*

- Pemilihan ke-3 ttk tsb., dapat :- xk-1 < xk < xk+1 atau- xk-1 < x* < xk < xk+1

Page 21: INTERPOLASI

21

Persamaan umum Polinomial kuadrat :

P(x) = a0 + a1 x + a2 x2 …..(*) 3 titik (xk-1,yk-1), (xk,yk) & (xk+1,yk+1) dilalui fgs. P(x) berarti:

yk-1 = a0 + a1 xk-1 + a2 xk-12

yk = a0 + a1 xk + a2 xk2 …………………………. (**)

yk+1 = a0 + a1 xk+1+ a2 xk+12

=> Akan diperoleh dari 3 pers. yaitu a0, a1 dan a2 kemudian subst. ke (*) & diperoleh pers. kuadrat, shg dapat dicari nilai fgs. untuk x = x* yaitu P(x*) = a0 + a1 x* + a2 x*2

=> Sistim pers. non homogen (**) memp. solusi dan solusinya unik (tunggal)

Page 22: INTERPOLASI

Contoh : Diberikan titik ln(8) = 2.0794, ln(9) = 2.1972,

ln(9.5) = 2.2513. Tentukan nilai ln(9.2) dengan interpolasi kuadrat

Sistem Pers Linier yang terbentuk. 64 a + 8 b + c = 2.0794 81 a + 9 b + c = 2.1972 90.25 a + 9.5 b + c = 2.2513

Penyelesaian a= -0.0064 b = 0.2266 c = 0.6762

Sehingga p2(9.2) = 2.2192

Page 23: INTERPOLASI

23

INTERPOLASI LAGRANGE Interpolasi Lagrange adalah salah satu formula

untuk interpolasi berselang tidak sama selain formula interpolasi Newton umum & metoda Aitken. Walaupun demikian dapat digunakan pula untuk interpolasi berselang sama.

Misalkan fgs. y(x) kontinu & diferensiabel sampai turunan (n+1) dalam interval buka (a,b). Diberikan (n+1) titik (x0,y0), (x1,y1), …, (xn,yn) dengan nilai x tidak perlu berjarak sama dengan yang lainnya, dan akan dicari suatu polinom berderajat n. Untuk pemakaian praktis, formula interpolasi Lagrange dapat dinyatakan sbb. :

Page 24: INTERPOLASI

24

Formula Interpolasi LagrangeJika y(x) : nilai yang diinterpolasi; x : nilai yg berkorespondensi dg y(x)x0, x1, …., xn : nilai x dan y0, y1, …., yn : nilai y

0

02010

21

))...()(())...()(()( yxxxxxxxxxxxxxy

n

n

1

12101

20

))...()(())...()(( yxxxxxxxxxxxx

n

n

n

nnnn

n yxxxxxxxxxxxx

))...()(())...()((

.

.

110

110

Page 25: INTERPOLASI

25

Contoh 1:

Nilai yg. berkorespondensi dengan y = 10log x adalah :

Carilah 10log 301 ?Untuk menghitung y(x) = 10log 301 dimana x = 301, maka nilai diatas menjadi

X 300 304 305 30710log x 2,4771 2,4829 2,4843 2,4871

x0 = 300 x1 = 304 x2 = 305 x3 = 307y0 =

2,4771y1 = 2,4829 y2 =

2,4843y3 =

2,4871

Page 26: INTERPOLASI

26

Dengan menggunakan interpolasi lagrange

4771,2)307300)(305300)(304300()307301)(305301)(304301()(xy

4829,2

)307304)(305304)(300304()307301)(305301)(300301(

4843,2

)307305)(304305)(300305()307301)(304301)(300301(

4871,2)305307)(304307)(301307()305301)(304301)(300301(

7106,04717,49658,42739,1 4786,2)( xy

Page 27: INTERPOLASI

Polinom Newton Polinom Lagrange kurang disukai dalam praktek

karena : Jumlah komputasi yang dibutuhkan untuk satu kali

interpolasi adalah besar. Interpolasi untuk nilai x yang lain memerlukan jumlah komputasi yang sama karena tidak ada bagian komputasi sebelumnya yang dapat digunakan.

Bila jumlah titik data meningkat atau menurun, hasil komputasi sebelumnya tidak dapat digunakan. Karena tidak ada hubungannya antara pn-1(x) dan pn(x) pada polinom Lagrange

Polinom yang dibentuk sebelumnya dapat digunakan untuk membentuk polinom derajat yang lebih tinggi.

Page 28: INTERPOLASI

Polinom Newton Persamaan Polinom Linier

Bentuk pers ini dapat ditulis :

Yang dalam hal ini (1) Dan (2)

Pers ini mrpk bentuk selish terbagi (divided-difference)

)()()(

)( 001

0101 xx

xxyy

yxp

)()( 0101 xxaaxp )( 000 xfya

)()()(

)()(

01

01

01

011 xx

xfxfxxyy

a

],[ 011 xxfa

Page 29: INTERPOLASI

Polinom Newton Polinom kuadratik

Atau

Dari pers ini menunjukkan bahwa p2(x) dapat dibentuk dari pers sebelumnya p1(x). Nilai a2 dapat ditemukan dengan mengganti x=x2 untuk mendapatkan

(3)

Nilai a0 dan a1 pada pers 1 dan 2 dimasukkan pada pers 3

))(()()( 1020102 xxxxaxxaaxp

))(()()( 10212 xxxxaxpxp

))(()()(

1202

021022 xxxx

xxaaxfa

12

01

01

02

02

2

)()()()(

xxxxxfxf

xxxfxf

a

Page 30: INTERPOLASI

Polinom Newton Dengan melakukan utak-atik aljabar,

pers ini lebih disukai

02

0112

02

01

01

12

02

2],[],[

)()()()(

xxxxfxxf

xxxxxfxf

xxxfxf

a

Page 31: INTERPOLASI

Polinom Newton Jadi tahapan pembentukan polinom Newton

:)()()( 0101 xxaxpxp

)()( 0101 xxaaxp

))(()()( 1020102 xxxxaxxaaxp

))(()()( 10212 xxxxaxpxp

))()(()()( 210323 xxxxxxaxpxp

))()(())(()()( 21031020103 xxxxxxaxxxxaxxaaxp

Page 32: INTERPOLASI

Polinom Newton Nilai konstanta a0, a1, a2,…, an, merupakan nilai selisih

terbagi , dg nilai

Yang dalam hal ini ],,...,,[],,[

],[)(

011

0122

011

00

xxxxfaxxxfa

xxfaxfa

nnn

0

012111011

),,...,,[],...,,[],,...,,[

],[],[],,[

)()(],[

xxxxxxfxxxf

xxxxf

xxxxfxxf

xxxf

xxxfxf

xxf

n

nnnnnn

ki

kjjikji

ji

jiji

Page 33: INTERPOLASI

33

Karena a0, a1,a2, …an, merupakan nilai selisih terbagi, maka polinom Newton dinamakan polinom interpolasi selisih terbagi Newton. Nilai selisih terbagi dapat dihitung dengan menggunakan tabel yng disebut tabel selisih terbagi.

Page 34: INTERPOLASI

Polinom Newton Dengan demikian polinom Newton dapat

ditulis dalam hub rekursif sebagai : Rekurens

basis Atau dalam bentuk polinom yang lengkap

sbb :

],,...,,[))...()(()()( 0111101 xxxxfxxxxxxxpxp nnnnn

)()( 00 xfxp

],,...,,[))...()((],,[))((],[)()()(

011110

012100100

xxxxfxxxxxxxxxfxxxxxxfxxxfxp

nnn

n

Page 35: INTERPOLASI

Contoh Soal : Bentuklah polinom Newton derajat satu, dua, tiga dan

empat yang menghampiri f(x)=cos(x) dalam range[0.0, 4] dan jarak antar titik adalah 1.0. Lalu taksirlah f(x) dengan x=2.5 dengan Polinom Newton derajat 3.

xi yi ST-1 ST-2 ST-3 ST-40.0 1 -0.4597 -0.2484 0.1466 -0.01471.0 0.5403 -0.9564 0.1913 0.08802.0 -

0.4161-0.5739 0.4551

3.0 -0.99 0.33634.0 -

0.6536

Page 36: INTERPOLASI

Contoh Soal : Contoh cara menghitung nilai selisih

terbagi pada tabel :

2484.002

4597.09564.0)(

],[],[],,[

9564.012

5403.04161.0)(

)()(],[

4597.001

15403.0)(

)()(],[

02

0112012

12

1212

01

0101

xxxxfxxf

xxxf

xxxfxf

xxf

xxxfxf

xxf

Page 37: INTERPOLASI

Contoh Soal : Maka polinom Newton derajat 1,2 dan 3

dengan x0 = 0 sebagai titik pertama :

Nilai sejati f(2.5) adalah F(2.5) = cos(2.5)=-0.8011

)0.3)(0.2)(0.1)(0.0(0147.0)0.2)(0.1)(0.0(1466.0)0.1)(0.0(2484.0)0.0(4597.00.1)()cos(

)0.2)(0.1)(0.0(1466.0)0.1)(0.0(2484.0)0.0(4597.00.1)()cos()0.1)(0.0(2484.0)0.0(4597.00.1)()cos(

)0.0(4597.00.1)()cos(

4

3

2

1

xxxxxxxxxxxpx

xxxxxxxpxxxxxpx

xxpx