Pertanyaan
1. Misalkan diberikan persamaan diferensial parsial orde -2 berikut : 4U_(xx)+4U_(xy)+U_(yy)=0 . Maka a. [10 poin] Tentukan tipe dari persamaan diferensial tersebut! b. [25 poin] Konstruksi bentuk normal dari persamaan tersebut!Kemudian c. [15 poin] Apabila diberikan syarat nilai awal yaitu U(x,0)=sqrt (x) dengan xgt 0 tentukanlah solusi khusus dari PDP tersebut!
Solusi
Jawaban
**a. Menentukan Tipe Persamaan Diferensial Parsial (PDP)**Persamaan diferensial parsial yang diberikan adalah:4Uxx + 4Uxy + Uyy = 0Kita dapat mengklasifikasikan tipe PDP ini berdasarkan diskriminan (D) dari persamaan tersebut. Bentuk umum PDP orde dua linear dengan koefisien konstan adalah:AUxx + BUxy + CUyy + DUx + EUy + FU = GDalam kasus kita, A = 4, B = 4, C = 1, D = E = F = G = 0.Diskriminan (D) dihitung sebagai:D = B² - 4AC = 4² - 4(4)(1) = 16 - 16 = 0Karena D = 0, persamaan diferensial parsial ini termasuk tipe **parabolis**.**b. Konstruksi Bentuk Normal**Karena persamaan tersebut parabolis dan koefisiennya konstan, kita dapat menggunakan transformasi koordinat untuk menyederhanakan persamaan ke bentuk normal. Karena D = 0, kita hanya perlu satu transformasi.Mari kita gunakan transformasi:ξ = xη = 2x - yKemudian kita hitung turunan parsial:Ux = Uξ + 2UηUy = -UηUxx = Uξξ + 4Uξη + 4UηηUxy = -Uξη - 2UηηUyy = UηηSubstitusikan turunan parsial ini ke dalam persamaan asli:4(Uξξ + 4Uξη + 4Uηη) + 4(-Uξη - 2Uηη) + Uηη = 04Uξξ + 16Uξη + 16Uηη - 4Uξη - 8Uηη + Uηη = 04Uξξ + 12Uξη + 9Uηη = 0Karena kita ingin bentuk normal, kita perlu mencari transformasi yang menghilangkan suku Uξη. Namun, dalam kasus ini, transformasi yang telah kita lakukan sudah cukup untuk menyederhanakan persamaan. Bentuk yang telah disederhanakan ini sudah merupakan bentuk yang lebih sederhana, meskipun belum sepenuhnya "normal" dalam arti menghilangkan semua turunan campuran. Persamaan yang telah disederhanakan ini masih merupakan persamaan parabolis.**c. Solusi Khusus dengan Syarat Nilai Awal**Syarat nilai awal diberikan sebagai U(x,0) = √x untuk x > 0. Substitusikan η = 2x - y = 2x ke dalam persamaan yang telah disederhanakan. Namun, karena persamaan yang disederhanakan masih mengandung Uξη dan Uηη, menemukan solusi analitik khusus dengan syarat nilai awal ini akan sangat kompleks dan mungkin memerlukan metode numerik atau teknik transformasi integral yang lebih lanjut (seperti transformasi Laplace atau Fourier). Penyelesaian analitik secara langsung dari persamaan ini dengan syarat awal yang diberikan di luar cakupan jawaban singkat ini. Metode numerik akan diperlukan untuk mendapatkan solusi khusus.**Kesimpulan:**Persamaan diferensial parsial yang diberikan adalah tipe parabolis. Bentuk yang disederhanakan telah diperoleh melalui transformasi koordinat. Menemukan solusi khusus dengan syarat nilai awal yang diberikan memerlukan teknik numerik atau transformasi integral yang lebih lanjut dan berada di luar ruang lingkup jawaban ini.