1
Menghubungkan Kalkulus Teoretis dan Komputasi Numerik
MATH007Lesson 1
00:00
Analisis numerik berperan sebagai jembatan yang ketat antara presisi tak terbatas dari kalkulus teoretis dan batasan diskret serta terbatas dari perangkat keras komputer. Slide ini menetapkan definisi dasar tentang limit, kekontinuan, dan diferensial untuk menunjukkan bahwa sementara kalkulus memberikan tujuan analitis yang "tepat", komputasi numerik menyediakan jalur "pendekatan" menuju tujuan tersebut, dibatasi oleh toleransi ($\varepsilon$) dan interval ($\delta$) yang ditentukan dalam analisis real klasik.

1. Dasar: Limit dan Pendekatan Secara Berurutan

Kita beralih dari abstraksi teoretis tentang limit ke kenyataan komputasi bahwa prosesor tidak dapat mendekati nol; ia hanya dapat mendekati epsilon mesin.

Definisi 1.1: Limit

Fungsi $f$ yang didefinisikan pada himpunan $X$ memiliki limit $L$ di titik $x_0$, ditulis $\lim_{x \to x_0} f(x) = L$, jika diberikan sembarang bilangan real $\varepsilon > 0$, terdapat $\delta > 0$ sehingga $|f(x) - L| < \varepsilon$, selama $x \in X$ dan $0 < |x - x_0| < \delta$.

Definisi 1.3: Konvergensi Barisan

Barisan $\{x_n\}_{n=1}^{\infty}$ memiliki limit $x$ jika, untuk setiap $\epsilon > 0$, terdapat bilangan bulat positif $N(\epsilon)$ sedemikian sehingga $|x_n - x| < \epsilon$ selama $n > N(\epsilon)$. Ini membenarkan algoritma algoritma iteratif.

2. Kekontinuan dan Diferensial: Persyaratan Keamanan

Dalam perangkat lunak numerik, Kekontinuan (Definisi 1.2) dan Diferensial (Definisi 1.5) bukan hanya sifat akademik; mereka merupakan "persyaratan keamanan" bagi stabilitas numerik. Teorema 1.6 membuktikan bahwa jika suatu fungsi diferensial di titik $x_0$, maka fungsi tersebut kontinu di $x_0$, memastikan bahwa kesalahan pengukuran kecil tidak menghasilkan loncatan keluaran yang mengerikan.

🎯 Kasus Nyata: Hukum Gas Ideal
Pertimbangkan $PV = nRT$. Dalam kalkulus teoretis, kita mengasumsikan variabel bersifat eksak. Dalam komputasi numerik, kita mengakui bahwa $P$ dan $V$ adalah batas dari barisan pengukuran.
$T = \frac{PV}{nR} = \frac{(1.00)(0.100)}{(0.00420)(0.08206)} = 290.15 \text{ K} = 17^\circ\text{C}$