integral

26
MODUL MATEMATIKA INTEGRAL KUSNADI, S.Pd www.mate-math.blogspot.com

Upload: kusnadiyoan

Post on 10-Aug-2015

65 views

Category:

Education


2 download

TRANSCRIPT

Page 1: Integral

MODULMATEMATIKA

INTEGRAL

KUSNADI, S.Pdwww.mate-math.blogspot.com

Page 2: Integral

BAB I. PENDAHULUAN

A. Deskripsi

Dalam modul ini, anda akan mempelajari integral tak tentu dan

integral tertentu. Pada integral tak tentu dipelajari tentang definisi

integral tak tentu dan rumus dasar integral beserta soal-soal penerapan

rumusnya, pemakaian integral tak tentu, integral fungsi trigonometri,

integral dengan substitusi, integral parsial. Pada integral tertentu

dipelajari tentang rumus integral tertentu, luas dan volume benda putar.

Untuk luas memakai integral, kita membahas luas daerah antara

beberapa kurva, luas daerah antara kurva dan sumbu koordinat, luas

antara dua kurva. Untuk volume benda putar, kita membahas volume

benda putar antara kurva dengan sumbu koordinat ( sumbu x dan sumbu

y), volume benda putar antara dua kurva yang memutari sumbu x dan

volume benda putar antara dua kurva yang memutari sumbu y.

B. Prasyarat

Agar dapat mempelajari modul ini anda harus telah memahami

operasi pada bilangan rea terutama operasi pecahan. Turunan/diferensial

dan rumus trigonometri.

C. Petunjuk Penggunaan Modul

1. Perhatikan langkah-langkah dalam setiap contoh sehingga

mempermudah dalam memahami konsep integral tak tentu dan integral

tertentu.

2. Apabila ada soal latihan, kerjakanlah soal-soal tersebut sebagai latihan

untuk persiapan evaluasi.

Page 3: Integral

3. Jawablah tes formatif dengan jelas sesuai dengan kemampuan Anda. Jika

Anda masih ragu-ragu dengan jawaban yang Anda peroleh, Anda bisa

melihat kunci jawaban formatif yang sesuai.

4. Kerjakan soal-soal yang ada pada evaluasi.

D. Tujuan Akhir

Setelah mempelajari modul ini diharapkan Anda dapat:

1. memahami definisi dari integral

2. memahami integral tak tentu beserta penerapannya.

3. memahami integral fungsi trginometri, integral substitusi dan integral parsial.

4. memahami integral tertentu dan penerapannya.

5. menentukan luas daerah dengan beberapa kurva, luas daerah antara kurva

dengan sumbu koordinat dan luas daerah antara dua kurva

6. menentukan volume benda putar antara kurva dan sumbu koordinat (sumbu x dan sumbu y), volume benda putar antara dua kurva yang memutari sumbu x dan sumbu y.

Page 4: Integral

BAB IINTEGRAL

A. INTEGRAL TENTU DAN INTEGRAL TAK TENTU

Integral adalah kebalikan dari turunan (diferensial). Oleh karena itu integral disebut juga anti diferensial. Ada 2 macam integral, yaitu integral tentu dan integral tak tentu. Integral tentu yaitu integral yang nilainya tertentu, sedangkan integral tak tentu, yaitu integral yang nilainya tak tentu. Pada integral tentu ada batas bawah dan batas atas yang nanti berguna untuk menentukan nilai integral tersebut. Kegunaan integral dalam kehidupan sehari-hari banyak sekali, diantaranya menentukan luas suatu bidang, menentukan voluem benda putar, menentukan panjang busur dan sebagainya. Integral tidak hanya dipergunakan di matematika saja. Banyak bidang lain yang menggunakan integral, seperti ekonomi, fisika, biologi, teknik dan masih banyak lagi disiplin ilmu yang lain yang mempergunakannya.

1. INTEGRAL TAK TENTU

Karena integral merupakan kebalikan (invers) dari turunan, maka untuk menemukan rumus

integral kita beranjak dari turunan. Turunan suatu fungsi y = f(x) adalah y ‘ = f ‘ (x) atau

dydx ,

sedangkan notasi integral dari suatu fungsi y = f(x) adalah ∫ y dx=∫ f ( x ) dx yang dibaca “ integral y terhadap x ”. Turunan suatu fungsi konstan adalah 0 atau integral 0 adalah suatu fungsi konstan, biasanya diwakili oleh notasi c.

Rumus umum integral dari y=axn adalah

an+1

xn+1+c atau ditulis :

∫ axn dx= a

n+1xn+1+c

untuk n≠−1

Contoh 1 : Tentukan :

a . ∫ 2x3 dx

b . ∫ (5 x4−3 x3+6 x2+7 x−2 ) dx

c . ∫8

3 x4dx

d . ∫2 x √x dx

Page 5: Integral

Penyelesaian :

a . ∫ 2x3 dx=24x4+c=

12x4+c

b . ∫ (5 x4−3 x3+6 x2+7 x−2 ) dx=x5−34x4+2 x3+7

2x2−2x+c

c . ∫8

3 x4dx=∫8

3x−4dx=

83 (−3 )

x−3+c=−8

9 x3+c

d . ∫2 x √x dx=∫2 x32 dx=2

52

x52 +c=4

5x

52 +c

LATIHAN SOAL

1. Integralkan !

a . ∫ 2x5dx

b . ∫ 5x 4dx

c . ∫1√ xdx

d . ∫ (3 x4−4 x3+2x2−5x+7 )dxe . ∫ (6−2 x+3 x2−8 x3)dxf . ∫ (2x−3 )2dxg . ∫ x2 ( x+6 )dxh . ∫ (1−x )√ x dx

i . ∫ x3+5 x2−4

x2dx

j . ∫(x √x−1x √x )

2

dx

2. PEMAKAIAN INTEGRAL TAK TENTU

Pada integral tak tentu terdapat nilai konstanta c yang tidak tentu nilainya. Untuk menentukan fungsi f dari suatu fungsi turunan, maka harus ada data yang lain sehingga harga c dapat diketahui.

Contoh 1 : Diketahui f ‘(x) = 5x – 3 dan f(2) = 18. Tentukan f(x) !

Page 6: Integral

Penyelesaian :

f ( x )=∫(5 x−3 )dx=52x2−3x+c

f (2)=18⇔52

(2)2+3 . 2+c=18

⇔10+6+c=18⇔16+c=18⇔ c=2

Jadi f ( x )=5

2x2−3x+2

Contoh 2 : Jika gradien garis singgung di titik (x,y) pada sebuah kurva yang melalui titik (3,4)

ditentukan

dydx

=3 x2−8 x+5, maka tentukan persamaan kurva tersebut !

Penyelesaian :

f ( x )=∫(3 x2−8 x+5)dx=x3−4 x2+5x+c

f (3)=4⇔33−4 .32+5 . 3+c=4⇔27−36+15+c=4⇔ c=−2

Jadi f(x) = x3−4 x2+5 x−2

LATIHAN SOAL

1. Tentukan rumus f(x) jika diketahui :a. f ‘(x) = 2x dan f(4) = 10b. f ‘(x) = 8x – 3 dan f(-1) = 10

c. f ‘(x) = x2− 1

x2 dan f(1) =

13

d. f ‘(x) = x - √ x dan f(4) = -3

e. f ‘(x) = 1 -

1

x2 dan f(4) = 1

2. Diketahui titik (3,2) terletak pada kurva dan gradien garis singgung di titik (x,y) pada kurva tersebut didefinisikan 2x – 3. Tentukan persamaan kurva tersebut !

3. Gradien suatu kurva pada setiap titik (x,y) ditentukan oleh

dydx

=3 x2−2 x dan kurva itu

melalui titik (-3,2). Tentukan persamaan kurva itu !

Page 7: Integral

4. Kecepatan suatu benda bergerak dinyatakan oleh v ( t )=12t2−6 t+1 . Setelah benda itu bergerak 1 detik, jarak yang ditempuh 4 m. Tentukan persamaan gerak dari benda itu !

5. Diketahui rumus percepatan a(t)=t2+1 dan kecepatan v(0) = 6. Tentukanlah rumus

kecepatan v(t) jika a(t)=

dvdt

3. INTEGRAL FUNGSI TRIGONOMETRI

Kita telah mempelajari turunan fungsi trigonometri yang secara ringkas dapat digambarkan sebagai berikut :sin x→cos x→−sin x→−cos x→sin xtan x→sec2 xcot x→−cosec2 x→ artinya turunan.Karena integral adalah invers dari turunan maka :

Contoh 1 : Tentukan :

a . ∫(5 sin x+2cos x ) dx

b . ∫(−2cos x−4 sin x+3 ) dx

Penyelesaian :

a . ∫(5 sin x+2cos x ) dx=−5cos x+2 sin x+c

b . ∫(−2cos x−4 sin x+3 ) dx=−2 sin x+4cos x+3 x+c

Page 8: Integral

LATIHAN SOAL

1. Tentukan integral fungsi berikut !

a . ∫ 5 sin x dx

b . ∫ (sin x−cos x ) dxc . ∫ (8cos x−6 sin x ) dxd . ∫ (2+x+sin x ) dxe . ∫ (x2−2sin x ) dx

4. INTEGRAL DENGAN SUBSTITUSI

Cara menentukan integral dengan menggunakan cara substitusi-1 yaitu dengan mengubah bentuk integral tersebut ke bentuk lain dengan notasi lain yang lebih sederhana sehingga mudah menyelesaikannya. Cara ini digunakan jika bagian yang satu ada kaitan turunan dari bagian yang lain.

Contoh 1 :Tentukan integral dari :

a . ∫ 2x ( 4 x2−1 )10 dx

b . ∫ 2sin5 xcos x dx

Penyelesaian :

a. Misal :u=4 x2−1 Maka:

dudx

=8 x

⇔dx=du8 x

Sehingga :

∫2 x (4 x2−1)10 dx=∫2 x .u10 .du8 x

=∫ 14u10du= 1

4 . 11u11+c= 1

44( 4 x2−1 )11+c

b. Misal u = sin x

Page 9: Integral

dudx

=cos x

⇔dx=ducos x

Sehingga :

∫2 sin5 x cos x dx=∫2u5 . cos x

ducos x

=∫2u5du=26u6+c=1

3sin6 x+c

LATIHAN SOAL

Tentukan integral dari fungsi –fungsi berikut dengan menggunakan metode substitusi !

1 . ∫ (2 x+3 ) 5 dx

2 . ∫6 (x+4 ) 5 dx

3 . ∫2(5 x+1 ) 4

dx

4 . ∫ 5√ (2 x−4 ) 3 dx

5 . ∫ 4 x (x2−4 ) 6 dx

6 . ∫ 12x2 (x3+5 ) 4 dx

7 . ∫ 6x √6−x2 dx

8 . ∫ sin5 x dx

9 . ∫ cos3 x . sin x dx

10 . ∫cos x√1−sin x dx

5. INTEGRAL PARSIAL

Bagaimana jika dua bagian pada suatu integral tidak ada kaitan turunan antara bagian yang satu dengan bagian lainnya ? Untuk itu perlu ada cara lain untuk menyelesaikannya yaitu dengan integral parsial.Seperti telah kita ketahui pada turunan jika y = uv maka y ‘ =u ’ v + uv ’. Jika kita integralkan kedua rua, maka akan didapat :

∫ y ' dx=∫ u ' v dx+∫uv ' dx ⇔∫ uv ' dx= y−∫u ' v dx=uv−∫u ' v dxRumus di atas sering disingkat dengan :

Page 10: Integral

∫u dv=uv−∫ v du

Contoh 1 : Tentukan :

a . ∫ 2x (5 x+1)6 dx

b . ∫ x sin x dx

Penyelesaian : a. Misal 2x = u maka 2 dx = du

Misal dv = (5 x+1 ) 6dx→ v=1

5.17

(5x+1 ) 7= 135

(5x+1 ) 7

∫2 x (5x+1 )6 dx=2x .135

(5x+1 )2−∫135

(5x+1 )7 .2 dx

=2 x35

(5x+1 )7−235

.15

.18

(5 x+1)8+c

=2x35

(5 x+1)7−1700

(5 x+1)8+c

b. Misal x = u maka dx = du Misal dv = sin x dx maka v = -cos x

∫ x sin x dx=x .−cos x−∫−cos x dx=−x cos x+sin x+c

LATIHAN SOALTentukan integral berikut dengan metode parsial !

Page 11: Integral

X

Y y=f(x)P Q

0 a bx x+h

h

S

U

f(x) f(x+h))

R

T

1 . ∫6 x ( x+2 ) 5 dx

2 . ∫8 x (1−2 x ) 3 dx

3 . ∫ x √2x−4 dx

4 . ∫ x√ x+1dx

5 . ∫ x sin x dx

6 . ∫ x2 cos x dx

7 . ∫ (2x+1 ) sin 2x dx

8 . ∫ 6x3 √x2+1 dx

9 . ∫ x cos (3 x+1 ) dx10 . ∫ x3 sin ( 2x2+6 ) 5 dx

6. INTEGRAL TENTU

Perhatikan gambar di bawah ini :

Luas daerah dari x = a hingga x = b adalah L(b) – L(a) ….. (1)

Luas RSUT ¿ Luas RQUT ¿ Luas PQUT

h.f(x) ¿ L(x+h) – L(x) ¿ h.f(x+h)

f ( x )<L( x+h )−L( x )

h<f (x+h )

Page 12: Integral

Untuk h → 0 maka :

Limh→0 f(x) ¿

Limh→0

L(x+h )−L( x )h ¿

Limh→0 f(x+h)

f ( x )<L' ( x )< f ( x ) → L '( x )=f ( x )

L( x )=∫ f ( x ) dx=F ( x )+c

Dari (1) maka :

L=∫a

b

f ( x ) dx=L(b )−L( a)=(F (b)+c )−(F (a )+c )=F (b )−F (a )

Jadi : ∫a

b

f ( x ) dx= [F ( x )]ab=F (b )−F( a)

Contoh 1 : Hitunglah ∫1

3

(3x2−4 x+1 ) dx

Penyelesaian:

∫1

3

(3x2−4 x+1 ) dx=[ x3−2x2+ x ]13=(33−2. 32+3 )−(13−2 . 12+1 )=12

LATIHAN SOAL

1. Tentukan nilai integral di bawah ini :

Page 13: Integral

a . ∫0

3

4 x dx

b . ∫−2

1

6 x2 dx

c . ∫0

4

12 x√ x dx

d . ∫−1

1

(5−2x−6x2 ) dx

e . ∫1

2

( x−1x )

2

dx

2. Tentukan nilai a jika diketahui :

a . ∫0

a

√x dx=18

b . ∫−1

2 a1x2dx=1

2

3. Tentukan a jika ∫−1

2

(2 x+a ) dx=−6

4. Tunjukkan dengan arsiran, luas daerah yang dinyatakan dengan integral berikut :

a . ∫0

4

3x dx

b . ∫−2

3

x2 dx

c . ∫−3

3

(x2−4 ) dx

d . ∫−2

2

x3 dx

Page 14: Integral

5. Tentukan nilai integral dari :

a . ∫1

3

(2 x+3 ) 5 dx

b . ∫−2

2

6 ( x+4 ) 5 dx

c . ∫0

12( x+1 ) 4

dx

d . ∫2

35√(2 x−4 ) 3dx

6. Tentukan nilai integral berikut ini :

a . ∫0

12π

cos x dx

b . ∫12π

π

2 cos2 x dx

c . ∫0

π

sin (x+13π ) dx

d . ∫0

2 π

(sin x+cos x ) dx

e . ∫13π

12π

(4 cos x−1 ) dx

B. LUAS DAN VOLUME BENDA PUTAR

1. DAERAH ANTARA BEBERAPA KURVA

Daerah antara dua kurva yaitu daerah yang dibatasi oleh dua kurva tersebut dengan selang batas tertentu. Selang batas tersebut bisa batas yang ditentukan atau titik potong kedua kurva tersebut.

Contoh 1 : Lukislah daerah antara garis y = x dan kurva y=x2

!

Penyelesaian :

Page 15: Integral

X

Y

y = xy = x2

1

1

LATIHAN SOAL

Lukislah daerah antara beberapa kurva di bawah ini :

Page 16: Integral

Y

X0 1

-1

3x

1 . x=−2 , x=3 , y=−2 dan y=32 . y=x , y=−x dan y=33 . y=x2 dan y=−x2+24 . y=x dan y=x3

5 . y=x2−4 x dan y=−x2+4 x6 . y=x2 dan y=√x7 . y=2 x−1 , x=4 dan sumbu X8 . y=x2−2x−8,, x=−4 dan x=5

9 . y=sin x , 0≤x≤32π

10 . y=sin x , y=cos x , π≤x≤2π

2. LUAS DAERAH ANTARA KURVA DAN SUMBU KOORDINAT

Luas daerah antara kurva y = f(x) dengan sumbu koordinat X pada selang a≤x≤b dimana

daerahnya ada di atas atau di bawah sumbu X adalah :L=|∫

a

b

f ( x ) dx |

Begitupun untuk daerah dengan batas sumbu koordinat Y, yaitu :

L=|∫a

b

f ( y ) dy |

Contoh 1 : Tentukan luas daerah antara kurva y = x3

, sumbu X , x = -1 dan x = 1 !

Penyelesaian :

Page 17: Integral

2xY

X30

y = x + 2Y

X0 2-2

2

3x

X

Y

4

-4

L=−∫

−1

0

x3 dx+∫0

1

x3 dx=−[ 14x4 ]−1

0

+[ 14x 4]

0

1

=−(0−14)+( 1

4−0 )=1

2 satuan luas.

LATIHAN SOAL

Tentukan luas daerah yang diarsir pada gambar di bawah ini :

a. b.

c.

Tentukan luas daerah antara kurva berikut dan sumbu koordinat atau garis yang ditentukan :

a. y=2x−1 , sumbu X, x = -2 dan x = 3

b. y=x2

, sumbu X, x = 0 dan x = 2

c. y=x2−1 dan sumbu X

d. y=8x−x2, sumbu X dan x = 4

e. y=x3, sumbu X, x = -1 dan x = 3

f. y=√x , sumbu X, x = 1 dan x = 4

Tentukan luas daerah yang dibatasi oleh kurva y=x3−3 x2

, sumbu X, x = -1 dan x = 3

3. LUAS ANTARA DUA KURVA

Page 18: Integral

y=f(x)

y=g(x)

Y

Xba0

Y

X1

0

-2

Untuk menentukan luas daerah antara dua kurva, kita berdasarkan luas antara kurva dan sumbu koordinat.Perhatikan gambar di bawah ini :

Luas daerah yang diarsir adalah :

L=∫a

b

f ( x ) dx−∫a

b

g( x ) dx=∫a

b

( f ( x )−g( x )) dx

Jadi : L=∫

a

b

( f ( x )−g ( x ))

Contoh 1: Tentukan luas daerah antara kurva y=x2+3x dan y = 2x + 2 !

Penyelesaian :Titik potong kedua kurva yaitu :

x2+3 x=2 x+2 ⇔ ( x+2 )( x−1 )=0⇔ x=−2 atau x=1

L=∫

−2

1

[(2 x+2)−( x2+3 x )] dx=∫−2

1

(2−x−x2 ) dx=412 satuan luas.

LATIHAN SOAL

Page 19: Integral

2x

y =x

0 1

Y

X

y=2x

y=x

X

Y

20

1. Hitunglah luas daerah yang diarsir pada gambar di bawah ini :

a. b.

2. Hitunglah luas daerah yang dibatasi oleh dua kurva berikut :

a . y=x2 dan y=x+2b . y=9−x2 dan x− y+3=0c . y=x2 dan y=2 x−x2

d . y=2−x2 dan x+ y=0e . y=x2 , y=x+6 dan sumbu Yf . y=√x dan y=x2

g . y=x2−4 x+3 dan x− y−1=0

4. VOLUME BENDA PUTAR

Page 20: Integral

y = f(x)Y

Xba

Y

X20

4.1 VOLUME BENDA PUTAR ANTARA KURVA DAN SUMBU KOORDINAT

Volume benda putar yang dibatasi oleh kurva y = f(x), x = a, x = b dan sumbu X yang

diputar sejauh 360∘ mengelilingi sumbu X adalah :

V=π∫a

b

y2 dx

Begitu juga pada kurva x = f(y) yang diputar mengelilingi sumbu Y sejauh 360∘ dan

dibatasi oleh y = a, y = b, sumbu Y dan kurva itu sendiri maka volumenya : V=π∫a

bx2 dy

Contoh 1 : Tentukan volume benda putar yang terjadi jika daerah yang dibatasi oleh kurva

y=x2, sumbu X dan garis x = 2 diputar mengelilingi sumbu X sejauh 360∘

!

Jawab :

V=π∫0

2(x2) 2 dx=π∫0

4x4 dx=π [ 1

5x5 ]

0

2

=π (325

−0)=325π

satuan volume.

LATIHAN SOAL

Page 21: Integral

y = x + 2

X

Y

2-2 0

2

X

2xY

30

1. Pada gambar di bawah, hitunglah volume benda putarnya jika diputar mengelilingi sumbu X

sejauh 360∘ !

a. b.

2. Hitunglah volume benda putar yang terjadi jika daerah yang dibatasi oleh kurva-kurva yang

diketahui diputar mengelilingi sumbu X sejauh 360∘ !

a. y = x, x = 1 dan x = 10

b. y = x2

, sumbu X, sumbu Y dan x = 6

c. y = √ x , sumbu X, sumbu Y dan x = 9

d. y = x2+1 , x = 0 dan x = 1

e. y = x3

, sumbu X, x = -3 dan x = 3

3. Hitunglah volume benda putar yang terjadi jika daerah yang dibatasi oleh kurva-kurva yang

diketahui diputar mengelilingi sumbu Y sejauh 360∘ !

a. y = x dan y = 6

b. y = √ x dan y = 1

c. y = x2−1 , y = 0 dan y = 1

Quiss :

1. Tentukan rumus volume kerucut V=1

3π r 2 t

dari persamaan garis y =

rtx

yang diputar

mengelilingi sumbu X sejauh 360∘

2. Tentukan rumus volume bola V= 4

3π r3

dari persamaan seperempat lingkaran x2+ y2=r2

yang diputar mengelilingi sumbu X sejauh 360∘

Page 22: Integral

y=f(x)

y=g(x)

X

Y

a b

4.2 VOLUME BENDA PUTAR ANTARA DUA KURVA

Volume benda putar yang diputar mengelilingi sumbu X sejauh 360∘ yang dibatasi oleh

kurva y = f(x), y = g(x), x = a dan x = b adalah :

V=π∫ab( y

12− y

22 ) dx dimana y1=f (x ), y2=g( x ) dan y1> y2

Begitupun untuk benda putar yang diputar mengelilingi sumbu Y.

Contoh 1: Hitunglah isi benda putar yang terjadi jika daerah yang dibatasi oleh kurva y=x2

dan

y = 2x diputar mengelilingi sumbu X sejauh 360∘ !

Jawab : V=π∫0

2 [(2 x )2−( x2 )2] dx=π∫0

2

(4 x2−x4 ) dx=π [43x3−1

5x5 ]

0

2

=6415π

LATIHAN SOAL

1. Hitunglah volume benda putar yang terjadi jika daerah yang dibatasi oleh dua kurva diputar

sejauh 360∘ mengelilingi sumbu koordinat yang disebutkan !

a. y = x dan y = x2

mengelilingi sumbu X

b. y = x2

dan y2=x mengelilingi sumbu Y

c. y = x2

, y = √ x , mengelilingi sumbu Y

d. y = x2

dan y = x4

mengelilingi sumbu X

e. y = x2

dan y = 6 x−x2 mengelilingi sumbu X

f. y = 1+x2 dan y = 9−x2

mengelilingi sumbu X