Penggunaan turunan
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×

Like this? Share it with your network

Share

Penggunaan turunan

  • 10,738 views
Uploaded on

 

  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Be the first to comment
No Downloads

Views

Total Views
10,738
On Slideshare
10,738
From Embeds
0
Number of Embeds
0

Actions

Shares
Downloads
347
Comments
0
Likes
1

Embeds 0

No embeds

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
    No notes for slide

Transcript

  • 1. PENGGUNAAN TURUNAN Turunan banyak diaplikasikan dalam berbagai bidang kehidupan khususnya ilmupengetahuan dan teknologi. Aplikasi turunan yang telah diajarkan pada pendidikanmenengah diantaranya penggambaran grafik fungsi dan masalah pengoptimasian. Dua halini berkaitan erat karena setiap permasalahan yang dapat dibuat fungsinya mungkin dapatdigambarkan menjadi suatu grafik fungsi, dan dari suatu grafik kita dapat mengetahui nilaioptimum fungsi, yaitu nilai maksimum atau minimum yang dapat dicapai suatu fungsi. Dengan mempelajari turunan dalam kalkulus diferensial, nilai-nilai optimum suatupermasalahan dalam kehidupan sehari-hari dapat diselidiki dengan mudah tanpa harusmenggambarkannya dalam sebuah grafik, meskipun grafik merupakan bagian takterpisahkan dari perhitungan kalkulus. Beberapa aplikasi lainnya yang berkaitan dengan metode numerik diantaranyadiferensial, pendekatan linear, penyelesaian numerik persamaan dengan metode Newton,dan lain sebagainya. Turunan juga banyak diaplikasikan dalam bidang ekonomi, bisnis,kependudukan, dan lain- lain.1. Masalah Peongoptimasian (Maksimum-Minimum) Sebelum membahas contoh langsung dari aplikasi turunan, berikut akan dibahas beberapa definisi dan teorema dalam kalkulus. a. Titik Kritis (Critical Point ) Definisi Titik Kritis : Titik x = c dikatakan titik kritis dari fungsi f (x) jika f (c) ada, dan memenuhi salah satu dari 𝑓′ 𝑐 = 0 atau 𝑓 β€² 𝑐 tidak ada Jika 𝑓 β€² 𝑐 = 0 maka c disebut titik stasione r, dan jika 𝑓 β€² 𝑐 tidak ada maka c disebut titik singular (terisolir). Contoh 1 : Carilah titik-titik kritis dari fungsi 𝑓 π‘₯ = βˆ’π‘₯ 2 + 4π‘₯ . Penyelesaian : Turunan fungsi f (x) β‡’ 𝑓′ π‘₯ = βˆ’2π‘₯ + 4 Fungsi turunan ini merupakan fungsi linear yang berarti turunannya ada untuk semua bilangan real. Kalkulus I/Penggunaan Turunan/rHn_copyright | 13
  • 2. Titik kritis diperoleh dari 𝑓 β€² (π‘₯) = 0 ⇔ βˆ’2π‘₯ + 4 = 0 ⇔ π‘₯ = 2 Dan karena 𝑓 2 = βˆ’22 + 4.2 = 4 (ada), maka x = 2 adalah titik kritis dari fungsi tersebut. ∎ Contoh 2 : 4 1 Carilah titik-titik kritis dari fungsi 𝑓 π‘₯ = π‘₯ 3 + 4π‘₯ 3 . Penyelesaian : 1 βˆ’2 4 4 Turunan fungsi f (x) β‡’ 𝑓′ π‘₯ = π‘₯3 + 3 π‘₯ 3 3 Karena ada variabel berpangkat negatif, kemungkinan fungsi turunan ini berbentuk pecahan rasional, yang memungkinkan di suatu titik nilainya tidak ada. Untuk itu sederhanakan fungsi menjadi 4 1 4 βˆ’2 4 2 4(π‘₯ + 1) 𝑓 β€² (π‘₯) = π‘₯ 3 + π‘₯ 3 ⇔ 𝑓 β€² π‘₯ = π‘₯ βˆ’3 π‘₯ + 1 ⇔ 𝑓 β€² π‘₯ = 2 3 3 3 3π‘₯ 3 Jika penyebutnya nol, yaitu saat x = 0, maka 𝑓 β€² (π‘₯) tidak ada, atau 𝑓 β€² 0 =tidak ada. Jadi x = 0 adalah titik kritis (titik singular). Titik kritis yang lain (titik stasioner) diperoleh dari 4(π‘₯ + 1) 𝑓′ π‘₯ = 0 ⇔ 2 =0 3π‘₯ 3 Persamaan terakhir akan bernilai nol pada saat x = -1 , atau 𝑓 β€² (βˆ’1) = 0 . Dengan demikian, x = -1 adalah titik stasioner . Karena 𝑓 βˆ’1 dan 𝑓(0) ada, maka -1 dan 0 adalah titik-titik kritis fungsi tersebut. ∎b. Nilai Ekstrim Lokal/Relatif dan Global/Absolut Nilai ekstrim adalah nilai di mana fungsi mencapai nilai maksimum ataupun minimum. Nilai maksimum ataupun minimum dapat dibedakan menjadi dua jenis dilihat dari daerah asal yang dibicarakan atau di mana fungsi didefinisikan. Definisi Ekstrim Lokal dan Global : 1. 𝑓(π‘₯) dikatakan memiliki nilai maksimum global/absolut pada x = c jika 𝑓(π‘₯) β‰₯ 𝑓(𝑐) untuk setiap x dalam daerah asalnya. 2. 𝑓(π‘₯) dikatakan memiliki nilai minimum global/absolut pada x = c jika 𝑓(π‘₯) ≀ 𝑓(𝑐) untuk setiap x dalam daerah asalnya. Kalkulus I/Penggunaan Turunan/rHn_copyright | 14
  • 3. 3. 𝑓(π‘₯) dikatakan memiliki nilai maksimum lokal/relatif pada x = c jika 𝑓(π‘₯) β‰₯ 𝑓(𝑐) untuk setiap x dalam interval terbuka di sekitar c.4. 𝑓(π‘₯) dikatakan memiliki nilai minimum lokal/relatif pada x = c jika 𝑓(π‘₯) ≀ 𝑓(𝑐) untuk setiap x dalam interval terbuka di sekitar c.Nilai ekstrim lokal hanya dilihat dari titik-titik di dalam interval, sedangkan nilaiekstrim global dilihat dari titik-titik ujung serta semua titik di dalam interval. Jadi,nilai ekstrim global pasti merupakan nilai ekstrim lokal, tetapi tidak sebaliknya.Perhatikan gambar berikut :Jika f (x) didefinisikan pada daerah asal I =[a, e], maka dari gambar di atas dapatdilihat nilai- nilai maksimum dan minimumnya. f (x) mencapai maksimum di b dan ddalam I , artinya f (x) mempuyai maksimum lokal/relatif pada keduanya. Tetapi f (d)> f (b) , artinya f (d) juga merupaka nilai maksimum global/absolut.f (x) mencapai nilai minimum di a dan c, tetapi a adalah titik ujung I , dan f (a) < f(c) , artinya f (a) adalah nilai minimum global dan f (c) adalah nilai minimum lokal.Contoh 3:Tentukan nilai maksimum dan minimum global maupun lokal dari fungsi 𝑓 π‘₯ = π‘₯ 2pada interval I = [-1, 2].Penyelesaian : Domain dari f (x) adalah I = [-1, 2]. Dari gambar, terlihat bahwa nilai minimum lokal sekaligus minimum globalnya adalah 0 (di titik x = 0). Sedangkan nilai maksimun global- nya adalah 4 (di titik x = 2). Fungsi ini tidak memiliki maksimum lokal. ∎ Kalkulus I/Penggunaan Turunan/rHn_copyright | 15
  • 4. Contoh 4 :Tentukan nilai maksimum dan minimum global maupun lokal dari fungsi 𝑓 π‘₯ = π‘₯ 2pada interval I = [-2, 2].Penyelesaian : Domain dari f (x) adalah I = [-2, 2]. Dari gambar, terlihat bahwa nilai minimum lokal sekaligus minimum globalnya adalah 0 (di titik x = 0). Sedangkan nilai maksimun global- nya adalah 4 (di titik x = -2 dan x = 2). Fungsi ini tidak memiliki maksimum lokal . ∎Contoh 5 :Tentukan nilai maksimum dan minimum global maupun lokal dari 𝑓 π‘₯ = π‘₯ 2 .Penyelesaian : Fungsi ini mempunyai daerah asal/domain yaitu himpunan bilangan real, atau 𝑅 = (βˆ’βˆž, ∞). Dengan demikian, fungsi ini hanya mempunyai minimum lokal dan global yaitu 0 (di titik x = 0), dan tidak memiliki maksimum lokal maupun global. ∎Teorema Nilai Ekstrim :Jika suatu fungsi f kontinu pada interval [a, b] ( f (x) ada di semua titik dalaminterval), maka f pasti mempunyai nilai maksimum global/absolut dan minimumglobal/absolut.Berdasarkan definisi-definisi dan teorema di atas, dapat disimpulkan, bahwa nilai-nilai ekstrim (maksimum/minimum) kemungkinan berada di titik-titik berikut : 1. Titik-titik ujung interval, 2. Titik-titik stasioner atau titik di mana 𝑓 β€² π‘₯ = 0, 3. Titik-titik singular atau titik di mana 𝑓 β€² (π‘₯) tidak ada.Biasanya, jenis maksimum atau minimum dari nilai ekstrim sudah diketahui. Denganmensubstitusi titik kritis ke dalam f (x), nilai maksimum atau minimum pasti dapatdilihat dengan jelas. Untuk keperluan pembuatan grafik, terdapat uji turunan ke-dua. Kalkulus I/Penggunaan Turunan/rHn_copyright | 16
  • 5. Teorema Uji Turunan ke-dua untuk Ekstrim Lokal/Relatif : Misalkan c adalah titik kritis dari fungsi f di mana 𝑓 β€² 𝑐 = 0 dan 𝑓 β€² π‘₯ ada untuk semua x pada interval yang memuat c. Jika 𝑓′′ 𝑐 ada, maka i. Jika 𝑓 β€²β€² (𝑐) < 0 , maka di c, f mempunyai nilai maksimum relatif yaitu 𝑓 𝑐 . ii. Jika 𝑓 β€²β€² 𝑐 > 0 , maka di c, f mempunyai nilai minimum relatif yaitu 𝑓 𝑐 . iii. Jika 𝑓 β€²β€² 𝑐 = 0 , maka di c, f mempunyai nilai minimum/maksimum relatif 𝑓 𝑐 , atau bukan keduanya.c. Penerapan Nilai Ekstrim Mutlak Banyak permasalahan kehidupan sehari-hari dapat dipecahkan dengan turunan. Tentunya, permasalahan ini dideskripsikan dalam bahasa sehari- hari. Untuk menyelesaikannya secara matematis, tentunya permasalahan ini harus diubah ke dalam bentuk matematika. Representasi masalah dalam dunia nyata ke dalam bahasa matematika dikenal dengan istilah model matematika. Untuk itu, ada beberapa langkah yang dapat diikuti, untuk memudahkan penyelesaian masalah sehari- hari yang berkaitan dengan kalkulus diferensial . 1. Buatlah sebuah gambar dari masalah tersebut kemudian tetapkan variabel- variabel untuk menggantikan nilai yang belum diketahui, misalnya x dan y. 2. Tuliskan rumus untuk besaran yang akan dimaksimumkan/diminimumkan dalam bentuk variabel-variabel yang sudah ditetapkan, yaitu x dan y, misalnya A(x, y). 3. Carilah kondisi yang membatasi masalah dan bentuk menjadi suatu persamaan dalam variabel x dan y, kemudian nyatakan dalam satu variabel saja, misalnya x. Substitusikan persamaan pembatas ini ke dalam besaran tujuan agar menjadi fungsi dalam x, yaitu A(x). 4. Tentukan himpunan nilai-nilai x yang mungkin, biasanya dalam bentuk interval seperti [a, b]. 5. Tentukan titik-titik kritis (titik ujung, titik stasioner, titik singular). 6. Tentukan titik mana yang memberikan nilai maksimum/minimum (biasanya 𝑑𝐴 dicapai oleh titik stasioner, yaitu saat = 𝐴′ (π‘₯) = 0. 𝑑π‘₯ Contoh 6 : Sebuah halaman di belakang sebuah bangunan akan dipagari dengan pagar kawat. Jika pagar kawat yang tersedia 500 m, berapa ukuran halaman yang dapat dipagari seluas mungkin, jika ujung-ujung pagar ditempatkan di tembok bangunan. Kalkulus I/Penggunaan Turunan/rHn_copyright | 17
  • 6. Penyelesaian :Permasalahan di atas dapat dibuat gambarnya untuk memudahkan kita menentukanbesaran tujuan dan pembatasnya. Bangunan Halaman y xMisalkan, halaman yang akan dipagari panjangnya x dan lebarnya y.Tujuan : maksimumkan luas halaman yang dipagari β‡’ 𝐴 = π‘₯. 𝑦Batasan : pagar kawat tersedia 500 m β‡’ 500 = π‘₯ + 2𝑦 ⇔ π‘₯ = 500 βˆ’ 2𝑦Substitusi fungsi pembatas ke dalam tujuan: 𝐴 = π‘₯. 𝑦 = 500 βˆ’ 2𝑦 . 𝑦 = 500𝑦 βˆ’ 2𝑦 2 β‡’ 𝐴 𝑦 = 500𝑦 βˆ’ 2𝑦 2Karena y adalah lebar halaman yang harus dipagari, maka nilai yang mungkin untuky adalah [0, 250].Titik kritis (stasioner) diperoleh dari 500 𝐴′ 𝑦 = 0 ⇔ 500 βˆ’ 4𝑦 = 0 ⇔ 𝑦 = = 125 4Uji titik kritis dan titik ujung interval : 2 𝐴 0 = 500 0 βˆ’ 2 0 =0 2 𝐴 125 = 500 125 βˆ’ 2 125 = 31250 2 𝐴 250 = 500. 250 βˆ’ 2. 250 =0Dengan demikian nilai maksimumnya adalah 31250 untuk y = 125 , dan π‘₯ = 500 βˆ’ 2. 125 = 250Jadi, ukuran halaman yang dapat dipagari seluas mungkin dengan panjang pagar500m adalah 250 π‘š Γ— 125 π‘š. ∎ Kalkulus I/Penggunaan Turunan/rHn_copyright | 18
  • 7. Latihan1. Carilah titik-titik kritis dan hitunglah nilai maksimum dan minimum fungsi- fungsi yang diberikan pada interval yang telah ditentukan. a. 𝑓 π‘₯ = βˆ’π‘₯ 2 + 4π‘₯ βˆ’ 1 ; 𝐼 = 0, 3 b. 𝑓 π‘₯ = π‘₯ 2 + 3π‘₯ ; 𝐼 = βˆ’2, 1 c. 𝑓 π‘₯ = π‘₯ 3 + 5π‘₯ βˆ’ 4 ; 𝐼 = βˆ’3, 1 d. 𝑓 π‘₯ = π‘₯ 3 + 3π‘₯ 2 βˆ’ 9π‘₯ ; 𝐼 = βˆ’4, 4 3 e. 𝑓 π‘₯ = π‘₯ 3 βˆ’ 3π‘₯ + 1 ; 𝐼 = βˆ’ 2 , 3 1 f. 𝑓 π‘₯ = 5 2π‘₯ 3 + 3π‘₯ 2 βˆ’ 12π‘₯ ; 𝐼 = βˆ’3, 3 g. 𝑓 π‘₯ = π‘₯ 4 βˆ’ 8π‘₯ 2 + 16 ; 𝐼 = βˆ’4, 0 π‘₯ h. 𝑓 π‘₯ = ; 𝐼 = βˆ’1, 2 π‘₯ +2 π‘₯ +5 i. 𝑓 π‘₯ = ; 𝐼 = βˆ’5, 2 π‘₯ βˆ’3 π‘₯ +1 j. 𝑓 π‘₯ = 2π‘₯ βˆ’3 ; 𝐼 = 0, 12. Tentukan ukuran lahan bebentuk persegi panjang yang dapat dipagari seluas mungkin dengan panjang pagar tersedia 100 m.3. Misalkan salah satu sisi taman bunga berbentuk persegi panjang adalah di tepi sungai. Tentukan ukuran terluas dari taman jika ketiga sisi lainnya dibangun pagar yang panjangnya 240 m.4. Tentukan suatu bilangan pada interval [0, 1] sehingga selisih bilangan tersebut dengan kuadratnya maksimum.5. Carilah dua bilangan tak negatif yang jumlahnya 10 dan hasil kalinya maksimum.6. Tentukan suatu bilangan pada interval [1/3 , 2] sehingga jumlah bilangan tersebut dengan balikan perkaliannya maksimum.7. Sebuah kawat yang panjangnya 100 cm dipotong menjadi dua bagian. Satu bagian dibentuk menjadi persegi, yang lainnya dibentuk menjadi segitiga sama sisi. Di tempat manakah kawat seharusnya dipotong agar : a) Jumlah luas keduanya minimum ; b) Jumlah luas keduanya maksimum.8. Iuran tahunan setiap anggota perkumpulan adalah Rp 100.000,00. Iuran berkurang Rp 5.000,00 jika jumlah anggota di atas 60 orang, dan bertambah Rp 5.000,00 jika kurang dari 60 orang. Berapa jumlah anggota seharusnya agar iuran yang masuk maksimum. Kalkulus I/Penggunaan Turunan/rHn_copyright | 19