INTEGRAL
A. ANTIDERIVATIF DAN INTEGRAL TAK TENTU
Jika kita mengambil buku dari tempatnya maka kita dapat mengembalikannya lagi ke tempat semula. Operasi yang kedua ”menghapus” operasi yang pertama. Kita katakan bahwa dua operasi tersebut adalah operasi balikan (invers). Dalam matematika banyak sekali ditemukan pasangan operasi invers, yaitu penambahan dan pengurangan, perkalian dan pembagian, pemangkatan dan penarikan akar, serta penarikan logaritma dan penghitungan logaritma. Sekarang kita akan mengkaji operasi invers dari derivatif yaitu antiderivatif.
1.1. Definisi
F(x) dinamakan antiderivatif dari suatu fungsi f(x) dalam interval [a, b] jika untuk setiap titik dalam interval tersebut berlaku:
'
F
x
f x
. 1.2. Contoh:Misal diberikan fungsi f(x) = x5. Dari definisi di atas maka F(x) =
6 6 x , karena berlaku:
6 '1
6 1 5'
.6.
6
6
x
F
x
x
x
pada
(
,
)
. Perhatikan bahwa jawaban tersebut ternyata bukan satu-satunya jawaban yang benar, karena berlaku F(x) =6 6 x + 7 maupun F(x) = 6 6 x
7 juga jawaban yang benar, sehingga untuk
contoh ini jawaban umumnya adalah F(x) =
6
6 x
+ c.
Pengerjaan f(x) sehingga memperoleh F(x) + c disebut mengintegralkan f(x) ke x dengan notasi:
f(x)dx = F(x) + c.Integral tersebut dinamakan “integral tak tentu”, karena hasilnya masih memuat c (suatu konstanta).
Dalam hal ini:
a) f(x) disebut sebagai integran.
b) F(x) disebut sebagai elemen integrasi. c) c disebut sebagai konstanta integrasi.
Secara umum, anti derivative dapat kita nyatakan sebagai berikut:
B. Rumus-rumus Dasar
Berikut adalah aturan-aturan yang ada pada integral tak tentu:
1.
1 , 1 1 n n x x dx c n n
2.
dx
x dx
1ln
x
c
x
3.
b dxbx c4.
sin x dx cosx c5.
sin
mx n dx
1 cos
mx n
c m
6.
cos x dxsinx c7.
cos
mx n dx
1 sin
mx n
c m
8.
tan x dx ln cosx c9.
cot x dxln sinx c10.
sec x dxln secxtanx c11.
2 2 sec tan cos dx xdx x c x
12.
2 co sec2 cot sin dx xdx x c x
13.
sin
cos
1
sin
11
m mx
xdx
x c
m
14.
cos
sin
1
cos
11
m mx
xdx
x c
m
15.
sec tan x x dxsecx c16.
csc cot x x dx cscx c17.
x x e dx e c
18.
c a a dx a x x ln19.
1 2 arctan 1x x c
20.
2dx 2 1arctanx c a a a x
21.
a x c x a a x a dx ln 2 1 2 222.
x
x
c
dx
arcsin
1
223.
2 2arcsin
dx
x
c
a
a
x
24.
2arcsec
1
dx
x c
x x
25.
a
x
x
a
c
x
dx
2 2 2 2ln
f (x)dx
f(x)
C
Contoh: a)
x5 ... Jawab: Perhatikan bahwa:
x dxn 1 xn 1 c, syarat n -1 n 1 Dengan demikian,
x dx5 1 x5 1 c 1x6 c 5 1 6 b)
2x23x 4dx ... Jawab: Perhatikan bahwa:
ax dxn a xn 1 c, syarat n -1 n 1 Dengan demikian, 2 2 3 3 2 2x 3x 4dx x x 4x c 3 2
Latihan: 1.
x ... 2.
x 3 ... 3.
2x 4 ... 4.
x2 ... 5.
x3 ... 6.
4x5... 7.
x12 ... 8.
5 9 x ... 9.
3 4 5x ... 10.
x23x ... 11.
x2 x 4 ... 12.
2x23x 2 ... 13.
4x33x22x ... 14.
4x55x42x6... 15.
2x7x82x9...Contoh:
C. Integral Substitusi
Salah satu metode yang digunakan untuk menyelesaikan integral adalah metode substitusi, yaitu sebagai berikut: a)
x x
25 dx ...
4 Jawab: Perhatikan bahwa:
2 2 d x 5 d x 5 2x xdx dx 2Dari sini akan kita peroleh:
4 4 2 2 4 2 2 4 1 2 5 2 x x 5 dx x 5 xdx x 5 d x 5 1 x 5 c 4 1 1 x 5 c 5 b)
x 3x2
35 dx ...
4 Jawab:
4 2 3 x 3x 5 dx ...
Substitusi 3 du 2 2 1 U 3x 5 9x x dx du dx 9 Sehingga diperoleh:
2 3 4
4 4 1 5 5 3 1 x 3x 5 dx U du 9 1 1 U c 9 4 1 1U c 45 1 3x 5 c 45 Cara lain: Perhatikan bahwa:
3 3 2 2 d 3x 5 d 3x 5 9x x dx dx 9.
Dari sini akan kita peroleh:
n
f(x)
n 1 f '(x) f(x) dx c n 1
4 4 2 3 3 2 3 4 3 4 3 3 4 1 3 5 3 x 3x 5 dx 3x 5 x dx d 3x 5 3x 5 9 1 3x 5 d 3x 5 9 1. 1 3x 5 c 9 4 1 1 3x 5 c 45 Latihan: 1.
2x 3x2
31 dx ...
2 2.
x 3 x
26x dx ...
4 3.
2x25x
6
20x 25 dx ...
4.
2x12
2x2x dx ...
8 5.
1 2 2 1 3x 15 x 5x dx ... 2 6.
18x22 3x
3x dx ...
9 7.
3x22 x
32 dx ...
12 8.
3x 2 3x
24x dx ...
7 9.
10 2 x x 5 5x dx ... 2 10.
2x25x
4x 5 dx ...
D. Integral ParsialAda bentuk integral yang tidak mudah untuk diselesaikan dengan metode substitusi, yaitu bentuk
u dv. Untuk menyelesaikan bentuk integral seperti ini, kita menggunakan metode parsial. Sebelumnya kita misalkan y = uv.Perhatikan bahwa:
y uv d uv dy dv du u v dx dx dx dx d uv u dv v duContoh:
d uv u dv v du uv u dv v du uv v du u dvDengan demikian, kita peroleh aturan untuk menyelesaikan integral parsial, yaitu sebagai berikut:
a)
3x sinx dx ...Jawab:
Secara singkat penyelesaian integral tersebut adalah sebagai berikut:
3x sinx dx 3 x sinx dx 3 x sinx dx 3 xd cosx 3 x cos x cos x dx 3 x cos x sin x c 3x cos x 3sin x cDengan demikian diperoleh:
3x sinx dx 3x cos x 3sinx c . b)
x cosx dx….Jawab:
misal : U = x dan dV = cos x dx dU = dx dan V = cos x dx V = sin x
Dengan rumus: UdV = UV VdUx cos x dx = x.(sin x) sin x dx = x.sin x + cosx+c
Cara lain:
x cos x 1 0 sin x - cos x Turunkan Integralkan
Maka diperoleh:
x cos x dx = x.sin x + cos x + c Latihan: 1.
2x sin 7x dx ...
2.
3x cos 3x dx ...
3.
x sin dx ...x 2 4.
3x sin2x dx ... 5.
x sin x-1 dx ...
6.
2x sin x +1 dx ...
2
7.
x cos dx ...x 5 8.
x cos 1-x dx ...
9.
5x cos 1- x2 dx ... 10.
x +12 2xe dx ... 11.
xe dx ...x 12.
xe2x-1 dx ... 13.
2x e dx ...2 3x 14.
2x e dx ...3 5x 15.
2x e dx ...5 -x E. Integral TertentuIntegral tertentu berbeda dengan integral tak tentu. Integral tertentu memiliki batas untuk variable integrasi x, biasanya dinotasikan dengan:
b a f x dx+
_
Contoh:
Teorema:
Jika f adalah fungsi kontinu pada interval tertutup [a,b], maka berlaku
b b a a f x dx F x F b F adengan F adalah antiderivatif dari f, yaitu F’(x) = f(x).
Sifat-sifat integral tertentu: a)
a a f x dx 0 b)
b a a b f x dx f x dx c)
c b b a c a f x dx f x dx f x dx, a c b d)
b b a ak f x dx k f x dx
dengan k adalah konstanta.
e)
b a a a b b f x g x dx f x dx g x dx a)
1 0 x dx ...Jawab:
1 2 1 0 0 2 2 1 x dx x 2 1 1 1 0 2 2 1 0 2 1 2 b)
2 0 3x x-2 dx ...Jawab:
2
2 2 0 0 2 3 2 0 3 2 3 2 3x x-2 dx 3x -6x dx x 3x 2 3.2 0 3.0 4 0 4Aplikasi dari integral tertentu ini beberapa di antaranya untuk menghitung luas daerah di antara dua kurva dan menghitung volume benda putar. Kedua hal tersebut akan dibahas di sini.
5.1. Luas Daerah
Secara umum, langkah-langkah untuk menghitung luas daerah di antara dua kurva y1 dan y2 yaitu sebagai berikut:
a) Membuat sketsa kurva y1 dan y2 yang meliputi selang [a,b] yang diinginkan.
b) Memperhatikan selang tempat kurva verada, apakah di atas sumbu x atau di bawah sumbu y. c) Menghitung luas daerah di atas dan di bawah sumbu x dengan menggunakan integral tertentu
dengan cara terpisah. Jika ada yang hasilnya negatif maka harus dimutlakkan agar mendapatkan hasil yang positif, karena tidak mungkin luas hasilnya negatif.
d) Menjumlahkan hasil keduanya sehingga didapatkan luas total.
Perhatikan kedua gambar di bawah ini!
d kanan kiri c d 2 1 c L x x dy L x x dy
b atas bawah a b 2 1 a L y y dx L y y dx
Contoh:
1. Luas daerah yang dibatasi oleh kurva y sinx, y cos x dan sumbu x untuk 0 x 2 adalah… Jawab: 4 2 4 0
Luas sin xdx cos xdx
2.
Luas daerah yang dibatasi oleh parabola dan sumbu x seperti gambar adalah 32. Ordinat puncak parabola adalah …
Jawab:
4 L a b 3 4 Luas 2 b 3 8b 32 3 8b 96 96 b 8 b 12
3. Luas daerah yang dibatasi kurva y x2 6x 5 dan sumbu x adalah… Jawab:
Dengan menggunakan rumus cepat:
2 D D Luas 6a Syarat:
1. Jika kedua kurva dipotongkan akan menghasilkan persamaan kuadrat 2. Batas integral adalah titik potong
Persamaan: 2 y x 6x 5 2 2 D b 4ac 6 4( 1)( 5) 36 20 16
Sehingga luasnya adalah:
2 16 16 32 L 6 1 3
4. Luas daerah yang dibatasi oleh kurva y sin2x , sumbu x dan garis x 6 dan garis x 3 adalah… Jawab:
6
3 6 3 0 0 0 0 6 3 2 3 3 L sin2xdx sin2xdx 1 1 cos2x cos2x 2 21cos2. 1cos2.0 1cos2. 1cos2.0
2 2 2 2
1cos 1cos0 1cos 1cos0 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 . .1 . .1 2 2 2 2 2 2 1 1 1 1 4 2 4 2 1 3 4 4 1
5. Luas yang dibatasi garis y 1 2 dan kurva 2 2 x y 1 x
dapat dinyatakan sebagai integral tertentu,
yaitu … Kunci: 1 2 2 0 1 x dx 1 x
2 2 2 2 2 x 1 x 1 2 2x x 1 x 1 x 1Luas daerah yang diarsir adalah:
1 2 2 0 1 2 2 0 1 2 2 0 1 x Luas 2 dx 2 x 1 1 x 2 dx 2(1 x ) 1 x dx 1 xContoh:
5.2. Volume Benda Putar
Perhatikan kedua hal berikut:
1. Jika y1 dan y2 dua fungsi kontinu pada p x q, maka volume benda putar yang dibatasi oleh y1 dan y2 bila diputar terhadap sumbu x.
2. Jika x1 dan x2 dua fungsi kontinu pada r x s, maka volume benda putar yang dibatasi oleh x1 dan x2 terhadap sumbu y
1. Daerah D dibatasi oleh kurva y sinx , 0 x dan sumbu x. Jika daerah D diputar terhadap sumbu x, maka volume benda putar yang terjadi adalah …
Jawab: 1 2
2
Volume benda putar:
s 2 2 2 1 r s 2 2 jauh dekat r V (x ) (x ) dy V (x ) (x ) dy
q 2 2 2 1 p q 2 2 jauh dekat p V (y ) (y ) dx V (y ) (y ) dx
2 0 0 2 0 v sin x dx 1 cos2x dx 2 1x 1sin2x 1 2 2 2
Jadi, volume benda putar yang terjadi adalah 12
2
satuan volume.
2. Daerah bidang datar yang dibatasi y 1 x
, sumbu x, garis x = 1 dan garis x = 4 diputar mengelilingi sumbu y. Volume benda putar yang terbentuk adalah …
Kunci: 28 3
1 2 1 2 1 2 1 2 1 4 2 2 0 1 3 0 v (y 1) dy 4 1 dy 1 y y 15y 3 4 8 1 15 3 3 2 2 28 3
Jadi, volume benda putar yang terbentuk adalah 28
3 satuan volume.
Latihan:
1) Hitunglah luas daerah yang dibatasi oleh kurva y = x2, garis x = 0, x = 2 dan absis x! 2) Hitunglah luas daerah yang dibatasi oleh kurva y = 3x(x-2), x = 0, x = 3 dan absis x! 3) Hitunglah luas daerah yang dibatasi oleh dua kurva y = x2 + 2 dan y = 5 – 2x!
4) Luas daerah yang dibatasi oleh kurva y = x2 – 4, sumbu y, sumbu x dan garis x = 4 adalah … 5) Luas daerah yang dibatasi oleh kurva y = x2 – 4x + 4, sumbu y dan sumbu x adalah … 6) Luas daerah yang dibatasi oleh kurva y = x2 dan garis y = 6 – x adalah …
7) Luas daerah yang dibatasi oleh kurva y = x2 dan garis y = 2x + 3 adalah …
8) Diberikan f(x) = (x – 2)2 - 4 dan g(x) = -f(x). Luas daerah yang dibatasi oleh kurva f dan g adalah 9) Luas daerah yang dibatasi oleh parabola y = x2 di kuadran I, garis y = 2 – x dan garis y = 4
adalah …
10) Luas daerah yang dibatasi oleh kurva y = x3 – 1, sumbu x, garis x = -1 dan x = 2 adalah … 11) Daerah yang dibatasi oleh kurva y2 = 10x, y2 = 4x dan x = 4 diputar 3600 mengelilingi sumbu x.
Volume benda putar yang terjadi adalah …
12) Volume benda putar yang terjadi jika daerah pada kuadran pertama dibatasi oleh kurva 2
1
4
x
y
, sumbu x, sumbu y dan diputar mengelilingi sumbu x adalah …
13) Volume benda putar yang terjadi jika daerah pada kuadran pertama dibatasi oleh kurva 2
1
y
x
dan sumbu x dari x = -1 sampai x = 1, diputar mengelilingi sumbu x
3600adalah …
14) Volume benda putar yang terjadi jika daerah pada kuadran pertama dibatasi oleh kurva 2
9
y
x
dan y = 5 diputar mengelilingi sumbu y
3600adalah …
15) Volume benda putar yang terjadi jika daerah pada kuadran pertama dibatasi oleh kurva 2
2
1
1.
cos x sin xdx 3 … Jawab:Dengan menggunakan rumus cepat:
n 1 n a U aU dx c U' n 1
Syarat: a k U' Sehingga: 4 3 4 cos x sin x cos x sin xdx c cos x 4 1 sin x c 4
2. Jika df(x) x3 x3 dx dan f(1) 11 20 , maka 2 1 f(x)dx
… Jawab: Diketahui: 3 3 df(x) x x dx Maka: 3 3 4 2 f(x) x x dx 1 1 x x c 4 2
Akan dicari nilai c:
4 2 11 f(1) 20 1.1 1.1 c 11 4 2 20 1 1 11 c 4 2 20 1 11 c 4 20 11 1 c 20 4 11 5 c 20 20 6 3 20 10
Sehingga diperoleh persamaan:
4 2 1 1 3 f(x) x x 4 2 10
2 1 5 1 0 1 1 1 3 f(x)dx x x x 20 2 10 32 1 6 1 1 3 20 4 10 20 2 10 32 5 12 1 10 6 20 20 20 20 20 20 25 5 20 20 20 20 13. Turunan pertama dari f(x) adalah 3
4 1 x , jika f(1) =5, maka f(2) = … Jawab: Diketahui: 1 3 4 f (x) 1 x Maka: 2 f(x) 2x x c Jika f(1) =5, maka: 5 2 1 c c 6
Sehingga diperoleh persamaan:
2 f(x) 2x x 6 Nilai f(2) adalah: 1 2 1 f(2) 2 6 2 7
4. Jika p banyaknya faktor prima dari 42 dan q akar positif persamaan 3x25x 2 0 , maka
p q (5 3x)dx
… Jawab: Diketahui:factor prima dari 42: 2, 3, 7p = 3
Akar positif dari persamaan 3x25x 2 0 adalah x = 2 q = 2
3 p 2 2 q 3 (5 3x)dx 5x x 2 27 15 10 6 2 1 2 2 5. Jika f(x) ax b , 1 0 f(x)dx 1
dan 2 1 f(x)dx 5
, maka a+b = … Jawab: Diketahui: f(x) ax b Jika 1 0 ax b dx 1
, maka: 1 2 0 ax bx a b 1...(i) 2 2 Jika 2 1 ax b dx 5
, maka: 2 2 1 ax bx 3a b ...(ii) 2 2 Dari (i) dan (ii) diperoleh:
3a b 5 2 1a b 1 2 a 4 b 1 Sehingga a + b = 3
6. Gradien garis singgung suatu kurva di titik (x,y) sama dengan 2x - 5. Jika kurva ini melalui titik (4,7), maka kurva tersebut memotong sumbu y di titik …
Jawab:
Diketahui gradien = 2x – 5 dan melalui titik (4, 7), maka persamaan kurvanya:
2
f(x)
2x 5 dx x 5x cf(4) 16 20 c 7 c 11
Jadi persamaan garisnya adalah f(x) x 25x 11
Persamaan kurva memotong sumbu y x 0
2
f(0) (0) 5(0) 11 11
7. Untuk interval x 8 8
, nilai
1 tan 2x tan 2x tan 2x ...dx 2 4 6 ... Jawab:2 4 6
1 tan 2x tan 2x tan 2x ...dx ..
Persamaan merupakan deret geometri tak hingga, maka:
2 2 2 a S 1 r 1 1 tan 2x 1 sec 2x cos 2x Jadi: 2 4 6 2
1 tan 2x tan 2x tan 2x ...dx cos 2xdx cos2xdx 1 sin2x k 2
8. Daerah D dibatasi oleh grafik, fungsi y 1 x
, garis x =1, garis x = 4 dan sumbu x. Jika garis x = c memotong daerah D sehingga menjadi daerah D dan D1 2 yang luasnya sama, maka c = …
Jawab:
1
1 2 2 1 1 2 2 x 4 1 x p 4 1 p x dx x dx 2x 2x 2 p 2 2 4 2 p
3 1 p p 2 2 4 9. Jika b a x cos dx c,c 0 c
, maka b 2 a x sin dx 2c
… Jawab:b a b b a a x cos dx c c x x cos dx c cos dx c c c
Sehingga b b 2 a a x 1 1 x sin dx cos dx 2c 2 2 c
b b a a 1 1 x x cos dx 2 2 c 1 b a 1c 1(b a c) 2 2 2
10.Luas daerah yang diarsir adalah … Jawab: 1 2 sin2x 0 2 sin2x 1 1 1 sin2x sin2x 2 2 2x 6 x 12
12 12 0 0 0 L 1 2 sin2xdx x cos2x cos2. 0 cos2.0 12 12 cos 0 cos2.0 12 6 cos30 cos0 12 1 3 (1) 12 2 1 3 1 12 21. Hasil dari
x32 dx ....
2. Hasil dari
4x23x 2 dx ....
3. Hasil dari
4x23x 2
5
8x 3 dx ....
4. Hasil dari
4x23x 2
5
24x 9 dx ....
5. Hasil dari
x28x dx ....
6. Hasil dari
x28x
3
x 4 dx ....
7. Hasil dari
2x2x dx ....
8. Hasil dari
2x2x
4x41dx .... 9. Hasil dari
0 5 2 3 1 x x 2 dx ....
10. Hasil dari
cos x sinx dx2
adalah….11. Luas daerah yang dibatasi oleh kurva f(x) x 26x 5 , sumbu x, x = 2 dan x = 4 adalah…. 12.
2 0 1 cos x sin xdx
… 13. Jika
a b 3 2 0 0 1 3 x dx , 2x 3 dx 4 2 10
dan a,b > 0, maka nilai a22ab b 2 …14. Gradien garis singgung fungsi y = f(x) di setiap titik P(x,y) sama dengan dua kali absis titik P tersebut. Jika grafik fungsi melalui (0,1), maka f(x) = …
15. Luas daerah yang dibatasi kurva yx23x 4 , sumbu x, garis x = 2 dan x = 6 adalah …
16. Jika D adalah daerah yang dibatasi oleh parabola y4x x 2 serta garis yang melalui (4,0) dan puncak parabola, maka luas D adalah …
17. Luas daerah yang dibatasi oleh kurva fungsi y cos x dan turunannya pada interval 3
2 x 2 adalah … 18. Jika df(x) x3 x3 dx dan f(1) 11 20 , maka 2 1 f(x)dx
… 19. Diketahui df(x) 3x dx . Jika f(4) = 19, maka f(1) = …20. Turunan pertama fungsi f(x) adalah 3 4 1 x . Jika f(1) = 5, maka f(2) = … 21. Jika 1 0 f(x) ax b, f(x)dx 1
dan 2 1 f(x)dx 5
maka a + b = … 22. Diketahui f(x) x dx2
. Jika f(2) 19 3 , maka kurva itu memotong sumbu x pada …
23.
3 1 3 dx x ...24. Jika p banyaknya faktor prima dari 42 dan q akar positif persamaan 3x2 – 5x – 2 = 0, maka
p
q
5 3x dx
= ...25. Volume benda putar bila daerah dibatas oleh kurva y = -x2 + 4 dan y = -2x + 4 diputar mengelilingi sumbu y adalah …
26. Volume benda putar yang terjadi jika daerah antara kurva y = x2 + 1 dan y = x + 3 diputar mengelilingi sumbu x adalah …
27. Volum benda putar yang terjadi jika daerah yang dibatasi oleh kurva y = x + 2, x = 0 dan x = 3 diputar mengelilingi sumbu X seperti pada gambar di bawah adalah ...
28. Luas daerah antara kurva y = x2 + 4x + 7 dan y = 13 – x2 adalah ...
29.
x dxn 1 xn 1 cn 1 , dengan c bilangan tetap, berlaku ...
30. Luas daerah antara kurva y = (x + 1)3, garis y = 1, garis x = -1 dan x = 2 dapat dinyatakan sebagai ...
31. Luas daerah yang dibatasi oleh kurva y = x2 – 4, sumbu y, sumbu x dan garis x = 4 adalah … 32. Luas daerah yang dibatasi oleh kurva y = x2 – 4x + 4, sumbu x dan sumbu y adalah … 33. Jika b > 0 dan memenuhi persamaan 2
b
3 2
0
3b x 3bx dx 0, maka nilai dari a2 -2a + 1 adalah …
34. Hasil dari
3sin2x dx ....
35. Hasil dari
3sin2x dx3
3 ....0 3
y = x + 2 Y
36. Hasil dari
8sin3x dx2
2.... 37. Hasil dari
5cos6 x d x
.... 38. Hasil dari
3cos 5x 3 dx ....
39. Hasil dari
3sinx 2cos x dx ....
40. Hasil dari
2sin3x12cos2x dx .... 41. Hasil dari
3sin x cos xdx ....5 42. Hasil dari
5sin x cos xdx ....6 43. Hasil dari
3x cos xdx .... 44. Hasil dari
4x sin 2x dx ....
45. Hasil dari
2xe dx ....x 46. Hasil dari