Kalkulus Integral : Tugas Tahap 1
Kelompok 4 :
Ahmad Sabiq Al-Hikam (K1321003)
Aisyah Pramudita (K1321005)
Alifta Nurillah Kosasih (K1321009) Apriliza Vina Hasanah (K1321015) Arfiβah Nur Rachmawati (K1321017) Bagus Aqil Saputra (K1321025)
Rachma Lutfiana (K1321063)
Wulan Ramadhany (K1321079)
1. Diberikan grafik πβ² seperti gambar di atas dan diketahui bahwa π(0) = 4. Buatlah sketsa grafik π!
(0, 2.8)
(3.5, 0) (-0.7, 0)
(6.2, 0) (1, 4)
(5, -2)
Jawab :
Informasi yang langsung kita dapatkan dari grafik πβ² antara lain :
β’ πβ²(π₯) = 0 saat π₯ = β0.7, π₯ = 3.5, πππ π₯ = 6.2
β’ π tidak memiliki titik singular karena π terdefinisi dimana-mana.
β’ Karena πβ²(π₯) < 0 saat interval (ββ, β0.7) dan (3.5, 6.2) maka π turun pada (ββ, β0.7) dan (3.5, 6.2).
β’ Karena πβ²(π₯) > 0 pada interval (β0.7, 3.5) dan (6.2, β) maka π naik pada (β0.7, 3.5) dan (6.2, β).
β’ Karena πβ²(π₯) < 0 saat π₯ β (ββ, β0.7) dan πβ²(π₯) > 0 saat π₯ β (β0.7, 3.5) maka (β0.7, π(β0.7)) adalah titik minimum lokal π di (ββ, 3.5).
β’ Karena πβ²(π₯) > 0 saat π₯ β (β0.7, 3.5) dan πβ²(π₯) < 0 saat π₯ β (3.5, 6.2) maka (3.5, π(3.5)) adalah titik maksimum lokal π di (β0.7, 6.2).
β’ Karena πβ²(π₯) < 0 saat π₯ β (3.5, 6.2) dan πβ²(π₯) > 0 saat π₯ β (6.2, β) maka (6.2, π(6.2)) adalah titik minimum lokal π di (3.5, β).
β’ Perhatikan bahwa πβ² naik pada (ββ, 1), berarti pada interval tersebut πβ²β² > 0. Karena πβ²β²(π₯) > 0 pada (ββ, 1) maka π cekung ke atas pada interval tersebut.
β’ Perhatikan bahwa πβ² turun pada (1, 5), berarti pada interval tersebut πβ²β² < 0. Karena πβ²β²(π₯) < 0 pada (1, 5) maka π cekung ke bawah pada interval tersebut.
β’ Perhatikan bahwa πβ² naik pada (5, β), berarti pada interval tersebut πβ²β² > 0. Karena πβ²β²(π₯) > 0 pada (5, β) maka π cekung ke atas pada interval tersebut.
β’ Karena π cekung ke atas pada (ββ, 1) dan cekung ke bawah pada (1, 5) maka (1, π(1)) merupakan titik belok π.
β’ Karena π cekung ke bawah pada (1, 5) dan cekung ke atas pada (5, β) maka (5, π(5)) merupakan titik belok π.
Kemudian untuk mencari informasi tambahan kita akan mencari πβ²(π₯) dan π(π₯).
Kita ketahui bahwa πβ² pada grafik merupakan bentuk dasar dari fungsi polinom berderajat 3.
Kemudian πβ² memotong sumbu y di (0, 2.8). Kemudian kita ketahui akar-akar dari polinom tersebut yaitu π₯ = β0.7, π₯ = 3.5, πππ π₯ = 6.2
Misal
πβ²(π₯) = π(π₯ + 0.7)(π₯ β 3.5)(π₯ β 6.2)
πβ²(π₯) = π(π₯3β 9π₯2+ 14.91π₯ + 15.19)
Kita akan mencari π dengan mensubtitusikan (0, 2.8) pada πβ² sehingga kita peroleh 2.8 = π(15.19)
π = 2.8
15.19
Sehingga kita peroleh πβ²(π₯) =15.192.8 (π₯3β 9π₯2+ 14.91π₯ + 15.19). Kemudian akan dicari π.
Telah kita peroleh bahwa,
π(π(π₯))
ππ₯ = 2.8
15.19(π₯3β 9π₯2 + 14.91π₯ + 15.19) π(π(π₯)) = 2.8
15.19(π₯3β 9π₯2 + 14.91π₯ + 15.19)ππ₯
β« π(π(π₯)) = β«15.192.8 (π₯3β 9π₯2+ 14.91π₯ + 15.19)ππ₯ π(π₯) + πΆ1 = 2.8
15.19β«(π₯3β 9π₯2+ 14.91π₯ + 15.19)ππ₯ π(π₯) + πΆ1 = 2.8
15.19(π₯4
4 β 3π₯3+14.91
2 π₯2+ 15.19π₯ + πΆ2) π(π₯) + πΆ1 = 2.8
15.19(π₯4
4 β 3π₯3+14.91
2 π₯2+ 15.19π₯) + 2.8
15.19πΆ2 π(π₯) + πΆ1 = 2.8
15.19(π₯4
4 β 3π₯3+14.91
2 π₯2+ 15.19π₯) + πΆ3 π(π₯) = 2.8
15.19(π₯4
4 β 3π₯3+14.91
2 π₯2+ 15.19π₯) + πΆ3β πΆ1 π(π₯) = 2.8
15.19(π₯4
4 β 3π₯3+14.91
2 π₯2+ 15.19π₯) + πΆ
Kemudian kita akan mencari nilai C dengan mensubtitusikan (0, 4).
π(0) = πΆ berarti πΆ = 4. Sehingga diperoleh
π(π₯) = 2.8 15.19(π₯4
4 β 3π₯3+14.91
2 π₯2+ 15.19π₯) + 4
β’ Kemudian π akan digunakan untuk mencari letak titik maksimum dan minimum lokal dari π.
Seperti yang telah kita dapatkan sebelumnya titik maksimum lokal π di (β0.7, 6.2) adalah (3.5, π(3.5)).
π(3.5) = 2.8
15.19((3.5)4
4 β 3(3.5)3+14.91
2 (3.5)2+ 15.19(3.5)) + 4 β 13.8 Jadi titik maksimum lokal π di (β0.7, 6.2) adalah (3.5, 13.8).
Kemudian titik minimum lokal π di (ββ, 3.5) adalah (β0.7, π(β0.7))
π(β0.7) = 2.8
15.19(β0.74
4 β 3(β0.7)3+14.91
2 (β0.7)2+ 15.19(β0.7)) + 4 β 2.9 Jadi titik minimum lokal π di (ββ, 3.5) adalah (β0.7, 2.9).
Kemudian titik minimum lokal π di (3.5, β) adalah (6.2, π(6.2))
π(6.2) = 2.8
15.19((6.2)4
4 β 3(6.2)3+14.91
2 (6.2)2+ 15.19(6.2)) + 4 β 10.5 Jadi titik minimum lokal π di (3.5, β) adalah (6.2, 10.5).
Kemudian akan diperiksa keberadaan asimtot dari π.
Asimtot Tegak
π₯ββlim
2.8 15.19(π₯4
4 β 3π₯3+14.91
2 π₯2+ 15.19π₯) + 4 = β dan
π₯ββlim
2.8 15.19(π₯4
4 β 3π₯3+14.91
2 π₯2+ 15.19π₯) + 4 = β maka π tidak memiliki asimtot tegak.
Asimtot Datar Karena βπ, π β β limπ₯βπ
2.8 15.19(π₯4
4 β 3π₯3+14.91
2 π₯2 + 15.19π₯) + 4 = 2.8
15.19(π4
4 β 3π3+14.91
2 π2+ 15.19π) + 4 maka π tidak memiliki asimtot datar.
2. Hitung integral tak tentu berikut : a. β« β3π₯ + 2ππ₯
Misal π’ = 3π₯ + 2 maka ππ’ = 3ππ₯ atau ππ₯ =1
3ππ’ sehingga
β« β3π₯ + 2ππ₯ = β« βπ’ .13ππ’
=1
3β« π’
1 2ππ’
=1
3.2
3π’32+ πΆ
=2
9(3π₯ + 2)32+ πΆ b. β« β2π₯ β 43 ππ₯
Misal π’ = 2π₯ β 4 maka ππ’ = 2ππ₯ atau ππ₯ =1
2ππ’ sehingga
β« β2π₯ β 43 ππ₯ = β« βπ’3 .1
2ππ’
=1
2β« π’
1 3ππ’
=1
2.3
4π’
4 3+ πΆ
=3
8(2π₯ β 4)43+ πΆ c. β« cos(3π₯ + 2) ππ₯
Misal π’ = 3π₯ + 2 maka ππ’ = 3ππ₯ atau ππ₯ =1
3ππ’ sehingga
β« cos(3π₯ + 2) ππ₯ = β« cos π’ .13ππ’
=1
3β« cos π’ ππ’
=1
3sin π’ + πΆ
=1
3sin(3π₯ + 2) + πΆ
d. β« π₯βπ₯2+ 4ππ₯
Misal π’ = π₯2+ 4 maka ππ’ = 2π₯ππ₯ atau ππ₯ = 1
2π₯ππ’ sehingga
β« π₯βπ₯2+ 4ππ₯ = β« π₯βπ’. 1
2π₯ππ’
= β« π’12.1
2ππ’
=1
2β« π’
1 2ππ’
=1
2.2
3π’32+ πΆ
=1
3(π₯2+ 4)32+ πΆ e. β« π₯2(5 + 2π₯3)8ππ₯
Misal π’ = 5 + 2π₯3 maka ππ’ = 6π₯2ππ₯ atau ππ₯ = 1
6π₯2ππ’ sehingga
β« π₯2(5 + 2π₯3)8ππ₯ = β« π₯2(π’)8. 1
6π₯2ππ’
= β«(π’)8.1
6ππ’
=1
6β«(π’)8ππ’
=1
6.1
9π’9+ πΆ
= 1
54(5 + 2π₯3)9+ πΆ f. β« π₯ sin(π₯2 + 4)ππ₯
Misal π’ = π₯2+ 4 maka ππ’ = 2π₯ππ₯ atau ππ₯ = 1
2π₯ππ’ sehingga
β« π₯ sin(π₯2+ 4)ππ₯ = β« π₯ sin(π’) .2π₯1 ππ’
=1
2β« sin(π’)ππ’
=1
2(β cos π’) + πΆ
= β1
2cos(π₯2+ 4) + πΆ
g. β«π₯ sin βπ₯βπ₯2 2+4
+4 ππ₯
Misal π’ = (π₯2+ 4)12 maka ππ’ = 1
2(π₯2+4) 1 2
. 2π₯ππ₯ =π₯
π’ππ₯ atau ππ₯ =π’
π₯ππ’ sehingga
β«π₯ sin βπ₯βπ₯2+42+4ππ₯ = β«π₯ sin π’π’ .π’
π₯ππ’
= β« sin π’ ππ’
= β cos π’ + πΆ
= β cos βπ₯2+ 4 + πΆ h. β« π₯ cos(π₯2+ 4) βsin(π₯2+ 4) ππ₯
Misal π’ = sin(π₯2+ 4) maka ππ’ = cos(π₯2+ 4) . 2π₯ππ₯ atau ππ₯ = 1
2π₯ cos(π₯2+4)ππ’ sehingga β« π₯ cos(π₯2 + 4) βsin(π₯2+ 4) ππ₯ = β« π₯ cos(π₯2 + 4) βπ’ .2π₯ cos(π₯1 2+4)ππ’
= β« βπ’.12ππ’
=1
2β« π’
1 2ππ’
=1
2.2
3π’
3 2+ πΆ
=1
3(sin(π₯2+ 4))32+ πΆ i. β«(βπ‘+4)
3
βπ‘ ππ‘
Misal π’ = βπ‘ + 4 maka ππ’ = 1
2βπ‘ππ‘ atau ππ‘ = 2βπ‘ππ’ sehingga
β«(βπ‘+4)
3
βπ‘ ππ‘ = β«(π’)3
βπ‘ . 2βπ‘ ππ’
= 2 β« π’3ππ’
= 2.1
4π’4+ πΆ
=1
2(βπ‘ + 4)4+ πΆ
j. β« (1 +1π‘)β2(1
π‘2) ππ‘ Misal π’ = 1 +1
π‘ maka ππ’ = β 1
π‘2ππ‘ atau ππ‘ = βπ‘2ππ’ sehingga
β« (1 +1π‘)β2(1
π‘2) ππ‘ = β«(π’)β2(1
π‘2) (βπ‘2)ππ’
= β β« π’β2ππ’
= β(β1. π’β1) + πΆ
= (1 +1
π‘)β1+ πΆ j. β« (1 +1π‘)β2(1
π‘2) ππ‘ = β« 1
(1+1 π‘)2. 1
π‘2ππ‘
= β« 1
((1+1 π‘)(π‘))
2ππ‘
= β«(π‘+1)1 2ππ‘ Misal π‘ + 1 = π’ maka ππ‘ = ππ’ sehingga
β« 1
(π‘+1)2ππ‘ = β«π’12ππ’
= β« π’β2ππ’
= βπ’β1+ πΆ
= β 1
π‘+1+ πΆ k. β« π₯5(π₯3+ 1)
1 3ππ₯
Misal π’ = π₯3+ 1 maka π₯3 = π’ β 1 dan 3π₯2ππ₯ = ππ’ atau ππ₯ = 1
3π₯2ππ’ sehingga
β« π₯5(π₯3+ 1)13ππ₯ = β« π₯5(π’)13. 1
3π₯2ππ’
= β«13π₯3(π’)13ππ’
=1
3β«(π’ β 1)(π’)
1 3ππ’
=1
3β«(π’
4
3β π’13)ππ’
=1
3(β« π’
4
3ππ’ β β« π’
1 3ππ’)
=1
3(3
7π’
7
3+ πΆ1β (3
4π’
4
3+ πΆ2))
=1
3(3
7π’73β3
4π’43+ πΆ1β πΆ2)
=1
3(3
7π’73β3
4π’43+ πΆ3)
=1
7π’
7 3β1
4π’
4 3+1
3πΆ3
=1
7π’73β1
4π’43+ πΆ
=(π₯3+1)
7 3
7 β(π₯3+1)
4 3 4 + πΆ l. β« π₯3
(π₯2+4) 3 2
ππ₯
Misal π’ = π₯2+ 4 maka π₯2 = π’ β 4 dan 2π₯ππ₯ = ππ’ atau ππ₯ =ππ’
2π₯ sehingga
β« π₯
3 (π₯2+4)
3 2
ππ₯ = β«π₯3
π’ 3 2
. 1
2π₯ππ’
=1
2β«π₯
2 π’
3 2
ππ’
=1
2β«π’β4
π’ 3 2
ππ’
=1
2(β« π’β
1
2ππ’ β 4 β« π’β
3 2ππ’)
=1
2(2π’
1
2+ πΆ1β 4 (β2π’β
1
2+ πΆ2))
=1
2(2π’12+ 8π’β12+ πΆ1β πΆ2)
=1
2(2π’12+ 8π’β12+ πΆ3)
= π’12+ 4π’β12+1
2πΆ3
= π’
1
2+ 4π’β
1 2+ πΆ
= (π₯2 + 4)12+ 4(π₯2+ 4)β12+ πΆ
3. Bola dilemparkan ke atas dengan kecepatan 48 kaki/detik dari tepi jurang setinggi 432 meter.
Carilah ketinggian bola di atas tanah t detik kemudian! Kapan bola mencapai ketinggian maksimum? Kapan bola membentur tanah?
Jawab :
Diketahui,
Kecepatan awal (kecepatan saat π‘ = 0) adalah 48 ππππ/πππ‘ππ atau kurang lebih 14.6 π/
πππ‘ππ. Percepatan gravitasi secara umum adalah 9.8π/πππ‘ππ2. Ketinggian awal (ketinggian saat π‘ = 0) adalah 432 π.
Ditanya,
Ketinggian bola saat t detik, berarti kita diminta untuk mecari fungsi ketinggian yang tergantung oleh waktu, misal kita namakan dengan fungsi π (π‘).
Mencari t sehingga s maksimum.
Mencari t sehingga π (π‘) = 0.
Dijawab,
Kita ketahui bahwa percepatan merupakan turunan dari fungsi kecepatan terhadap waktu, kemudian kita ketahui bahwa dalam kasus ini percepatannya konstan dan bernilai negatif (arahnya ke bawah). Sehingga kita peroleh
432 m
ππ£
ππ‘ = β9.8 ππ£ = β9.8 ππ‘
β« ππ£ = β«(β9.8)ππ‘ π£ + πΆ1 = β9.8π‘ + πΆ2
π£ = β9.8π‘ + (πΆ1+ πΆ2) π£ = β9.8π‘ + πΆ
Sehingga kita dapatkan fungsi v terhadap t adalah π£(π‘) = β9.8π‘ + πΆ. Kemudian diketahui bahwa pada saat π‘ = 0, π£(0) = 14.6π/πππ‘ππ. Sehingga kita peroleh
π£(0) = β9.8(0) + πΆ 14.6 = πΆ
Jadi kita peroleh π£(π‘) = β9.8π‘ + 14.6 π/πππ‘ππ.
Kemudian kita ketahui juga bahwa fungsi kecepatan merupakan turunan dari fungsi jarak terhadap waktu. Sehingga kita dapat mencari fungsi jarak terhadap waktu dari fungsi kecepatan.
π£(π‘) =ππ ππ‘
ππ
ππ‘ = β9.8π‘ + 14.6 ππ = (β9.8π‘ + 14.6)ππ‘
β« ππ = β«(β9.8π‘ + 14.6)ππ‘ π = β4.9π‘2+ 14.6π‘ + πΆ
Sehingga kita peroleh fungsi s terhadap t yaitu π (π‘) = β4.9π‘2 + 14.6π‘ + πΆ. Kita ketahui bahwa saat π‘ = 0, π (0) = 432 πππ‘ππ. Sehingga kita peroleh
π (0) = β4.9(02) + 14.6(0) + πΆ 432 = πΆ
Sehingga kita peroleh π (π‘) = β4.9π‘2 + 14.6π‘ + 432 meter. Hal tersebut berarti ketinggian bola saat t detik adalah β4.9π‘2 + 14.6π‘ + 432 meter.
Kemudian kita akan mencari t sehingga s maksimum. Suatu fungsi mencapai titik maksimum/minimumnya pada saat turunannya bernilai nol. Kita ketahui bahwa turunan dari fungsi π (π‘) adalah π£(π‘). Jadi kita akan mencari nilai t yang menyebabkan π£(π‘) = 0.
π£(π‘) = β9.8π‘ + 14.6 0 = β9.8π‘ + 14.6 9.8π‘ = 14.6
π‘ =14.6
9.8 β 1.5 πππ‘ππ
Kemudian akan kita tunjukan apakah benar π‘ = 1.5 πππ‘ππ menyebabkan π (π‘) maksimum. Kita lihat nilai π£(π‘) di kiri dan kanan π‘ = 1.5.
Karena π£(π‘) > 0 π’ππ‘π’π π‘ < 1.5 πππ π£(π‘) < 0 π’ππ‘π’π π‘ > 1.5 maka benar bahwa π‘ = 1.5 menyebabkan π (π‘) maksimum. Jadi, ketinggian maksimum bola akan dicapai saat π‘ = 1.5 detik.
Kemudian kita akan mencari t yang menyebabkan π (π‘) = 0.
π (π‘) = β4.9π‘2+ 14.6π‘ + 432 0 = β4.9π‘2+ 14.6π‘ + 432
π‘1,2 =β14.6 Β± β(14.6)2β 4(β4.9)(432)
β9.8 Diperoleh
π‘1 β 11 πππ π‘2 β β8
Karena π‘ > 0 maka yang memenuhi adalah π‘ = 11 πππ‘ππ. Jadi bola akan menyentuh tanah kira-kira di detik ke-11 setelah dilempar.