LUAS DAN VOLUME DAERAH YANG BERKAITAN DENGAN INTEGRAL BERSAMA CONTOH SO

 

Monday, April 5, 2021

LUAS DAN VOLUME DAERAH YANG BERKAITAN DENGAN INTEGRAL BERSAMA CONTOH SOALNYA

Haikal Alfiwansyah_14_XI IPS 2

 Assalamualaikum kembali lagi sama aku dan kali ini kita akan membahas luas dan volume daerah yang berkaitan dengan integral simak langsung.

A. Luas Daerah yang Dibatasi Kurva

Untuk menghitung luas daerah yang dibatasi suatu kurva dengan sumbu x dapat kita gunakan konsep integral tentu

Perhatikan Ilustrasi berikut

 

 

 

Misalkan kita diberikan gambar berikut,

 

 

 

 

maka luas    adalah:

 

 

 

B. Volume Benda Putar

 

 

Perhatikanlah ilustrasi jika suatu bidang datar dirotasikan terhadap sumbu Y

 

 

 

 Penggunaan Integral

Pada penjelasan sebelumnya integral dapat digunakan untuk mencari luas suatu bidang sebagai fungsi pada interval  dan dibatasi sumbu x sebagaimana proses integral tentu. Lihat tabel berikut:

 

Pada penggunaan lebih lanjut, integral dapat digunakan untuk mencari volume. Volume didapat dari suatu bidang yang mengelilingi/berputar pada suatu sumbu. Metode untuk menghitung volume benda putar adalah metode cakram dan metode kulit.

 

Metode Cakram

 

Metode Kulit

 

Soal Nomor 1
Volume benda putar yang terjadi bila daerah yang dibatasi kurva $y=4x-x^2$ dan $y=-2x+8$diputar ${360}^{\circ }$ mengelilingi sumbu-$Y$ adalah $\cdots \cdot$
A. $32\pi$                 C. $16\pi$               E. $4\pi$    
B. $24\pi$                D. $8\pi$      

Pembahasan

Pertama, buat sketsa kurvanya terlebih dahulu. 
Analisis: $y=4x-x^2$
Karena koefisien $x^2$ negatif, maka kurva $y=4x-x^2$ berbentuk parabola yang terbuka ke bawah.
Cek titik potong terhadap sumbu-$X.$
$$\begin{array}{cc}0& =4x-x^2\\ 0& =x(4-x)\end{array}$$Kurva memotong sumbu-$X$ di $(0,0)$ dan $(4,0).$
Absis titik puncak di $x_p=-\frac{b}{2a}=-\frac{4}{2(-1)}=2.$ Substitusi, sehingga dihasilkan $y_p=4.$ Jadi, koordinat titik puncak parabola di $(2,4).$
Analisis: $y=-2x+8$
Kurva berupa garis lurus yang melalui titik $(0,8)$ dan $(4,0)$.
Sketsa kedua kurva sebagai berikut.
Daerah yang diarsir merupakan daerah yang dibatasi oleh kedua kurva dan akan diputar mengelilingi sumbu-$Y$ sejauh ${360}^{\circ }.$ Tampak kurva kanan = parabola dan kurva kiri = garis.
Batas integrasi adalah dari $0$ sampai $4.$, ditulis ${\int }_0^4.$
Berikutnya, akan dicari bentuk $x^2.$
Kurva $y=4x-x^2$:
$$\begin{array}{cc}y& =4x-x^2\\ y-4& =4x-x^2-4\\ 4-y& =x^2-4x+4\\ 4-y& =(x-2{)}^2\\ \sqrt{4-y}& =x-2\\ \sqrt{4-y}+2& =x\\ (4-y)+4(4-y)+4& =x^2\\ 8-y+4(4-y)& =x^2\end{array}$$Kurva $y=-2x+8$:
$$\begin{array}{cc}y& =-2x+8\\ y-8& =-2x\\ \frac{8-y}{2}& =x\\ \frac{64-16y+y^2}{4}& =x^2\end{array}$$Dengan demikian, volume benda putar daerah tersebut, yakni sebagai berikut.
$$\begin{array}{cc}V& =\pi {\int }_0^4(y_{\text{kanan}}-y_{\text{kiri}})\text{d}y\\ & =\pi {\int }_0^4((8-y+4(4-y\left)\right)-\left(\frac{64-16y+y^2}{4}\right))\text{d}y\\ & =\frac{1}{4}\pi {\int }_0^4\left(\right(32-4y+16\sqrt{4-y})-(64-16y+y^2\left)\right)\\ & =\frac{1}{4}\pi {\int }_0^4(-32+12y-y^2+16\sqrt{4-y})\text{d}y\\ & =\frac{1}{4}\pi {[-32y+6y^2-\frac{1}{3}{y}^3+16\cdot (-\frac{2}{3})(4-y{)}^{3/2}]}_0^4\\ & =\frac{1}{4}\pi [-128+96-\frac{64}{3}+\frac{256}{3}]\\ & =\frac{1}{4}\pi (-32+64)\\ & =8\pi \end{array}$$Jadi, volume benda putar yang terjadi adalah $8\pi$
(Jawaban D)

Soal Nomor 2
Jika daerah yang diarsir pada gambar berikut diputar mengelilingi sumbu-$Y$ sejauh ${360}^{\circ }$, maka volume benda putar yang terjadi adalah $\cdots$ satuan volume.

A. $10\frac{2}{3}\pi$                    D. $12\frac{11}{15}\pi$
B. $12\frac{2}{15}\pi$                  E. $14\frac{2}{3}\pi$
C. $12\frac{4}{15}\pi$

Pembahasan

Pertama, kita tentukan dulu titik potong kedua kurva dengan cara menyamakan fungsinya.
$\begin{array}{cc}x& =x\\ y+2& =y^2\\ y^2-y-2& =0\\ (y-2)(y+1)& =0\end{array}$
Diperoleh $y=-1$ atau $y=2$.
Dari gambar yang diberikan, daerah arsir terbatas pada interval $[0,2]$.
Dengan demikian, volume benda putar yang terjadi dinyatakan sebagai berikut.
$\begin{array}{cc}V& =\pi {\int }_0^2(x_{\text{atas}}^2-x_{\text{bawah}}^2)\text{d}y\\ & =\pi {\int }_0^2\left(\right(y+2{)}^2-\left(y^2{)}^2\right)\text{d}y\\ & =\pi {\int }_0^2\left(\right(y^2+4y+4)-y^4)\text{d}y\\ & =\pi {[\frac{1}{3}{y}^3+2y^2+4y-\frac{1}{5}{y}^5]}_0^2\\ & =\pi \left(\frac{1}{3}\right(2{)}^3+2(2{)}^2+4(2)-\frac{1}{5}(2{)}^5)\\ & =\pi (\frac{8}{3}+8+8-\frac{32}{5})\\ & =\pi \left(\frac{40+240-96}{15}\right)\\ & =\frac{184}{15}\pi =12\frac{4}{15}\pi \end{array}$
Jadi, volume benda putar yang dimaksud sebesar $12\frac{4}{15}\pi$ satuan volume.
(Jawaban C)

Soal Nomor 3
Suatu daerah dibatasi oleh kurva $y^2=10x$, $y^2=4x$, dan $x=4$ diputar ${360}^{\circ }$ mengelilingi sumbu-$X$. Volume benda putar yang terjadi adalah$\cdots$ satuan volume.
A. $80\pi$                 C. $32\pi$                   E. $18\pi$
B. $48\pi$                 D. $24\pi$

Pembahasan

Pertama, kita sketsakan dulu kurvanya masing-masing di sistem koordinat sebagai berikut.
Daerah yang dibatasi oleh ketiga kurva tersebut diarsir pada gambar di atas. Bila daerah itu diputar mengelilingi sumbu-$X$ sejauh ${360}^{\circ }$, maka bagiannya akan saling timpang tindihketika memasuki sudut ${180}^{\circ }$. Karena itu, kita hanya perlu mencari volume benda putar oleh salah satu dari dua daerah yang sama luasnya itu. Misal kita pilih daerah yang atas.
Daerah dibatasi pada interval $[0,4]$. Volume benda putar terhadap sumbu-$X$ sejauh ${360}^{\circ }$dinyatakan sebagai berikut.
$\begin{array}{cc}V& =\pi {\int }_0^4(y_{\text{atas}}^2-y_{\text{bawah}}^2)\text{d}x\\ & =\pi {\int }_0^4(10x-4x)\text{d}x\\ & =6\pi {\int }_0^{4}x\text{d}x\\ & =6\pi {\left[\frac{1}{2}{x}^2\right]}_0^4\\ & =6\pi \left(\frac{1}{2}\right(4{)}^2)-0\\ & =6\pi \left(8\right)=48\pi \end{array}$
Jadi, volume benda putar yang dimaksud sebesar $48\pi$ satuan volume.
(Jawaban B)

 DAFTAR PUSTAKA :

https://www.studiobelajar.com/integral-tentu-penggunaan-integral/

https://ilmuhitung.com/aplikasi-integral-menentukan-luas-dan-volume-suatu-daerah/