Menemukan Konsep Rotasi Percobaan 10.1

129 Matematika Percobaan 1. Letakkanlah bidang ABCD di atas kertas karton. Lukislah garis di atas kertas karton tersebut mengikuti keliling bidang ABCD dan berilah nama di kertas karton tersebut mengikuti nama bidang ABCD tersebut. Tusuklah dengan paku payung di pusat bidang ABCD menembus bidang di bawahnya. Putarlah bidang ABCD sesuai keinginanmu. Percobaan 2. Tusuklah dengan paku payung di salah satu titik sudut bidang ABCD menembus bidang di bawahnya. Putarlah bidang ABCD sesuai keinginanmu. Percobaan 3. Rekatlah salah satu ujung sebuah lidi pada bidang ABCD, kemudian peganglah lidi di ujung yang lain. Putarlah lidi tersebut sesuai keinginanmu. Dari percobaan 1, 2, dan 3, kesimpulan apa yang dapat kamu berikan. Mari kaji lebih lanjut percobaan ini. Misalkan percobaan 1, 2, dan 3 ditunjukkan dengan gambar dibawah ini. Perhatikan beberapa gambar berikut. a b c Gambar 10.16 Sebidang kertas dirotasi dengan pusat rotasi yang berbeda Berdasarkan gambar di atas, letak sebuah titik atau bidang setelah rotasi dipengaruhi oleh titik pusat rotasinya. Dengan demikian, mari kita temukan konsep rotasi sebuah titik dengan menampilkan percobaan tersebut ke dalam koordinat kartesius. Kamu diharapkan aktif dalam mengamati rotasi titik di pokok bahasan ini. Rotasi pada Pusat O0, 0 Mari kita amati beberapa contoh rotasi titik dengan pusat O0, 0 sebagai berikut. 130 Kelas XI SMAMASMKMAK Contoh 10.6 Rotasi titik sebesar 90 dengan pusat O0, 0 Gambar 10.17 Rotasi 90 beberapa titik pada bidang koordinat Kartesius dengan pusat O0,0 Rotasi titik pada gambar di atas disajikan pada tabel berikut. Tabel 10.6 Koordinat titik dan bayangannya oleh rotasi sejauh 90 dengan pusat O0, 0 Rotasi sejauh 90 dengan Pusat Rotasi O0, 0 Titik Objek Titik Bayangan Pola A3, 0 A’0, 3             − =       3 1 1 3 B4, 1 B’-1, 4             − =      − 1 4 1 1 4 1 C5, 2 C’-2, 5             − =      − 2 5 1 1 5 2 131 Matematika Dengan demikian, rotasi 90 dengan pusat O0, 0 diwakili dengan matriks R o O [ , , ] 0 0 1 1 = −       Contoh 10.7 Bidang ABCD dengan A0, 0, B4, 0, C4, 3 dan D0, 3 dirotasikan sebesar 90 dengan pusat A0, 0. Tunjukkan dan tentukan koordinat objek setelah dirotasikan. Alternatif Penyelesaian Perhatikan gambar berikut. Gambar 10.18 Rotasi sebuah bidang ABCD dengan pusat O0, 0 Hasil rotasi setiap titik A, B, C, dan D menghasilkan bayangan titik A, B, C, dan D yang dapat kita ketahui koordinatnya seperti pada tabel berikut. 132 Kelas XI SMAMASMKMAK Tabel 10.7 Koordinat titik dan bayangan bidang ABCD oleh rotasi sejauh 90 dengan pusat O0, 0 Rotasi sejauh 90 dengan Pusat Rotasi A0, 0 Titik Objek Titik Bayangan A0, 0 A’0, 0 B4, 0 B’0, 4 C4, 3 C’-3, 4 D0, 3 D’-3, 0 Secara umum, kamu pasti sudah dapat melihat pola atau hubungan antara koordinat objek dengan koordinat bayangan, bukan? Jika sebuah titik Aa, b dirotasikan dengan sudut 90 searah jarum jam dan pusat rotasi O0, 0 maka koordinat bayangan adalah A-b, a. Ingat koordinat A’-b, a dapat dituliskan dengan             − =      − b a a b 1 1 . Contoh 10.8 Rotasi titik sebesar 180 dengan pusat O0, 0 Gambar 10.19 Rotasi 180 titik pada koordinat kartesius dengan pusat O0, 0 133 Matematika Rotasi titik pada gambar 10.19 di atas disajikan pada tabel berikut. Tabel 10.8 Koordinat titik dan bayangan titik oleh rotasi sejauh 180 dan pusat O0, 0 Rotasi sejauh 180 dengan Pusat Rotasi O0, 0 Titik Objek Titik Bayangan Pola A2, 0 A’-2, 0             − − =      − 2 1 1 2 B3, 1 B’-3, -1             − − =       − − 1 3 1 1 1 3 C4, 2 C’-4, -2             − − =       − − 2 4 1 1 2 4 Dengan demikian, rotasi 180 dengan pusat O0,0 diwakili dengan matriks R o O [ , , ] 180 0 0 1 1 = − −       Tugas Kelompok Tunjukkan matriks yang mewakili rotasi titik sebesar -90 dengan pusat O0, 0 Dengan demikian, matriks rotasi dapat disajikan pada tabel berikut: Matriks rotasi dengan sudut 1. 270 o 1 1 − −       4. –90 o 1 1 0 −       2. 180 o − −       1 1 5. –180 o − −       1 1 3. 90 o 1 1 −       6. –270 o 1 1 −       134 Kelas XI SMAMASMKMAK Rotasi pada Pusat Pa,b Mari kita amati beberapa contoh rotasi titik dengan pusat Pa, b sebagai berikut. Contoh 10.9 Rotasi titik sebesar 90 dengan pusat Pa, b Tunjukkanlah rotasi titik A-5, 4 sebesar 90 dengan pusat P1, 2 pada sistem koordinat. Gambar 10.20 Rotasi 90 titik A-5,4 pada sistem koordinat Kartesius dengan pusat P1, 2 Langkah-langkah rotasi sebagai berikut. Langkah 1. Translasikan koordinat objek dengan -a, -b sehingga pusat rotasi berubah menjadi O0, 0 Titik A-5, 4 ditranslasi dengan T-1, -2 diperoleh A-6, -2 Langkah 2. Rotasikan objek yang telah ditranslasikan sebesar sudut rotasi. Titik A-6, -2 dirotasikan sebesar 90 dan pusat O0, 0 diperoleh A-2, -6 Langkah 3. Translasikan kembali koordinat hasil langkah 2 dengan pusat rotasi Pa, b. Titik A-2, -6 ditranslasikan kembali dengan 1, 2 diperoleh A-1,-4 Jadi, banyangan rotasi titik A-5, 4 dengan rotasi sebesar 90 dengan pusat rotasi P1, 2 adalah A-1, -4 135 Matematika Contoh 10.10 Perhatikan bidang ABCD adalah A0, 0, B4, 0, C4,3 dan D0, 3 dirotasikan sebesar -90 dengan pusat rotasi P7, 3. Perhatikan gambar Gambar 10.21 Rotasi sebuah bidang ABCD dengan pusat P7,3 Tabel 10.9 Koordinat titik dan bayangan titik oleh rotasi sejauh -90 dan pusat P7, 3 Rotasi sejauh -90 dengan Pusat Rotasi P7, 3 Titik Objek Tranlasi T-7, -3 Rotasi -90 Pusat O0, 0 Translasi P7, 3 = Titik Bayangan A0, 0 A 1 -7, -3 A 2 -3, 7 -3,7 + 7,3 = A’4, 10 B4, 0 B 1 -3, -3 B 2 -3, 3 -3, 3 + 7,3 = B’4,6 C4, 3 C 1 -3, 0 C 2 0, 3 0, 3 + 7,3 = C’7, 6 D0, 3 D 1 -7, 0 D 2 0, 7 0, 7 + 7, 3 = D’7,10 Rotasi dengan matriks rotasi M R dan pusat Pp,q Jika titik Aa,b dirotasi dengan matriks rotasi M R dan pusat Pp,q adalah A ′b,a. Dituliskan, a b M R a p b q p q                   = − − + 136 Kelas XI SMAMASMKMAK Contoh 10.11 Sebuah garis 2x – 3y – 4 = 0 dirotasikan sebesar 180 dengan titik pusat rotasi P1, -1. Tentukanlah persamaan garis setelah dirotasikan. Alternatif Penyelesaian. Dengan menggunakan konsep yang telah ditemukan. Misalkan titik Ax, y adalah sembarang titik yang dilalaui oleh garis tersebut, sehingga: , , ] 180 , 1 , 1 [ y x A y x A P R     →  − Langkah 1. Translasi dengan T-1,1       + − =      − +       1 1 1 1 y x y x Langkah 2. Rotasi dengan sudut 180 dan pusat O0,0       − − + − =       + −       − − 1 1 1 1 1 1 y x y x Langkah 3. Translasi dengan P1,-1       − − + − =       − +       − − + − 2 2 1 1 1 1 y x y x Jadi,       − − + − =       2 2 y x y x atau x = -x+2 dan y = -y-2 sehingga persamaan garis setelah dirotasikan adalah: 4 2 3 2 2 = − − − − + − y x 4 6 3 4 2 = − + + + − y x 6 3 2 = + + − y x 137 Matematika 4. Memahami dan Menemukan Konsep Dilatasi Perkalian 4.1 Menemukan Sifat-Sifat Dilatasi Kamu pernah mengamati sebuah balon yang dihembus atau diisi dengan udara, bukan? Makin banyak udara yang dipompa ke balon balon makin membesar. Pembesaran tersebut merupakan dilatasi sebuah benda. Perhatikan dilatasi beberapa objek pada gambar berikut. Gambar 10.22 Dilatasi titik, bidang dan kurva pada koordinat kartesius. Berdasarkan gambar di atas, bentuk suatu objek bila dilatasi tidak akan berubah, bukan? Tetapi bagaimana dengan ukurannya? Ukuran objek yang didilatasi akan berubah. Perhatikan sifat-sifat dilatasi berikut. Perhatikan sifat-sifat dilatasi berikut. Sifat 10.7 Bangun yang diperbesar atau diperkecil dilatasi dengan skala k dapat mengubah ukuran atau tetap ukurannya tetapi tidak mengubah bentuk. Jika k 1 maka bangun akan diperbesar dan terletak searah terhadap pusat dilatasi dengan bangun semula. Sifat 10.8 Bangun yang diperbesar atau diperkecil dilatasi dengan skala k dapat mengubah ukuran tetapi tidak mengubah bentuk. Jika k = 1 maka bangun tidak mengalami perubahan ukuran dan letak. 138 Kelas XI SMAMASMKMAK 138 Kelas XI SMAMA Sifat 10.9 Bangun yang diperbesar atau diperkecil dilatasi dengan skala k dapat mengubah ukuran tetapi tidak mengubah bentuk. Jika 0 k 1 maka bangun akan diperkecil dan terletak searah terhadap pusat dilatasi dengan bangun semula. Sifat 10.10 Bangun yang diperbesar atau diperkecil dilatasi dengan skala k dapat mengubah ukuran atau tetap ukurannya tetapi tidak mengubah bentuk. Jika –1 k 0 maka bangun akan diperkecil dan terletak berlawanan arah terhadap pusat dilatasi dengan bangun semula. Sifat 10.11 Bangun yang diperbesar atau diperkecil dilatasi dengan skala k dapat mengubah ukuran atau tetap ukurannya tetapi tidak mengubah bentuk. Jika k – 1 maka bangun akan diperbesar dan terletak berlawanan arah terhadap pusat dilatasi dengan bangun semula.

4.2 Menemukan Konsep Dilatasi

Masalah-10.4 Pernahkah kamu melihat gelombang di permukaan air yang tenang. Coba kamu isi air pada ember dengan permukaan berbentuk lingkaran kemudian biarkan sejenak agar permukaan air tidak beriak atau tenang. Kemudian, coba kamu jatuhkan setetes air ke permukaan air yang tenang tersebut. Pengamatan apa yang kamu peroleh? Tentu kamu melihat ada gelombang di permukaan air. Misalkan gelombang air tersebut kita ilustrasikan sebagai berikut. a b c Gambar 10.23 Bentuk gelombang pada permukaan air