Persamaan Linear Buku pegangan guru matematika sma kelas

65 Matematika

2. Persamaan Linear

Setelah kita mempelajari konsep nilai mutlak, kita akan mempelajari konsep persamaan linear. Berikut beberapa masalah yang dapat memberi pemahaman persamaan linear satu atau dua peubah. Cermatilah masalah berikut Masalah-2.2 Andi dalam tiga hari berturut-turut membelanjakan uangnya untuk membeli keperluan sekolah. Pada hari Minggu dia menghabiskan 1 2 1 3 dari uang yang dimilikinya. Pada hari Senin, dia membelanjakan uangnya Rp4.000,00 lebih sedikit dari uang yang dia belanjakan hari Minggu. Sementara uang yang dibelanjakan pada hari Selasa hanya 1 2 1 3 dari belanja hari Senin. Sekarang dia masih memiliki uang sisa belanja sebanyak Rp1.000,00. Dapatkah kamu membuat model dari permasalahan tersebut? Buatlah model matematika dari masalah tersebut Tentukan uang Andi sebelum dibelanjakan? Alternatif Penyelesaian Diketahui: Belanja hari Minggu = 1 6 1 2 × jumlah uangnya. Belanja hari Senin = Rp4.000,00 lebih sedikit dari belanja hari Minggu. Belanja hari Selasa = 1 2 1 3 × belanja hari Senin. Sisa uang belanja = Rp 1.000,00 Ditanya: • Buatlah model matematika dari permasalahan di atas. • Tentukan banyak uang Andi sebelum dibelanjakan. Marilah kita bersama-sama menyelesaikan permasalahan ini. Misalkan banyak uang Andi sebelum dibelanjakan adalah x rupiah Ingatkan kembali siswa tentang pelajaran persa- maan linear di kelas VIII. Minta siswa untuk men- cari kasus – kasus dalam kehidupan sehari – hari yang melibatkan persa- maan linear. Orientasi siswa pada Masalah-2.2 berikut. Arahkan siswa belajar dalam kelompok Beri bantuan bagi siswa atau kelompok yang menga- lami masalah. Beri ke- sempatan pada siswa bertanya dan mengajukan ide-ide secara bebas dan terbuka. Arahkan siswa untuk memodelkan Masalah 2.2. Pandu siswa untuk mengamati proses pe- nyelesaian masalah di samping. 66 Buku Guru Kelas X SMAMASMKMAK Edisi Revisi Dari yang diketahui diperoleh Belanja hari Minggu = 1 6 1 2 x Belanja hari Senin = 1 6 1 2 x – 4000 Belanja hari Selasa = 1 3 2 4 000 x −      . Kita buat sebuah persamaan dari kasus ini, yaitu: Uang Andi = jumlah uang yang dibelanjakan + sisa uang belanja sehingga penyelesaian permasalahan ini, adalah: x = x x x x x 2 2 4 000 1 3 2 4 000 1 000       + −       + −       + . . . 4 000 x . ...........1 Jika persamaan 1 diselesaikan maka x x x 2 2 4 = + − .0000 6 4 000 3 1 000 + − + x . . 6x = 3x + 3x – 24.000 + x – 8.000 + 6.000 6x = 7x – 26.000 x = 26.000 Dengan demikian uang Andi mula-mula adalah Rp26.000,00. Masalah-2.3 Di sebuah desa, terdapat sepasang manula yang tinggal di rumah tua. Pada saat sensus penduduk awal tahun 2013, kakek dan nenek tersebut belum memiliki KTP. Untuk pembuatan KTP, kakek dan nenek tersebut diminta data tanggal lahir mereka, tetapi mereka tidak pernah mengetahui tahun lahir mereka. Mereka hanya mengingat bahwa saat menikah, selisih umur mereka 3 tahun. Saat itu nenek berusia 20 tahun, yaitu 11 tahun setelah proklamasi. Dapatkah kamu membuat persamaan linear dari persoalan di atas? Dapatkah kita ketahui tahun lahir mereka? Minta siswa memahami Masalah 2.3. Beri ke- sempatan pada siswa memikirkan penyelesaian masalah tersebut. Guru dapat memberikan ban- tuan ketika siswa meng- alami kesulitan. 67 Matematika Alternatif Penyelesaian Misalkan: Umur kakek = K tahun Umur nenek = N tahun Tahun lahir kakek = TK Tahun lahir nenek = TN Pemodelan Selisih umur kakek dan nenek adalah 3 tahun sehingga K – N = 3 Nenek berusia 20 tahun, yaitu 11 tahun sesudah proklamasi 1945. Jika sekarang awal tahun 2013 maka usia nenek adalah: N = 20 – 11 + 2013 – 1945 atau N = 77 sehingga dengan K – N = 3 diperoleh K = 80. Selanjutnya kita mendapatkan dugaan tahun lahir mereka dengan: Tahun lahir + Usia = Tahun sekarang sehingga dugaan tahun lahir mereka adalah: TN + 77 = 2013 dan TK + 80 = 2013..............................2 Bila persamaan 2 diselesaikan maka TN = 1936 dan TK = 1933 Dengan demikian, tahun lahir nenek dan kakek adalah 1936 dan 1933. Masalah-2.4 Umur ayah 4 tahun yang lalu adalah 23 kali umur ayah pada c tahun yang akan datang, c adalah bilangan bulat positif. Sekarang, umur ayah adalah 27 tahun lebihnya dari 15 umurnya pada 7 tahun yang lalu. Apakah kamu dapat menentukan umur ayah saat ini? Tentukanlah nilai c pada kasus tersebut Minta siswa memahami alternatif penyelesaian di samping. Bantu siswa un- tuk memodelkan masalah tersebut. Minta siswa untuk me- mahami Masalah 2.4 di samping. Bantu siswa un- tuk memodelkan masalah tersebut. 68 Buku Guru Kelas X SMAMASMKMAK Edisi Revisi Alternatif Penyelesaian 1. Misalkan umur ayah sekarang adalah x tahun. 2. Berdasarkan informasi masalah di atas, dapat dituliskan Umur ayah 4 tahun yang lalu adalah 23 kali umur ayah pada c tahun yang akan datang, atau x x c − = + 4 2 3 ............................3 3. Umur ayah sekarang 27 tahun lebihnya dari 15 kali umurnya pada 7 tahun yang lalu atau x x = − + 1 5 7 27 .................................4 4. Model yang telah diperoleh, kita selesaikan sebagai berikut: x – 4 = 1 4 2 3 x + c ⇔ x = 2c + 12 x = 1 5 x – 7 + 27 ⇔ 4x – 128= 0 ⇔ x = 32 Subsitusikan x = 32 ke x = 2c + 12 diperoleh 32 = 2c + 12 atau c = 10. Jadi, umur ayah saat ini adalah 32 tahun. Diskusi Coba kamu teliti kasus berikut. Berikan jawaban atau komentarmu, apakah kasus berikut logis? Umur Ayah 5 tahun yang lalu adalah 23 kali umurnya pada c tahun yang akan datang. Sekarang, umur ayah adalah 6 tahun lebihnya dari 12 kali umurnya 7 tahun yang lalu. Coba kamu analisis nilai c yang kamu peroleh. Beri kesempatan ke– pada siswa untuk bekerja kelompok untuk me– nyelesaikan masalah di samping. Minta siswa mempresentasikan hasil kerja dan arahkan proses pembelajaran ke bentuk tanya jawab. Masalah di samping telah di selesaikan. Arahkan siswa dalam proses pe– nyelesaian. Arahkan siswa untuk mengamati cerita masalah sehingga ter– bentuk model matematika atau persamaan. Ingat– kan, pemodelan matema- tika adalah bagian yang sangat penting dalam proses penyelesaian ma- salah nyata dalam kehidu- pan sehari-hari. 69 Matematika Alternatif Penyelesaian Kita harus membuat model matematika dari cerita di atas. Misalkan umur ayah sekarang adalah x tahun sehingga umurnya 5 tahun yang lalu adalah x – 5 tahun, umurnya 7 tahun yang lalu adalah x – 7 tahun dan umurnya c tahun akan datang adalah x + c tahun. Dengan demikian, kita memperoleh model persamaan: a. Umur ayah 5 tahun yang lalu adalah 23 kali umurnya pada c tahun yang akan datang, menjadi atau x – 5 = 2 3 x + c atau x = 2c + 15 b. Sekarang, umur ayah adalah 6 tahun lebihnya dari 12 kali umurnya 7 tahun yang lalu menjadi, x = 1 2 x - 7 + 6 atau x = -1 Dengan menyelesaikan kedua persamaan, yaitu mensubstitusi x = -1 ke x = 2c + 15 maka diperoleh c = -8. Bila kita analisis, maka kasus tersebut dapat diselesaikan secara perhitungan matematika, tetapi bukan merupakan kasus yang logis atau nyata, karena: 1. Umur adalah bilangan nonnegatif. Sementara, umur ayah saat ini menjadi -1 tahun. 2. Dari cerita, x + c adalah umur ayah akan datang, sementara nilai c adalah bilangan negatif. Ketiga permasalahan di atas menjadi dasar ide tentang bentuk persamaan linear satu variabel dan dua variabel. Perhatikan persamaan 1, 2, 3, dan 4. Keempat persamaan tersebut disebut persamaan linear. Secara induktif, bentuk umum persamaan linear satu variabel dan dua variabel adalah sebagai berikut. Perhatikan alternatif penyelesaian. Arahkan siswa membuat model matematika dari perso– alan cerita tersebut. Pandu siswa membuat model persamaan mate– matika seperti a dan b. Arahkan siswa untuk me- nyelesaikan model persa- maan yang telah ditemu- kannya. Minta siswa meng– analisis hasil yang di– peroleh. Kasus di sam– ping, adalah kasus tidak logis. Perhatikan alasan 1 dan 2. Sampaikan kepada siswa, pentingnya analisis pada matematika dengan demikian siswa sadar bahwa matematika bukan sekedar perhitu– ngan membutuhkan ilmu pemodelan kasus dan analisis. Minta siswa meng– amati bentuk persamaan 1, 2, 3 dan 4 dan mendeinisikan persa- maan linear satu atau dua variabel. Bersama – sama dengan siswa, guru mene- mukan konsep persamaan linear. 70 Buku Guru Kelas X SMAMASMKMAK Edisi Revisi Deinisi 2.2 Persamaan linear satu variabel adalah persamaan berbentuk ax + b = 0 dengan a, b ∈ R dan a ≠ 0, dan x : variabel real a : koeisien x b : konstanta Deinisi 2.3 Persamaan linear dua variabel adalah persamaan berbentuk ax + by + c = 0 dengan a, b, c ∈ R, a dan b tidak keduanya nol , dimana x,y: variabel real a : koeisien x b : koeisien y c : konstanta Sifat-2.1 Misal l adalah persamaan linear, maka: a. Penambahan dan pengurangan bilangan di kedua ruas persamaan l, tidak mengubah solusi persamaan tersebut. b. Perkalian bilangan tidak nol di kedua ruas pada persamaan l, tidak mengubah solusi persamaan tersebut. Contoh 2.2 Jika x ≥ 0, tentukan pasangan titik x, y yang memenuhi persamaan linear x – 4y = 12, untuk x, y ∈ R , kemudian gambarkan graiknya Alernatif Penyelesaian Pertama-tama kita tentukan nilai x dan y yang memenuhi persamaan x – 4y = 12 dan kita buat pada tabel berikut. Arahkan siswa menga- mati Deinisi 2.2 dan Deinisi 2.3 Minta siswa untuk membuat beberapa contoh sesuai dengan deinisi tersebut dan minta siswa untuk menggambar- kan setiap contoh yang mereka buat. Minta siswa kembali un- tuk membuktikan Sifat 2.1 dengan contoh baru yang mereka buat sendiri di atas. Ingatkan kembali siswa masalah daerah asal se- buah relasi atau fungsi. Minta siswa untuk mem- bedakan daerah asal x bilangan real dengan dae- rah asal x ≥ 0 untuk x bi- langan real. Minta siswa, melengkapi Tabel 2.5. Minta siswa 71 Matematika Tabel 2.5 Pasangan titik x,y pada graik x – 4y = 12 untuk x ≥ 0 x 1 2 3 ... y –3 -114 -104 -94 ... x,y 0,–3 1,-114 2,-104 3,-94 ... Dari data Tabel 2.5 dapat dinyatakan bahwa terdapat tak hingga banyaknya pasangan titik x, y yang memenuhi persamaan x – 4y = 12, yaitu: HP = { , , , , , , , , , ,...} 0 3 1 11 4 2 10 4 3 9 4 4 9 4 − − − − − Graik x – 4y = 12 ini memotong sumbu x di titik 12, 0 dan memotong sumbu y di titik 0, -3. Selanjutnya dengan menggunakan titik pada tabel di atas, kita dapat menggambarkan graik x – 4y = 12 untuk x ≥ 0 pada bidang koordinat. y 4 3 2 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 x – 4y = 12 pada x ≥ 0, x ∈ R 12 13 14 15 16 17 18 x -1 -1 -2 -2 -3 -4 -5 Gambar 2.7 Graik x – 4y = 12 untuk x ≥ 0 Contoh 2.3 Diberikan persamaan linear y = 3x – 4, untuk setiap x ∈ R. Gambarlah graik persamaan linear tersebut Alernatif Penyelesaian Pertama-tama kita tentukan nilai x dan y yang memenuhi persamaan y = 3x – 4 dan kita buat tabel berikut. Minta siswa menggam- barkan graik fungsi tersebut. Minta siswa un- tuk menganalisis graik. Arahkan siswa memahami bahwa sepanjang garis adalah solusi persamaan tersebut. untuk menunjukkan bah- wa himpunan penyele– saian ada tak hingga ba– nyaknya. Minta siswa untuk mema- hami contoh di samping dan minta siswa meleng- kapi Tabel 2.6 serta me- nambahi nilai lainnya. 72 Buku Guru Kelas X SMAMASMKMAK Edisi Revisi Minta siswa meletak- kan koordinat yang diperoleh pada bi- dang koordinat karte- sius, kemudian meng– hubungkan titik tersebut sehingga terbentuk se- buah garis. Minta siswa untuk mem- beri komentar tentang garis yang diperoleh. Minta siswa untuk mem- bedakan Contoh 2.3 dengan Contoh 2.2. Tabel 2.6 Pasangan titik x,y untuk graik y = 3x – 4 untuk x ∈ R x ... –4 –3 –2 y ... –16 –13 –10 x, y ... -4, -16 -3,-13 -2, -10 x –1 4 3 ... y –7 –4 ... x,y –16 0,–4 4 3 ,       ... Dari data Tabel 2.6 dapat dinyatakan bahwa terdapat tak hingga pasangan x, y yang memenuhi persamaan y = 3x – 4 adalah tak hingga banyaknya, yaitu HP = {..., –4,–16,–3,–13,–2,–10,–1,-7,0,–4, 4 3 ,0 ….}. Dari data pasangan titik sebagai anggota himpunan penyelesaian, dapat dikatakan bahwa graik y = 3x – 4 memotong sumbu x pada titik 4 3 ,0 dan memotong sumbu y pada titik 0, –4. Selanjutnya kita gambarkan graik y = 3x – 4 pada bidang koordinat kartesius dengan menggunakan pasangan x, y tersebut. 73 Matematika Gambar 2.8 Graik y = 3x – 4 -1 -1 1 1 2 3 4 5 6 -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -9 -10 -11 -12 -13 -14 -15 -16 -2 -3 -4 2 3 4 5 6 7 8 9 10 y x y = 3x – 4 Deinisi 2.4 Misalkan a, b, dan c bilangan real dan a, b keduanya tidak nol. Himpunan penyelesaian persamaan linear ax + by = c adalah himpunan semua pasangan x,y yang memenuhi persamaan linear tersebut. Diskusi Berdasarkan Deinisi 2.4, diskusikanlah dengan temanmu satu kelompok untuk menjawab beberapa pertanyaan berikut. 1. Dapatkah sebuah persamaan linear dua variabel memiliki anggota himpunan penyelesaian adalah tepat satu atau penyelesaian tunggal? Jika dapat, berikan contoh persamaanya 2. Dapatkah sebuah persamaan linear dua variabel tidak memiliki anggota himpunan penyelesaian? Jika dapat, beri contoh persamaannya Arahkan siswa memahami Deinisi 2.4. Minta siswa untuk memberi komentar bila syarat nilai a, b, c, x, y tidak dipenuhi. Minta siswa untuk memberikan contoh lain, kemudian menentukan beberapa penyelesaian persamaan dan yang bukan penyele- saian persamaan tersebut. Arahkan siswa berdiskusi atau kerja kelompok un- tuk menyelesakan perma- salahan di samping. Beri kesempatan kepada siswa mempresentasikan hasil kerjanya. Arahkan proses belajar ke sesi tanya ja– wab. 74 Buku Guru Kelas X SMAMASMKMAK Edisi Revisi Alternatif Penyelesaian. Sebuah persamaan linear dua variabel boleh saja tidak memiliki penyelesaian. Hal ini bergantung pada daerah pendeinisian variabel yang dimiliki oleh persamaan tersebut. Jika, solusi persamaan berada pada daerah pendeinisian maka disebut mempunyai solusi, sebaliknya tidak. Contoh: 1. Untuk x, y bilangan real maka tentukan penyelesaian 2x – 3y + 6 = 0. Salah satu penyelesaian adalah 3,4. Jadi, mempunyai penyelesaian, bukan? 2. Untuk x, y bilangan bulat positif, 1 ≤ x ≤ 4, maka tentukan penyelesaian 2x – 3y – 6 = 0. Bila kita buat tabel penyelesaian maka diperoleh: x 1 2 3 4 y -43 -23 23 Keterangan Bukan solusi Bukan solusi Bukan solusi Bukan solusi Jadi, sepanjang daerah pendeinisian, persamaan linear di atas tidak mempunyai penyelesaian.

3. Pertidaksamaan Linier