C.2.2. Matematika Bangunan - Materi Pertemuan 5-9 : Integral

(1)

I N T E G R A L

(Anti Turunan)

I. Integral Tak Tentu

A. Rumus Integral Bentuk Baku

Derifatif

Integral

1. d/dx X

n =

_nX

n-1



_x

_{dx =}

1 1

 n

x

n+1

_{+ c}

2. d/dx cos x = - sin x



sin x dx = - cos x + c

3. _{d/dx sin x = cos x}



cos x dx = sin x + c

4. _{d/dx tg x = sec}

_x



_sec

_{x dx = tg x + c}

5. _{d/dx ctg x = - cosec}

_x



_cosec

_{x dx = - ctg x + c}

6. d/dx ln x =

x 1



x 1

dx = ln x + c

7. d/dx a

_{= a}

_{ln a}



a

dx =

a ax ln

+ c

8 _{d/dx e}

_{= e}



_e

_{dx = e}

_{+ c}

9. d/dx arc sin x =

2 1

1 x





1 2

1 x



dx = arc sin x + c

(2)

10. d/dx arc cos x =

₂ 1

1 x 





1 1

x 



_{dx = arc cos x + c}

= -arc sin x + c

11. d/dx arc tg x =

2 1

1 x





1 1



dx = arc tg x + c

= -arc ctg x + c

12. d/dx arc sec x =

1 1 2  x x



1 ₁

2  x x

dx = arc sec x + c

= -arc cosec x +

c

13. d/dx cosh x = sinh x



sinh x dx = cosh x + c

14. d/dx sinh x = cosh x



cosh x dx = sinh x + c

15. d/dx tgh x = sech

_x



_sech

_{x dx = tgh x + c}

16. d/dx ctgh x = - cosech

_x



_cosech

_{x dx = -ctgh x + c}

17. d/dx arc sinh x =

1 1 2





1 2

 x

dx = arc sinh x + c

18. d/dx arc cosh x =

1 1 2





1 2

 x

dx = arc cosh x + c

19. _{d/dx arc tgh x =}

2 1

1 x





 2

1 1

dx = arc tgh x + c

20. _{d/dx arc ctgh x =}

2 1

1 x





 2

1 1

(3)

Contoh:

1. 

x

dx =

1 5



x

5+1

+ c =

6 1

x

+ c

2. 

e

dx =

5 1

e

+ c

3. 

dx =



x

1/2

dx =

2 / 3

x

3/2

_{+ c}

4. 

x 5

dx = 5 ln x + c

5. 

5 dx =

5 ln

+ c

(rumus 7)

6. 

2 sin x dx = 2



sin x dx = -2 cos x + c

7. 

(

3 3 x

-2 2 x

- 6x ) dx =



3 3 x

dx -



2 2 x

dx -



6x dx

=

3 1



x

dx -

2 1



x

dx - 6



x dx

=

3 1

.

4 1

x

-2 1

.

3 1

x

–

6.

2 1

x

+ c

=

12 1

x

_-

6 1

x

–

_3x

_{+ c}

Rumus Tambahan (Penunjang)

1. 

a du = a



du

2. 

(du + dv ) =



du +



dv

(4)

21 B. Integral Dengan Cara Substitusi

Maksudnya adalah mengintegrasikan fungsi-fungsi yang

bentuknya seperti pada integral baku, melalui substitusi.

Sebagai ilustrasi sbb:



x

_{dx =}

1 1

 n

x

n+1

_{+ c}



z

_{dz =}

1 1

 n

z

n+1

_{+ c}



( 3 + 5x )

_{d ( 3 + 5x ) =}

_{( 3 + 5x )}

_{+ c}

tetapi bagaimana yang ini :



( 3 + 6x )

_{dx =}

tidak sama

Agar sama, maka x diganti dengan ( 3 + 6x ), yaitu dengan cara

mendeferensialkan fungsi yang ada dalam kurung.

Y = ( 3 + 6x )  dy/dx = 6

dx x d(36 )

= 6

dx = 1/6 d ( 3 + 6x ) sehingga



( 3 + 6x )7 dx =



( 3 + 6x )7 ₆ 1

d ( 3 + 6x ) =

6 1



( 3 + 6x )7 d ( 3 + 6x )

sudah sama

= 6 1 .

8 1

(5)

22 =

48 1

( 3 + 6x )8_{+ c}

Catatan : substitusi dipakai bila kesulitan dengan rumus baku

Contoh 2.

Carilah



sin ( 2x – 3 ) dx Jawab :

( 2x – 3 ) dideferensialkan 

dx x d(2 3)

= 2  dx = 1/2d ( 2x – 3 )

Sehingga



sin ( 2x – 3 ) dx =



sin ( 2x – 3 ) ½ d ( 2x – 3 ) = 1/2



sin ( 2x – 3 ) d ( 2x – 3 ) = - 1/2 cos ( 2x – 3 ) + c

Contoh 3.

(6)

23 Jawab :



2x3 dx =



( 2x + 3 )1/2 dx dx

d(2x 3)

= 2  dx = ½.d ( 2x + 3 )



( 2x + 3 )1/2 _{dx =}



( 2x + 3 )1/2_{. ½.d ( 2x + 3 )}

= 1/2



( 2x + 3 )1/2 d ( 2x + 3 ) = 2 1 . 1 2 / 1 1

 ( 2x + 3 ) 2 1

1  + c = 2 1 . 3 2

( 2x + 3 ) 2 3

+ c =

3 1

( 2x + 3 ) 2 3

+ c

Dari contoh-contoh tersebut dapat dibuat rumus integral dengan cara substitusi sbb



( ax + b )n dx =

) 1 ( 1  n

a ( ax + b )

n+1 _{+ c}



cos ( ax + b ) dx = a 1

sin ( ax + b )+ c



sin ( ax + b ) dx = -

a 1

cos ( ax + b )n+1 + c

Keterangan :

Rumus no.1 di atas hanyalah penjabaran dari rumus baku yang sudah kita pelajari, yaitu :



xn dx = 1 1

 n x

(7)

24 Pembuktian :

Hitunglah



4x2 _dx

1. Dikerjakan dengan rumus baku



4x2 dx = 4



x2dx = 4.

3 1

x3 + c = 3 4

x3 + c

2. Dikerjakan dengan rumus 1 di atas



4x2 dx =



( 2x )2 dx =



( 2x + 0 )2 dx dari rumus diketahui :



( ax + b )n dx =

) 1 (

 n

a ( ax + b )

n+1 _{+ c}



( 2x + 0 )2_{dx =}

) 1 2 ( 2

 ( 2x + 0 )2+1 + c

= 6 1

( 2x )3 + c =

6 1

.23.x3 + c =

6 1

.8.x3 + c =

6 8

.x3 + c =

3 4

.x3 + c

Jadi terbukti bahwa rumus no. 1 tersebut merupakan penjabaran dari rumus bakunya.

(8)

C. Integral Trigonometri

Rumus-rumus penunjang untuk mengerjakan integral trigonometri adalah sbb: 1. sin2 x + cos2 x = 1

2. 1 + tg2 x = sec2x 3. 1 + ctg2 x = cosec2 x 4. sin2 x = ½ ( 1 – cos 2x ) 5. cos2 x = ½ ( 1 + cos 2x ) 6. sin x. cos x = ½ sin 2x

7. sin x. cos y = ½



sin(x y)sin(xy)



8. sin x. sin y = ½



cos(x y)cos(xy)



9. cos x. cos y = ½



cos(x y)cos(xy)



10.1 – cos x = 2 sin2

2 1

x 11.1 + cos x = 2 cos2

2 1

contoh 1.



sin2x dx =



1/2 ( 1 - cos 2x ) dx rumus no. 4 =



(1/2 - 1/2 cos 2x ) dx



1/2dx -



1/2cos 2x dx



1/2dx -



1/2cos 2x 1/2 d ( 2x ) = 1/2 x – ¼ sin 2x + c

ingat dx

x d(2 )

(9)

contoh 2.



cos2 3x dx =



1/2 ( 1 + cos 6x ) dx rumus no. 5 =



( ½ + ½ cos 6x ) dx



1/2dx +



1/2 cos 6x dx



1/2dx +



1/2cos 6x 1/6 d (6x) = ½



dx + 1/12



cos 6x d ( 6x ) = ½ x + 1/12 sin 6x + c

ingat dx

x d(6 )

= 6 dx = 1/6 d ( 6x )

D. Integral dengan bentuk f1 ( x ) / f ( x ) dan f1 ( x ). f ( x )

Contoh



f

_{( x ) / f ( x ):}

1. Tentukan harga dari



 3 5) (

) 3 2 ( 2

x x

dx Jawab : misal z = ( x2_{+ 3x}–_{5 )}

dx dz

= 2x + 3

sehingga dz = ( 2x + 3 ). dx



( 3 5)

) 3 2 ( 2  

 x x

dx =



z dz

dapat ditulis =



z 1

. dz Sehingga



z 1

. dz = ln z + c

(10)

27 2. Tentukan



) 4 ( 3 3 2  x x dx

Jawab : sesuai dengan rumus diatas, maka



( 4)

3 3 2  x x

= ln ( x3 – 4 ) + c

3. Hitunglah



) 4 ( 2 3 2  x x dx

Jawab:



) 4 ( 2 3 2  x x

dx = 3 2



4 3 3 2  x x

dx dikalikan 3 3

= 3 2

ln ( x3– 4 ) + c

Contoh



f

_{( x ). f ( x )}

1. Tentukan harga



tg x. sec2 x dx

Jawab : misal z = tg x

Maka

dx dz

= sec2 x Sehingga dz = sec2 x. dx jadi



tg x. sec2 x dx =



z. dz



z. dz = ½ z2_{+ c} = ½ ( tg x )2 + c

(11)

2. Tentukan harga



( x2 + 7x – 4 ) ( 2x + 7 ) dx Jawab : misal z = ( x2 + 7x – 4 )

Maka dx dz

= ( 2x + 7 ) Sehingga dz = ( 2x + 7 ). dx Jadi



( x2 + 7x – 4 ) ( 2x + 7 ) dx



z. dz = ½ z2 + c

(12)

29 4. Harga rata-rata (Mean)

Untk mencari harga mean dari suatu grafik y = f(x) yang dibatas antara X = a dan X = b , kita harus melihat empat persegi panjang yang dibentuk oleh grafik tersebut. Jika luas daerah yang diarsir diberikan kepada luas yang di bawah, maka luas empat persegi panjang tersebut adalah sebagai berikut :

A = M ( b – a ) , sehingga M = �

−

Dengan menggunakan rumus luas seperti yang telah diuraikan di depan, maka tinggi M (harga Rata-rata) adalah sebagai berikut :

Jadi

Contoh :

Carilah harga mean dari persamaan Y = 3X2 + 4X + 1 yang dibatasi antara X = -1 dan X = 2

Jawab : M = �

−

∫ �

=

− ∫− + + �� =

M = �

−

∫ �

Y = f (X)

b a

0 M

(13)

30 5. Mencari Pannjang Kurva

Pada gambar di bawah, kurva y = f(x) yang dibatasi x = a dan x = b, maka besarnya panjang kurva (S) adalah sebagai berikut :

Contoh :

Tentukanlah panjang kurva Y 2 = X 3 yang dibatasi oleh garis X = 0 dan X = 4 untuk cabang y > 0

Jawab :

Y2 = X 3 jadi harga Y = X 3/2

Harga �

�

= �

sehingga

�

=

_{∫ { [ + ]}

} �

=

9,37

Soal Latihan :

1. Tentukan panjang kurva y = x 2 diantara X = 0 dan x = 4 untuk cabang x > 0

2. Tentukanlah panjang kurva dari grafik y = 2x yang dibatasi oleh garis x = 2 dan x= 5.

0 _a _b

X Y= f (X)

S =

∫ √ +

�

(14)

3. Tentukanlah panjang kurva dari grafik y = -2x yang dibatasi garis x= -1 dan garis x = -4.

6. Mencari Titik Berat

Dengan dalil momen, gambar diatas dapat dicari letak titik beratnya.

Momen luasan terhadap sumbu X adalah : Σ F Y = F1 Y1 + F2 Y2

Y Y1 I

0 Y

X Z1

Dimana :

\X1 : Jarak titik berat benda I terhadap sumbu Y

X2 : Jarak titik berat benda II terhadap sumbu Y

X : Jarak titik berat gabungan benda 1 dan II terhadap sumbu Y Y1 : Jarak titik berat benda I terhadap sumbu X

Y2 : Jarak titik berat benda II terhadap sumbu X

Y : Jarak titik berat gabungan benda 1 dan II terhadap sumbu X F1 : Luas benda I

F2 : Luas benda II

F : Luas gabungan benda I dan II

Y =

� + �

(15)

F1 Y1 + F2 Y2 disebut dengan M x atau momen luas terhadap sumbu X

Sehingga

Momen Luasan terhadap sumbu Y adalah Σ F X = F1 X1 + F2 X2

F1 X1 + F2 X2 disebut dengan M y atau momen luas terhadap sumbu Y

Sehingga

Contoh Soal

Carilah letak titik berat dari gambar berikut ini.

Jawab :

Titik berat segi empat yang ditinjau misal A ( X, ½ Y)

Luasdaerah yang diarsir ( F) adalah F = ∫ � = ∫ − � � = Besarnya momen luas terhadap sumbu Y atau My adalah :

My = Luas x Jarak ( diukur dari titk berat yang ditinjau ke sumbu Y) Y = � + �

� �

X =

� �

Y =

�

� �

Y = (4 – x 2₎

(x,1/2 y)

P (X,Y)

0 X

(16)

= ∫ � . = ∫ � = ∫ − � = ∫ − � = 4

Besarnya momen luas terhadap sumbu X atau Mx adalah =

Mx = Luas x Jarak ( diukur dari titk berat yang ditinjau ke sumbu X) = ∫ � . = ∫ � = ∫ � = ∫ − dx =

Jadi Titi beratnya adalah

x =

� �

=

16₃

=

Y

=

� �

=

8/5

Soal Latihan :

Carlah titik berat benda yang terjadi luas daerah yang dibatasi oleh garis berikut ini :

1. Y = X2 Y = 9 dan X = 0 dan sumbu Y 2. Y = X2 Y = 9 dan X = 0 dan sumbu X 3. Y = 4x - x2_{dan Y = X dan sumbu X}

4. Y = 4x - x2_{dan Y = X dan sumbu X}

5. Y = 4x - x2_{dan Y = 0}

8. Untuk Mencari momen Inersia (I)

Keterangan : Jarak diukur dari titik berat sampai sisi yang ditinjau. Contoh soal 1 :

Carilah momen Inersia terhadap sumbu Y (Iy) dari daerah antara parabola y = 9 - x 2 dan sumbu X.

(17)

34 Jawab :

Untuk persegi panjang yang didekati luasnya (L) = y . dx Titik beratnya = ( x, ½ y)

Momen Inersianya ( I y) sebagai berikut :

I y = ∫₋ � . = ∫₋ � = ∫₋ − � = Contoh 2 :

Carilah momen Inersia terhadap sumbu Y dari daerah kuadran I yang dibatasi parabola x 2 = 4 y dan garis y = x

4 -3

9 Y = (9 – x 2₎

(x,1/2 y)

P (X,Y)

0 X

(18)

35 Jawab :

Luas segi empat yang ditinjau adalah : L = (y2– y1 ) dx = (x - ¼ x 2 ) dx

Titik beratnya adalah = ( x , ½(y2 + y1 ) = [ x , ½ (x + ¼ x 2 ) ]

Luas daerah yang diarsir adalah (L) = ∫ − � = / Jadi momen inersianya terhadap sumbu Y adalah sebagai berikut :

I y = ∫ − � = ∫ − � =

Soal Latihan :

Carilah momen inersia dari daerah yang dibatasi oleh garis berikut ini : 1. Y = 4 - x 2 dibatasi oleh x = 0 y = 0 , sumbu x dan sumbu y 2. Y = 8 x 3 dibatasi oleh x = 0 y = 0 , sumbu x dan sumbu y 3. 4 x 2 + 9 y 2 = 36 dibatasi oleh sumbu x dan sumbu y

9. Isi Benda Putar

Jika ada sebuah bangun datar yang dibatasi oleh kurva y = f (x) yang dibatasi oleh sumbu , garis x = a dan x = b dan diputar mengelilingi sumbu X , maka bangun datar tersebut akan membentuk benda putar. Untuk mencari volume (V) benda putar digunakan rumus sebagai berikut :

(19)

36 Contoh Soal :

Tentukan voume benda putar dari kurva y = x 2 yang dibatasi X = 2 dan sumbu X serta diputar mengelilingi sumbu X

Jawab :

� = ∫ � �

V =

� ∫

� = � ∫

� = �

Keterangan :

di dalam menyelesaiakn soal volume benda putar cukup dibuat gambar daerah yang dputar, sedangkan benda putarnya sendiri tidak perlu digambar.

Soal Latihan :

1. Carilah volme benda putar dari daerah yang dibatasi oleh y2 = 8 x dan garis x = 2 ( sumbu X sebagai sumbu putarnya).

2. Carilah volume benda putar dari daerah yang dibatasi oleh y = 4x - x2

dengan sumbu x sekeliling garis y = 6

3. Cari lah volume benda putar dari daerah yang dibatas oleh y = -x 2 - 3x + 6 dan garis x + y - 3 = 0 dan diputar pada garis x = 3

10. Luas Permukaan Putaran

0 2

Y = X2

(20)

Jika suatu kurva y = f (x) yang dibatasi oleh x = x1 dan x = x2 kurva tersebut diputar melalui sumbu x, maka luas permukaan putaran adalah sebagai berikut :

Contoh soal :

Tentukan luas permukaan yang terjadi jika busur parabola y 2 = 8x dengan Y > 0 yang dibatasi garis x = 0 dan x = 0 dan diputar mengelilingi sumbu x.

Jawab :

� = ∫

�

√

[ + �

�

y2 = 8 x , maka harga y = √ sehingga harga �

� = √ √

sehingga harga �

� =

Latihan Soal :

Carilah luas permukaan benda dari daerah grafik :

1. y = x+1 diputar terhadap sumbu x yang dibatasi oleh garis x = 1 dan x = 5

2. y = - x+1 diputar terhadap sumbu x yang dibatasi oleh garis x = 11 dan x = -5

� = ∫

�

√

[ + �

�

(1)

F1 Y1 + F2 Y2 disebut dengan M x atau momen luas terhadap sumbu X Sehingga

Momen Luasan terhadap sumbu Y adalah Σ F X = F1 X1 + F2 X2

F1 X1 + F2 X2 disebut dengan M y atau momen luas terhadap sumbu Y Sehingga

Contoh Soal

Carilah letak titik berat dari gambar berikut ini.

Jawab :

Titik berat segi empat yang ditinjau misal A ( X, ½ Y)

Luasdaerah yang diarsir ( F) adalah F = ∫ � = ∫ − � � = Besarnya momen luas terhadap sumbu Y atau My adalah :

My = Luas x Jarak ( diukur dari titk berat yang ditinjau ke sumbu Y)

Y = � + �

� �

X =

� �

Y =

�

� �

Y = (4 – x 2₎

(x,1/2 y)

P (X,Y)

0 X

(2)

= ∫ � . = ∫ � = ∫ − � = ∫ − � = 4

Besarnya momen luas terhadap sumbu X atau Mx adalah =

Mx = Luas x Jarak ( diukur dari titk berat yang ditinjau ke sumbu X) = ∫ � . = ∫ � = ∫ � = ∫ − dx =

Jadi Titi beratnya adalah

x =

� �

=

16₃

=

Y

=

� �

=

8/5 Soal Latihan :

Carlah titik berat benda yang terjadi luas daerah yang dibatasi oleh garis berikut ini :

1. Y = X2 Y = 9 dan X = 0 dan sumbu Y 2. Y = X2 Y = 9 dan X = 0 dan sumbu X 3. Y = 4x - x2_{dan Y = X dan sumbu X} 4. Y = 4x - x2_{dan Y = X dan sumbu X} 5. Y = 4x - x2_{dan Y = 0}

8. Untuk Mencari momen Inersia (I)

Keterangan : Jarak diukur dari titik berat sampai sisi yang ditinjau. Contoh soal 1 :

Carilah momen Inersia terhadap sumbu Y (Iy) dari daerah antara parabola y = 9 - x 2 dan sumbu X.

(3)

34 Jawab :

Untuk persegi panjang yang didekati luasnya (L) = y . dx Titik beratnya = ( x, ½ y)

Momen Inersianya ( I y) sebagai berikut :

I y = ∫₋ � . = ∫₋ � = ∫₋ − � = Contoh 2 :

Carilah momen Inersia terhadap sumbu Y dari daerah kuadran I yang dibatasi parabola x 2 = 4 y dan garis y = x

-3

9 Y = (9 – x 2₎

(x,1/2 y)

P (X,Y)

0 X

(4)

35 Jawab :

Luas segi empat yang ditinjau adalah : L = (y2 – y1 ) dx = (x - ¼ x 2_{) dx}

Titik beratnya adalah = ( x , ½(y2 + y1 ) = [ x , ½ (x + ¼ x 2 ) ] Luas daerah yang diarsir adalah (L) = ∫ − � = / Jadi momen inersianya terhadap sumbu Y adalah sebagai berikut :

I y = ∫ − � = ∫ − � =

Soal Latihan :

9. Isi Benda Putar

(5)

Contoh Soal :

Tentukan voume benda putar dari kurva y = x 2 yang dibatasi X = 2 dan sumbu X serta diputar mengelilingi sumbu X

Jawab :

� = ∫ � �

V =

� ∫

� = � ∫

� = �

Keterangan :

di dalam menyelesaiakn soal volume benda putar cukup dibuat gambar daerah yang dputar, sedangkan benda putarnya sendiri tidak perlu digambar.

Soal Latihan :

1. Carilah volme benda putar dari daerah yang dibatasi oleh y2 = 8 x dan garis x = 2 ( sumbu X sebagai sumbu putarnya).

2. Carilah volume benda putar dari daerah yang dibatasi oleh y = 4x - x2 dengan sumbu x sekeliling garis y = 6

3. Cari lah volume benda putar dari daerah yang dibatas oleh y = -x 2 - 3x + 6 dan garis x + y - 3 = 0 dan diputar pada garis x = 3

10. Luas Permukaan Putaran

0 2

Y = X2

(6)

Jika suatu kurva y = f (x) yang dibatasi oleh x = x1 dan x = x2 kurva tersebut diputar melalui sumbu x, maka luas permukaan putaran adalah sebagai berikut :

Contoh soal :

Tentukan luas permukaan yang terjadi jika busur parabola y 2 = 8x dengan Y > 0 yang dibatasi garis x = 0 dan x = 0 dan diputar mengelilingi sumbu x.

Jawab :

� = ∫

�

√

[ + �

�

y2 = 8 x , maka harga y = √ sehingga harga �

� = √ √

sehingga harga �

� =

Latihan Soal :

Carilah luas permukaan benda dari daerah grafik :

1. y = x+1 diputar terhadap sumbu x yang dibatasi oleh garis x = 1 dan x = 5

2. y = - x+1 diputar terhadap sumbu x yang dibatasi oleh garis x = 11 dan x = -5