LUAS DAN VOLUME DAERAH YANG BERKAITAN DENGAN INTEGRAL BERSAMA CONTOH SOALNYA

 Althaf Akmal Ramadhan (5) XI IPS 2

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)