MODUL 3 TURUNAN FUNGSI Kalkulus Prayudi Modul V : Turunan Fungsi 1 TURUNAN FUNGSI Turunan fungsi f ditulis f’ adalah fungsi lain yang didefinisikan oleh : f ( x h) f ( x ) f ( x ) lim h h0 jika limitnya ada y Notasi dan pengertian turunan fungsi y dy dx Gradien garis singgung v (t ) ds dt Kecepatan sesaat m dm dt Laju massa per satuan waktu q dq dt Laju perubahan panas per satuan waktu f(x+h) f(x+h)-f(x) dh dT f(x) h x Kalkulus Prayudi x+h x dP dV Modul V : Turunan Fungsi Perubahan entalpi akibat perubahan temperatur Perubahan tekanan akibat perubahan volume 2 Contoh Menghitung Turunan: Hitung f’(x) f ( x ) 3x 2 4x 6 f (x) x 2x 3 Jawab : f(x+h) = 3(x+h)2 – 4(x+h)+6 = 3x2 + 6xh + 3h2 – 4x – 4h + 6 f(x+h)-f(x) = 6xh + 3h2 – 4h f ( x h) f ( x ) h h 0 6 xh 3h2 4h lim h h 0 f ( x ) lim lim (6 x 3h 4) h 0 f ( x h) f ( x ) xh x 2( x h ) 3 2 x 3 (2 x 3)( x h ) x (2 x 2h 3) (2 x 3)(2 x 2h 3) 3h (2 x 3)(2 x 2h 3) 3h h 0 h( 2 x 3)(2 x 2h 3) f ( x ) lim = 6x - 4 Kalkulus Prayudi xh 2( x h ) 3 f ( x h) 3 (2 x 3)2 Modul V : Turunan Fungsi 3 Menghitung Turunan Grafik fungsi f(x) Y=1.5x2–4x+6 Y=2 Y=5-(x-3)2 Y=4x-x2 Y=-2(x-3) Y=2x Y=4-2x lim f ( x ) 4 lim f ( x ) 4 x 2 x 2 f (2) tidak ada Kalkulus Prayudi Y=3x-4 f (2) 2 Modul V : Turunan Fungsi 4 Rumus Dasar Turunan Fungsi d (1). (k ) 0 dx d (2). ( x n ) nx n 1 dx d du (3). (ku ) k dx dx d du dv ( 4). (u v ) dx dx dx d du dv (5). (uv ) v u dx dx dx Contoh-contoh (1). y=5x4 + 5x - 10 d d d y 5 ( x 4 ) 5 ( x ) (10) dx dx dx 5( 4 x 3 ) 5(1) 0 (2). y = (x4 + 10)(x5 – 5) u=x4+10 v=x5 – 5 u′=4x3 v′=5x4 y' = u' v + uv‘ = (4x3)(x5–5)+(x4+10)(5x4) y=uv y' = u' v + uv' du dv v u d u dx (6). dx dx v v2 u uv uv y y v v2 Kalkulus Prayudi (3). y y x3 4 x4 3 u=x3+4 u′=3x2 v=x4 + 3 v′=4x3 ( x 4 3)(3 x 2 ) ( x 3 4)(4 x 3 ) Modul V : Turunan Fungsi ( x 4 3)2 5 Aturan Rantai Misalkan diberikan, y = (x4 + 3)6 u=g(x) x y=f(u) u=x4+3 du 4x 3 dx y=u6 dy 6u5 du dy dy du (6u5 )(4 x3 ) dx du dx dy 6( x 4 3)5 ( 4 x3 ) dx Kasus kedua, y = {4+3(x4+1)5}7 u=g(x) v=h(u) y=f(v) u=x4+1 v=4+3u5 y=v7 x du 4x3 dx dv 15u4 du dy 7v 6 dv dy dy dv du (7v 6 )(15u4 )(4x3 ) dx dv du dx {7( 4 3u5 )6 }{15( x 4 1)4 }(4x3 ) Rumus Umum {7( 4 3[ x 4 1]5 )6 }{15( x 4 1)4 }(4x3 ) Rumus Umum y=f(u), u = g(x) y=f(g(x)) y=f(v), v = h(v), u = g(x) y=f{h[g(x)]} dy dy du dx du dx Kalkulus Prayudi dy dy dv du dx dv du dx Modul V : Turunan Fungsi 6 SOAL LATIHAN (1). y 3x10 4x (11). y (2). y 2x - 5x 4 10x 2/3 3 (3). y 2x - 4x 4/5 4 ( 4). y 3x 5x (5). y 2 x 4/3 - 4 10x - 4/5 5 x4 - 2/3 10x (12).y 3/4 (13). y 10x 3 3 (6). y (2x 4)(3 x 10 x ) (14). y (7). y (3x 4 2x )( 4 x 5 2 x ) (8). y (x 2 3)(x 3 4)( x 5 4) (15). y 3 6 6 5x (9). y 4x 3 4 5 x x 4 5 1 x (10).y ( x 4 1) 3x 4 3 2 x x Kalkulus Prayudi Modul V : Turunan Fungsi x3 3 x2 2 x2 4 x4 2 (x 2 1)(x 3 1) x2 2 (x 2 1)(x 3 x) x3 1 x3 1 (x 2 1)(x 2 2) 7 Dengan menggunakan rumus-rumus aturan rantai hitunglah, dy/dx (16). y (x 4 2x) 8 (23). y (x 2 2) 4 ( x 4 1)2 (17). y (x 4 2x 3 3)5 (18). y [4 (x 3 2)5 ]7 (19). y [6 (2x 3 3x 2 )7 ]5 (20). y x 2 x 2 1 (21).y (22).y x 3 1 (24). y x 3 1 (25).y 4 (x 2 1)2 ( x 2 1)3 x2 x2 1 3 3 x 1 x3 Kalkulus Prayudi Modul V : Turunan Fungsi 8 Rumus Dasar Turunan Trigonometri d du (1). (sinu) cos u dx dx d du (2). (cos u) sin u dx dx d 2 du (3). (tan u) sec u dx dx d du ( 4). (sec u) sec u tan u dx dx d du (5). (csc u) csc u cot u dx dx d 2 du (6). (cot u) csc u dx dx Contoh-contoh Hitunglah y′ dari : y=x4 sin 3x Hitunglah y′ dari : y x ( x sec 2 x ) Jawab Jawab u=x4, v=sin 3x u=x, v=x+sec2x u′=4x3, v′=3 cos 3x u′=1, v′=1+2sec2x tan x y′ = u v′ + u′v = x4(3 cos 3x) + (4x3) sin 3x Kalkulus Prayudi y ( x sec2 x )1 x(1 2 sec2 x tan x ) Modul V : Turunan Fungsi ( x sec2 x )2 9 Hitunglah y′ dari : y = cos4(x2 + 1) Jawab: y= [cos(x2+1)]4 x u=x2+1 v=cos u y=v4 dv dy du 2x sinu 4v 3 du dv dx dy ( 4v 3 )( sin u)(2x ) dx = 4(cos u)3 {–sin(x2+1) } (2x) = 4 [cos(x2+1)]3 {–sin(x2+1)} (2x) Hitunglah y′ dari : y = cos(x2 + 1)4 Jawab: x u=x2+1 v=u4 y=cos v dv du dy 2x 4u 3 sin v dx dv du dy ( sin v )( 4u3 )(2x ) dx = (-sin u4){4(x2+1)3}(2x) = -sin(x2+1)4{4(x2+1)3}(2x) 3 4 x x Hitunglah y′ dari : y sec3 sec x 1 x 1 Jawab: dy dy dw dv du x 4 v=u w=sec v x y=w3 u dx dw dv du dx x 1 4 du 1 dv dy 3 dw 2 4 u sec v tan v 3 w dx ( x 1)2 du dv dw Kalkulus Prayudi Modul V : Turunan Fungsi 10 Dalam soal latihan hitunglah turunan dy/dx, untuk fungsifungsi berikut ini. (1).y x 4 cos 3x (2). y (x 5 1) tan 4 x (3).y ( x 6 2) sec 6 x ( 4).y (5).y x3 x 2 sin 4 x x 2 cos 2 x Kalkulus Prayudi x3 6. y = sin(2 – 3x + x3) 7. y = cos(4 – 8x + x6) 8. y = tan(x + sin x) 9. y = sin(x2) cos2 x 10. y = (1 + x2)5 sec(1 + x2) 11. y = tan(x2 + 1)5 12. y = cot5(x3 + 1) 13. y = (x2 + sin2 x)5 14. y = sec5(tan7(1 + x2)) 15. y = (3x + x3)4 sin2 x 16. y = sec3(2x – x2)6 17. y = sin3[cos5(x – 3x2)] 18. y = sin3 x tan4 x 19. y = sec3 x tan2 x 20. y = cos3 x cot4 x Modul V : Turunan Fungsi 11 Penurunan Secara Implisit Persamaan fungsi Penulisan Menghitung Turunan Fungsi ------------------------------------------------------------------------------------------------(1). y = x3 – sin 4x + 10 Eksplisit Gunakan rumus-rumus dasar (2). x3 + y3 – 3xy2 = 3x2y Implisit ------------------------------------------------------------------------------------------------Langkah-langkah untuk menghitung turunan fungsi secara implisit adalah : (1) Terapkan aturan rantai pada setiap suku yang terlibat pada persamaan, (2) Kumpulkanlah suku yang memuat turunan pada ruas kiri dan yang lain di ruas kanan, dan selesaikan persamaan turunan Contoh : Tentukan dy/dx dari x3 + y3 – 3xy2 = 3x2y Jawab : d 3 d d d ( x ) ( y3 ) 3 ( xy 2 ) 3 ( x 2 y ) dx dx dx dx 3x 2 3y 2 dy dy dy 3 y 2 2xy 3 2xy x 2 dx dx dx Kalkulus Prayudi Modul V : Turunan Fungsi dy 2xy x 2 y 2 dx y 2 2xy x 2 12 Turunan Orde-n / Tingkat Tinggi Turunan Notasi Pertama y dy dx Kedua y d2 y x5 sin 2x 5x4 2 cos 2x 5(4x3) - 4 sin 2x Ketiga y 20(3x2) Kelima Ke-n Kalkulus Prayudi y(4) d4 y (2x 3)2 ( 1)(2)22 - 8 cos 2x ( 1)3 (3 ! )23 16 sin 2x ( 2 x 3 )4 ( 1)4 ( 4 ! )24 dx 3 Keempat ( 1)2 (2x 3)3 dx 2 d3 y 1 2x 3 60(2x) dx 4 (2x 3)5 5 ( 1)5 (5 ! )25 y(5) d y 120 (1) y(n) dx 5 dn y ( 1)n (n ! )2n dx n (2x 3)n1 Modul V : Turunan Fungsi 32 cos 2x ( 2 x 3)6 13 Dalam soal-soal berikut ini tentukan turunan pertama, kedua, dan ketiga dari : b (1)y x 4 3 x 2 10 (11). y x cos ax ( 2)y 4 x 4x 3 ( 3 ) y ( x 3 2) 4 b (12). y x sin ax (13). y secb ax a ( 4)y (5 x 2)3 ( 4 x 1)5 (14). y sin bx (5 )y 1 4 ( x 4 8 x 2)3 (15). y cosb ax (16). y x a (1 x)b Tentukan rumus turunan orde-n dari : (1). y sin bx (2). y cos bx (3). y ax b (4). y 3 a bx (5). y 1 (ax b) 2 (6)y x 3 sin 5 x (7)y cos x 3 (8)y tan3 x (9)y x 4 cos 3 x (10)y sec 4 x Kalkulus Prayudi Modul V : Turunan Fungsi 14 Soal latihan Khusus Soal 1. Diketahui, tan y = (x+b)/a, hitung turunan pertama, kedua dan ketiga dari x+b sec y tan y ( x b ) ( x b )2 a 2 a2 y a x+b Kalkulus Prayudi Soal 2. Hitung turunan pertama, kedua dan ketiga dari a sec y ( x b) ( x b )2 a 2 Modul V : Turunan Fungsi 15 Deferensial dan Hampiran Diferensial. Andaikan y = f(x) terdiferensialkan di x, dan andaikan bahwa dx diferensial dari variabel bebas x, yang menyatakan pertambahan sembarang dari x. Diferensial dari variabel tak bebas y ditulis dy didefinisikan oleh : dy = f (x) dx Hubungan antara diferensial dan turunan adalah : 1) Karena dy = f (x) dx, dengan membagi kedua ruas dengan dx, dihasilkan : dy f (x) dx Dari persamaan diatas, dapat ditafsirkan bahwa turunan merupakan hasil bagi dua diferensial. 2) Aturan diferensial diperoleh dari aturan turunan fungsi dan mengalikan dengan dx. 3) Definisi dy berlaku juga dengan mengasumsikan bahwa variabel x dan y variabel bebas Kalkulus Prayudi Modul V : Turunan Fungsi 16 Hampiran Perhatikanlah sketsa berikut ini Soal-soal 1) Sebelum tangki berbentuk f(x+x) silinder dengan ujung-ujungnya berbentuk setengah bola. y Silinder panjangnya 100 cm dan jari-jarinya 18 cm. Berapakah cat dy yang diperlukan untuk melapisi bagian luar tangki dengan f(x) ketebalan 1 milimeter. 2) Semua sisi kotak baja berbentuk kubus tebalnya 0,25 inci, dan x+x x volume kotak sebelah dalam Jika x mendapat tambahan x, maka y adalah 49 inci kubik. Gunakanlah mendapatkan tambahan sebesar y, diferensial untuk mencari dimana dapat dihampiri oleh dy, aproksimasi volume baja yang dimana y = f(x + x) – f(x). Jadi : digunakan untuk membuat kotak. f(x + x) f(x) + dy = f(x) + f (x) x Kalkulus Prayudi Modul V : Turunan Fungsi 17 FUNGSI TRANSENDENT FUNGSI LOGARITMA ASLI y Definisi Fungsi logaritma asli ditulis ln adalah fungsi yang didefinisikan oleh, ln x 1 y t R t=1 t t=x Menurut definisi integral tentu : x1 1 t dt Sifat-sifat Logaritma Asli Apabila a dan b adalah bilanganbilangan positif dan r sebuah bilangan rasional, maka : (1). ln 1 = 0 (2). ln ab = ln a + ln b a A(R ) x1 1 t dt Kalkulus Prayudi A(R) = 0, jika x = 1 (3). ln ln a ln b b A(R) > 0, jika x >1 r A(R) < 0, jika x < 1 ( 4).ln a r ln a Modul IX Fungsi Transendent 18 Turunan Fungsi Logaritma Asli Dengan menerapkan Teorema dasar Kalkulus dihasilkan d d x1 1 (ln x ) dt dx dx 1 t x Contoh : Hitung dy/dx dari y = ln(1 + x2)(1 + x3) Jawab : Cara 1. Ambil u = (1 + x2)(1 + x3) du 3 2 2 (2x )(1 x ) (1 x )(3 x ) Jika u fungsi dari x yang diferensiabel dan u(x) > 0, maka d 1 du (ln u) dx u dx Contoh : Hitung dy/dx dari y = ln(x2 + 4x + 5) Jawab : du 2 2x 4 Ambil, u = x + 4x + 5. dx dx dy 2x(1 x3 ) 3x 2 (1 x 2 ) dx (1 x 2 )(1 x3 ) Cara 2. Dengan sifat logaritma y = ln(1 + x2)(1 + x3) = ln(1+ x2) + ln(1+x3) Maka : dy 2x 3x2 2 dx 1 x 1 x3 dy 1 ( 2x 4) dx x 2 4x 5 Kalkulus Prayudi Modul IX Fungsi Transendent 2x(1 x 3 ) 3 x 2 (1 x 2 ) (1 x 2 )(1 x 3 ) 19 Grafik Fungsi Logaritma sifat-sifat fungsi logaritma asli, yaitu : (1)Fungsi kontinu si semua bilangan riil yang terletak pada daerah asal, x > 0 (2)Grafik fungsinya naik pada seluruh daerah asal, karena f (x) = 1/x selalu positif atau lebih besar 0. (3)Grafik fungsinya cekung terbuka kebawah untuk semua titik pada daerah asal, karena f (x) = – 1/x2 selalu negatif atau lebih kecil dari 0 (4)Asimtot grafik adalah sumbu y negatif, dan grafik fungsinya terketak pada kuadran keempat Kalkulus Prayudi Contoh grafik fungsi logaritma y Modul IX Fungsi Transendent y = x ln x y=ln x x 20 Contoh Grafik Y = 100 x–2 ln x 50 40 30 20 10 0 -10 -20 -30 0 Kalkulus Prayudi 1 2 3 4 5 6 Modul IX Fungsi Transendent 7 8 9 10 21 Diferensial Logaritmik Menghitung turunan fungsi dengan menggunakan sifat-sifat logaritma dan penurunan fungsi secara implisit Contoh : Hitung dy/dx dari Contoh : Hitunglah dy/dx dari y = x3 cos4x (1 + sin x)5 Jawab : ln y = ln{x3 cos4x (1 + sin x)5} = ln x3+ ln cos4x +ln(1 + sin x)5 = 3 ln x+4 ln cos x+5ln(1+sin x) Diferensial secara implisit Jawab x 4 3 (2 cos x )2 y ln y ln ( x tan x )3 x 4 3 (2 cos x )2 ( x tan x )3 ln x 4 ln(2 cos x )2 / 3 ln( x tan x )3 2 4 ln x ln(2 cos x ) 3 ln( x tan x ) 3 Diferensial secara implisit 1 dy 3 4( sin x ) 5 cos x y dx x cos x 1 sin x dy 3 4 sin x 5 cos x y dx x cos x 1 sin x Kalkulus Prayudi 1 dy 4 2 sin x ) 3(1 sec 2 x ) y dx x 3(2 cos x ) x tan x 2 4 dy 2 sin x 3 ( 1 sec x) y x 3(2 cos x ) dx x tan x Modul IX Fungsi Transendent 22 FUNGSI EKSPONENSIAL ASLI Fungsi eksponensial asli ditulis exp(x) didefinisikan oleh : Sketsa grafik y y=ex y = exp(x) = ex x = ln y Sifat-sifat eskponensial asli : (1). exp(ln x) = eln x = x, x > 0 (2). ln(exp x) = ln(ex) = x, (3). e0 = 1 (4). ln e = 1 (5). ea eb = ea+b (6). (ea)b = eab (7). ea eb y=x y = ln x e a b Kalkulus Prayudi Modul IX Fungsi Transendent 23 Rumus turunan d x d ax x (1). (e ) e (2) (e ) ae ax dx dx d du (3). (eu ) eu dx dx Contoh : 4 Hitunglah dy/dx dari y e x ln x Jawab Misalkan, u = x4 ln x, y = eu Maka : du 4 x3 ln x x3 dx e Kalkulus Prayudi dy x2 2xe dx d2 y dx 2 2e x2 2xe x2 (2x ) 2 2 x ( 2 4 x )e d3 y dx dy du eu dx dx x 4 ln x Contoh : 2 x Hitunglah turunan ketiga dari y e Jawab Dengan aturan rantai, dihasilkan 3 8 xe x2 2 (2 4 x )e x2 (2x ) 2 3 x (12x 8 x )e ( 4 x 3 ln x x 3 ) Modul IX Fungsi Transendent 24 Contoh : sketsa grafik fungsi, y = 4 x2 e–0.5x 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 -2 0 Kalkulus Prayudi 2 4 6 8 10 12 Modul IX Fungsi Transendent 14 16 18 20 25 Soal-soal latihan Hitunglah turunan pertama, kedua dan ketiga dari : (1) y ln(x 3 6 x 4) ( 2) y ln(x 4 8 x 6)3 (3) y ( x 4 1) ln(x 4 1) ( 4) y ln(x 2 1)3 ( x 3 1) 2 (5) y ln ( x 3 1) 4 ( x 4 1)3 (6) y x 3e 4 x (7 ) y x 4 e 2 x (8) y e 3 x sin 4 x (9) y e 4 x cos 3 x (10) y e 2 x3 (11) y x a cos(b ln x) (12) y x b sin( a ln x) (13) y x a (ln x)b (14) y x a e bx (15) y sin bx e ax (16) y cos ax e bx Soal Latihan : Hitunglah dy/dx dari : a (1) y ( x sec x ) ( 2) y (3 )y (tan bx ) xa x cos bx x a ( x sec bx )b sina x tanb x ( 4)y (sin ax ) (5 )y xb xb x cos bx ( x a cos bx )b (sec ax tan bx )a Kalkulus Prayudi Modul IX Fungsi Transendent 27 FUNGSI INVERS FUNGSI TRIGONOMETRI Definisi : (1). y = sin–1x (2). y = cos–1x (3). y = tan–1x (4). y = sec–1x (5). y = csc–1x (6). y = cot–1x Grafik Fungsi Invers Trigonometri x = sin y x = cos y x = tan y x = sec y x = csc y x = cot y y y=tan–1 x x Catatan : (i). cos–1x = arc cos x (ii). cos–1x (cos x)–1 (iii).(cos x )1 1 sec x cos x Kalkulus Prayudi y=sin–1x Modul IX Fungsi Transendent 28 Rumus Umum Turunan Fungsi Invers Trigonometri d 1 du sin1 u dx 1 u2 dx d 1 du 1 (2). cos u dx 1 u2 dx Contoh Hitunglah turunan ketiga dari y=x2 sin–1x + x 1 x 2 Jawab : dy x2 x2 1 2 2x sin x 1 x dx 1 x2 1 x2 (1). (3). d 1 du tan1 u dx u2 1 dx ( 4). d 1 du cot 1 u dx u2 1 dx 2x sin 1 x 1 x 2 d 1 du (5). sec 1 u dx u u2 1 dx d 1 du (6). csc 1 u dx u u2 1 dx d2 y dx 2 d3 y dx Kalkulus Prayudi 3 2 sin1 x 3 1 x 2 Modul IX Fungsi Transendent x 1 x2 x2 2 3/2 (1 x ) 3 2x 2 (1 x 2 )3 / 2 29 Contoh Hitunglah turunan ketiga dari y= 2x2 tan–1x – x ln(1+ x2 ) Jawab : dy 2x 2 1 4 x tan x dx 1 x2 ln(1 x 2 ) 2x 2 1 x2 = 4x tan–1x – ln(1+ x2) d2 y dx 2 d3 y dx 3 4 tan1 x 6 1 x 2 2x y sec Jawab : u x2 x2 1 v u y = sec–1v 1 x2 4x2 (1 x 2 )2 6 2x 2 Contoh Hitunglah turunan dari 1 x x2 1 du 2x dx ( x 2 1)2 dv 1 du 2 u dy 1 dv v v 2 1 dy dy dv du dx dv du dx 1 1 2x v v 2 1 2 u ( x 2 1)2 (1 x 2 )2 Kalkulus Prayudi Modul IX Fungsi Transendent 30 SOAL-SOAL LATIHAN Tentukanlah turunan pertama kedua dan ketiga dari, (1) y x 2 cos1(a / x ) ax ln( x x 2 a 2 ) (2)y x 2 sin1(a / x ) a x 2 a 2 2 1 x a 2 2 b ( x a) b b x a 2 2 ( 4)y 2( x a )2 tan1 b( x a ) ln(( x a ) b ) b (3)y ( x a ) sec (5)y 2 x 2 tan1(a / x ) ax ln( x 2 a 2 ) Kalkulus Prayudi Modul V : Turunan Fungsi 31