Fungsi Riil Bab II FUNGSI RIIL 2.1 Fungsi rill dangrafik Bayangkan suatu fungsi sebagai suatu mesin hitung. Ia mengambil bilangan (masukan) dan memproduksi hasil (keluaran). Setiap bilangan yang dimasukkan dicocokkan dengan satu bilangan tunggal sebagai keluaran, tetapi dapat terjadi bahwa beberapa nilai masukan yang berlainan memberikan nilai keluaran yang sama, lihat gambar 2.1. B A x f Ko-domain x input f (x) mesin output f (x) Domain Range gambar 2.1 Ilustrasifungsi Definisi 2.1 Misalkan 𝐴, 𝐵 ⊆ 𝑹yang tidak kosong, sebuah fungsi 𝑓 ∶ 𝐴 → 𝐵 adalah suatu aturan yang mengkaitkan setiap unsur 𝑥 ∈ 𝐴 dengan tepat satu nilai 𝑦 ∈ 𝐵 . Himpunan 15 Fungsi Riil 𝐴 disebut domain (daerah asal), dan himpunan 𝐵 disebut kodomain, sedangkan himpunan semua nilai 𝑦 = 𝑓(𝑥) yang diperoleh di dalam 𝐵 , disebut range/image(daerah nilai) dari𝑓. Unsur 𝑦yang berkaitan dengan unsur𝑥 ini diberi lambang 𝑦 = 𝑓(𝑥)yang dinamakan aturan fungsi/persamaan fungsi. Disini 𝑥 dinamakan peubah bebas (variabel independen) dan𝑦yang nilainya bergantung pada𝑥dinamakan peubah terikat (variabel dependen).Jika persamaan fungsi 𝑦 = 𝑓 𝑥 , 𝑥 ∈ 𝐴, maka domain fungsi 𝑓 adalah himpunan𝐴 , dinotasikan𝐷𝑓 = 𝐴 dan range fungsiadalah himpunan𝑅𝑓 = 𝑓 𝑥 : 𝑥 ∈ 𝐴 . Unsur 𝑓 𝑥 ∈ 𝐵 dinamakan nilai fungsi di 𝑥 . Jika diketahui persamaan fungsi𝑦 = 𝑓(𝑥) dan daerah asal tidak disebutkan secara spesifik, maka daerah asal yang dimaksud adalah “ daerah asal alamiah” (natural domain) dari fungsi, sehingga daerah asal dan daerah nilai fungsiadalah: 𝐷𝑓 = 𝑥 ∈ 𝑹 ∶ 𝑓 𝑥 ∈ 𝑹 dan𝑅𝑓 = 𝑓 𝑥 ∈ 𝑹 ∶ 𝑥 ∈ 𝐷𝑓 . Dalam hal ini daerah asal dan daerah nilai fungsi semuanya himpunan bagian dari𝑹.Fungsi ini dinamakan fungsi dengan peubah riil dan bernilai riil, atau cukup dikatakan fungsi riil. Fungsi riil 𝑦 = 𝑓(𝑥) dapat digambarkan dalam bentuk diagram panahseperti pada gambar 2.2. 𝑹 𝑹 f Df Rf x 𝑹 Df Rf x f 𝑹 f (x) f (x) gambar 2.2 Diagram Panahfungsi y f (x) 16 Fungsi Riil Notasi fungsi, untuk memberi nama fungsi dipakai sebuah huruf tunggal seperti𝑓 (atau 𝑔 atau 𝐹). Maka 𝑓(𝑥), yang dibaca ”𝑓 dari 𝑥” atau ”𝑓 pada 𝑥”, menunjukkan nilai yang diberikan oleh 𝑓 kepada 𝑥. Contoh 2.1 Jika 𝑓 𝑥 = 𝑥 2 − 4, maka 𝑓 2 = 22 − 4 = 0 , 𝑓 −1 = −1 𝑎2 − 4, 𝑓 𝑎 + = 𝑎 + 2 2 − 4 = −3 , 𝑓 𝑎 = − 4 = 𝑎2 + 2 + 2𝑎 − 4. Contoh 2.2 Misalkan𝑔 𝑥 = 1/𝑥, cari dan sederhanakan 𝑔 𝑎 + − 𝑔(𝑎) Penyelesaian: Pertama kita mencari nilai fungsi 𝑔 pada 𝑥 = 𝑎 + dan 𝑥 = 𝑎. Jadi kita peroleh 𝑔 𝑎 + = 1/(𝑎 + ) dan 𝑔 𝑎 = 1/𝑎. Kemudian kita bagi dengan selisih 𝑔 𝑎 + − 𝑔(𝑎). Maka 1 1 𝑔 𝑎 + − 𝑔(𝑎) 𝑎+ − 𝑎 𝑎 − (𝑎 + ) 1 = = =− 2 . 𝑎(𝑎 + ) 𝑎 + 𝑎 Contoh 2.3 Tentukan daerah asal dan daerah hasil fungsi 𝑓 𝑥 = 3 + 1 − 2𝑥 dan 𝑔 𝑥 = (𝑥 + 1)/(𝑥 − 2). Penyelesaian: Untuk fungsi 𝑓 𝑥 = 3 + 1 − 2𝑥, agar 𝑓 terdefinisi maka nilai 𝑓(𝑥) haruslah riil, maka syaratnya persamaan dalam akar tak negatif, 1 − 2𝑥 ≥ 0. Maka hal ini dipenuhi oleh 𝑥 ≤ 1/2. Sehingga daerah asal fungsi adalah 17 Fungsi Riil 𝐷𝑓 = 𝑥 ∈ 𝑹 ∶ 𝑥 ≤ 1 1 = −∞, . 2 2 Kemudian untuk setiap 𝑥 dalam daerah asal fungsi berlaku 1 − 2𝑥 ≥ 0, maka nilai 𝑓 𝑥 = 3 + 1 − 2𝑥 ≥ 0 . Sehingga daerah nilai fungsi adalah 𝑅𝑓 = 𝑦 ∈ 𝑹 ∶ 𝑦 ≥ 3 = 3, ∞ . Untuk fungsi 𝑔(𝑥) = (𝑥 + 1)/(𝑥 − 2) , agar 𝑔(𝑥) terdefinisi, yaitu 𝑔 𝑥 ∈ 𝑹 , syaratnya bentuk pembilangnya tidak boleh 0. Maka 𝑥 − 2 ≠ 0 atau 𝑥 ≠ 2. Sehingga daerah asalnya adalah 𝐷𝑔 = 𝑥 ∈ 𝑹 ∶ 𝑥 ≠ 2 = 𝑹 − 2 . Untuk menentukan daerah nilai fungsi 𝑔, tuliskan bahwa 𝑦 = (𝑥 + 1)/(𝑥 − 2). Kemudian nyatakan 𝑥 dalam 𝑦, 𝑦 𝑥 − 2 = 𝑥 𝑦 − 1 ⟹ 𝑥(𝑦 − 1) = 2𝑦 + 1 ⟹𝑥= 2𝑦 + 1 , 𝑦 ≠ 1. 𝑦−1 Jadi daerah nilai fungsi adalah𝑅𝑓 = 𝑦 ∈ 𝑹 ∶ 𝑦 ≠ 1 = 𝑹 − 1 . gambar 2.3 Kurvafungsi𝒈 𝒙 = (𝒙 + 𝟏)/(𝒙 − 𝟐) 18 Fungsi Riil Fungsi 𝑓 juga dapat digambarkan sebagai kurva yang memuat semua pasangan bilangan (𝑥, 𝑦) dengan 𝑦 = 𝑓(𝑥) . Daerah asal 𝑓 tidak lain adalah proyeksi kurva pada sumbu 𝑥 (garis riil mendatar) dan daerah hasilnya adalah proyeksi kurva ke sumbu 𝑦 (garis riil tegak). Sebagai contoh dapat kita lihat grafik fungsi 𝑔pada contoh 2.3 di gambar 2.3. Contoh 2.4 Tentukan grafik, domain dan range fungsi 𝑓 𝑥 = 𝑥 2 − 2𝑥 − 1, −1 ≤ 𝑥 ≤ 2. Penyelesaian: Berdasarkan persamaan fungsinya, grafiknya dapat dilihat pada gambar 2.4. Dari fungsinya, maka daerah asal fungsi adalah 𝐷𝑓 = −1,2 . Untuk menentukan rangenya, menjadi 𝑦 = 𝑥 − 1 2 persamaannya − 2 , kemudian tentukan rentang nilai 𝑦 untuk −1 ≤ 𝑥 ≤ 2. −1 ≤ 𝑥 ≤ 2 ⇒ −2 ≤ 𝑥 − 1 ≤ 1 ⇒0≤ 𝑥−1 2 ⇒ −2 ≤ 𝑥 − 1 gambar 2.4 Kurvafungsi𝒇 𝒙 = 𝒙𝟐 − 𝟐𝒙 − 𝟏 ≤4 2 −2≤2 ⇒ −2 ≤ 𝑦 ≤ 2. Berdasarkan hasil di atas, maka rangenya adalah 𝑅𝑓 = [−2,2]. Contoh 2.5 Tentukan domain, range, dan gambarkan grafik untuk fungsi 𝑓 𝑥 = 2 − 𝑥 − 𝑥 2 . Penyelesaian: Agar 𝑓 𝑥 ∈ 𝑹, maka 2 − 𝑥 − 𝑥 2 ≥ 0. Solusi ketaksamaannya adalah 19 Fungsi Riil 𝑥2 + 𝑥 − 2 ≤ 0 ⇒ 𝑥 + 2 𝑥 − 1 ≤ 0 ⇒ −2 ≤ 𝑥 ≤ 1. Jadi domainnya adalah 𝐷𝑓 = −2,1 . Rangenya diperoleh dengan cara menuliskan bentuk dalam akar menjadi bentuk kuadrat sejati, 𝑦= 9 1 − 𝑥+ 4 2 2 , 𝑦 ≥ 0. Jika dikuadratkan maka diperoleh 9 1 𝑦 = − 𝑥+ 4 2 2 1 2 9 2 gambar 2.5 kurvafungsi𝒇 𝒙 = 𝟐 − 𝒙 − 𝒙𝟐 ma⇒ 𝑥 + 2 , 𝑦≥0 + 𝑦 2 = 4 𝑦 ≥ 0. 3 Jadi nilai 𝑦 yang memenuhi adalah 0 ≤ 𝑦 ≤ 2 . Bentuk itu merupakan persamaan 1 setengah lingkaran yang berpusat di titik − 2 , 0 dan berjari-jari 3 2 sebagaimana terlihat pada gambar 2.5. Salah satu hal yang juga penting dalam menggambar grafik fungsi adalah bentuk fungsi genap dan ganjil. Pengertian keduanya diberikan pada definisi 2.2. Definisi 2.2 Fungsi 𝑓 dikatakan sebagai fungsi genap jika untuk setiap 𝑥 ∈ 𝐷𝑓 berlaku 𝑓 −𝑥 = 𝑓 𝑥 . Jika 𝑓 −𝑥 = −𝑓(𝑥) untuk setiap 𝑥 ∈ 𝐷𝑓 , maka 𝑓 disebut fungsi ganjil. 20 Fungsi Riil Dari definisi tersebut, grafik fungsi genap simetri terhadap sumbu 𝑦 dan grafik fungsi ganjil simetri terhadap (0,0) . Sebuah fungsi bukanlah fungsi genap jika terdapat 𝑥 ∈ 𝐷𝑓 sehingga 𝑓 −𝑥 ≠ 𝑓 𝑥 dan juga bukan fungsi ganjil jika terdapat 𝑥 ∈ 𝐷𝑓 sehingga 𝑓 −𝑥 ≠ −𝑓 𝑥 . gambar 2.6 kurvasebuahfungsigenapdanfungsiganjil Contoh 2.6 Fungsi 𝑓 𝑥 = 𝑥 2 + 3 merupakan fungsi genap, karena 𝑓 −𝑥 = −𝑥 2 + 3 = 𝑥2 + 3 = 𝑓(𝑥) . Sedangkan 𝑔 𝑥 = 2𝑥 3 + 4𝑥 adalah fungsi ganjil sebab 𝑔 −𝑥 = 2 −𝑥 3 + 4 −𝑥 = 2 −𝑥 3 + 4 −𝑥 = −2𝑥 3 − 4𝑥 = − 2𝑥 2 + 4𝑥 . Grafik fungsi diberikan pada gambar 2.6. Fungsi 𝑥 = 𝑥 2 + 2𝑥 adalah fungsi yang bukan fungsi genap dan juga bukan fungsi ganjil, karena −𝑥 ≠ (𝑥) ataupun −𝑥 ≠ −(𝑥). Sedangkan 𝐹 𝑥 = 0 ini adalah jenis fungsi yang merupakan fungsi ganjil sekaligus fungsi genap. Perhatikan bahwa 𝐹 −𝑥 = −𝐹 𝑥 = 𝐹 𝑥 = 0 untuk semua 𝑥 ∈ 𝑹. 21 Fungsi Riil 2.2 Operasipadafungsi Misalkan 𝑓 𝑥 = 𝑥 dan 𝑔 𝑥 = 2𝑥 , penjumlahan 𝑓(𝑥) dan 𝑔(𝑥) dinyatakan oleh 𝑓 + 𝑔 𝑥 = 𝑓 𝑥 + 𝑔 𝑥 = 3𝑥. Operasi aljabar ini mendefinisikan sebuah fungsi baru yang disebut sebagai jumlah dari 𝑓 dan 𝑔, dilambangkan dengan 𝑓 + 𝑔. Secara umum definisi untuk fungsi hasil operasi aljabar diberikan pada definisi 2.3. Definisi itu berlaku jika fungsi 𝑓 dan 𝑔 terdefinisi. Definisi 2.3 Misalkan 𝑓 dan 𝑔 adalah dua buah fungsi. Maka jumlah, selisih, hasil kali dan hasil 𝑓 bagi dari keduanya ditulis 𝑓 + 𝑔 , 𝑓 − 𝑔, 𝑓𝑔 , dan 𝑔 , dengan aturan bahwa untuk setiap 𝑥 ∈ 𝐷𝑓 ∩ 𝐷𝑔 berlaku: 𝑓+𝑔 𝑥 =𝑓 𝑥 +𝑔 𝑥 𝑓−𝑔 𝑥 =𝑓 𝑥 −𝑔 𝑥 𝑓𝑔 𝑥 = 𝑓 𝑥 𝑔(𝑥), 𝑓 𝑔 𝑓 𝑥 𝑥 =𝑔 𝑥 , 𝑔 𝑥 ≠ 0. Jika domain fungsi hasil operasi ini ditentukan setelah aturan operasinya, maka 𝐷𝑓+𝑔 = 𝐷𝑓 −𝑔 = 𝐷𝑓𝑔 = 𝐷𝑓 ⋂𝐷𝑔 sedangkan 𝐷𝑓 = 𝐷𝑓 ⋂𝐷𝑔 − 𝑥 ∈ 𝑹 ∶ 𝑔 𝑥 = 0 . 𝑔 Ilustrasi sederhana ditunjukkan pada gambar 2.7. 𝐷𝑓 𝐷𝑓+𝑔 𝐷𝑔 gambar 2.7 Ilustrasi domain fungsihasiloperasipenjumlahan 22 Fungsi Riil Kita juga boleh memangkatkan suatu fungsidengannotasi𝑓 𝑛 , kita maksudkan fungsi yang memberikan nilai 𝑓 𝑥 𝑛 pada 𝑥. Contoh 2.7 Diberikanfungsi 𝑓 𝑥 = 𝑥 3 + 2𝑥 2 dan 𝑔 𝑥 = 3𝑥 2 − 1 . Tentukan hasil operasi aljabar kedua fungsi tersebut, 𝑓 ∗ 𝑔. Penyelesaian: Jumlahdari𝑓 dan 𝑔 adalah 𝑓 + 𝑔 𝑥 = 𝑓 𝑥 + 𝑔 𝑥 = 𝑥 3 + 2𝑥 2 + 3𝑥 2 − 1 = 𝑥 3 + 5𝑥 2 − 1. Domain natural untukkeduafungsiadalah 𝑹 , jadi domain hasiloperasipenjumlahannyaadalah𝐷𝑓+𝑔 = 𝑹. Dengancara yang samabentukfungsihasiloperasilainnyauntuk 𝑓 ∗ 𝑔 dan domainnya diberikanpadatabel 2.1. Tabel 2.1 Fungsihasiloperasialjabarduafungsi Operasi Penjumlahan Aturanfungsi 𝑥 3 + 5𝑥 2 − 1 Domain 𝑹 Pengurangan 𝑥3 − 𝑥2 + 1 𝑹 Perkalian 3𝑥 5 + 6𝑥 4 − 𝑥 3 − 2𝑥 2 𝑹 Pembagian 𝑥 3 + 2𝑥 2 3𝑥 2 − 1 𝑹− − 1 3 , 1 3 Operasifungsi yang lain, adalahoperasifungsibersusun. Misalkan𝑓 dan 𝑔 adalah dua fungsi yang didefinisikan sebagai berikut: 𝑓 ∶ 𝐴 → 𝐵 dan 𝑔 ∶ 𝐷 → 𝐶 23 Fungsi Riil Jika𝑅𝑓 ⋂𝐷𝑔 ≠ ∅, maka terdapat fungsi ∶ 𝐴 → 𝐶yang merupakan fungsi komposisi dari 𝑓 dan 𝑔,𝑔𝑜𝑓yang aturannya ditentukan oleh: 𝑥 = 𝑔𝑜𝑓 𝑥 = 𝑔 𝑓 𝑥 . Ilustrasi fungsi komposisi diperlihatkan pada gambar 2.8 menunjukkan nilai fungsi 𝑓 pada ∀ 𝑥 ∈ 𝐴 kemudian diteruskan oleh fungsi 𝑔. gambar 2.8 komposisiduafungsi Domain fungsikomposisi 𝑔𝑜𝑓 adalah himpunan 𝐷𝑔𝑜𝑓 = 𝑥 ∈ 𝐷𝑓 ∶ 𝑓 𝑥 ∈ 𝐷𝑔 . Adapun rangenya adalah 𝑅𝑔𝑜𝑓 = 𝑦 ∈ 𝑅𝑔 ∶ 𝑦 = 𝑔 𝑡 , 𝑡 ∈ 𝑅𝑓 . Dalam hal ini domainnya tidak lain adalah himpunan bagian dari domain 𝑓. Fungsi komposisi 𝑓𝑜𝑔 dirancang serupa, dengan f dan g saling bertukar peran.Misalnya 𝑅𝑔 ⋂𝐷𝑓 ≠ ∅, maka fungsi komposisi dari 𝑓 dan 𝑔 ( 𝑔 dilanjutkan𝑓 ) ditulis 𝑓𝑜𝑔dan aturannya ditentukan oleh𝑓𝑜𝑔 𝑥 = 𝑓 𝑔 𝑥 .Daerah asal dan derah hasil fungsi komposisi𝑓𝑜𝑔 adalah 𝐷𝑓𝑜𝑔 = 𝑥 ∈ 𝐷𝑔 ∶ 𝑔 𝑥 ∈ 𝐷𝑓 dan𝑅𝑓𝑜𝑔 = 𝑦 ∈ 𝑅𝑓 ∶ 𝑦 = 𝑓 𝑡 , 𝑡 ∈ 𝑅𝑔 . Catatan: 𝑔𝑜𝑓 ≠ 𝑓𝑜𝑔. Contoh 2.8 24 Fungsi Riil Tentukan fungsi komposisi 𝑓𝑜𝑔 dan𝑔𝑜𝑓 kemudian tentukan pula daerah definisi fungsi komposisinya. 1 a. 𝑓 𝑥 = 𝑥 + 5; 𝑔 𝑥 = 𝑥−4 b. 𝑓 𝑥 = 2𝑥, 2 < 𝑥 ≤ 8 ; 𝑔 𝑥 = 2𝑥 2 , −1 < 𝑥 < 2 Penyelesaian: Untuk bagian a. Kedua fungsi mempunyai domain alami, 𝐷𝑓 = 𝑹, dan 𝐷𝑔 = 𝑹 − 4 . Rangenya 𝑅𝑓 = 𝑹, dan 𝑅𝑔 = 𝑹 − 0 . Karena 𝑅𝑔 ⋂𝐷𝑓 ≠ ∅, maka fungsi komposisi 𝑓𝑜𝑔 adalah 𝑓𝑜𝑔 𝑥 = 𝑓 1 1 = + 5. 𝑥−4 𝑥−4 Domainnya adalah 𝐷𝑓𝑜𝑔 = 𝑥 ∈ 𝐷𝑔 ∶ 𝑔 𝑥 ∈ 𝐷𝑓 = 𝑥 ∈ 𝑹 ∶ 𝑥 ≠ 4 . Karena 𝑅𝑓 ⋂𝐷𝑔 ≠ ∅, maka fungsi komposisi 𝑔𝑜𝑓 adalah 𝑔𝑜𝑓 𝑥 = 𝑔 𝑥 + 5 = 1 1 = . 𝑥+5 −4 𝑥+1 Domainnya 𝐷𝑔𝑜𝑓 = 𝑥 ∈ 𝐷𝑓 ∶ 𝑓 𝑥 ∈ 𝐷𝑔 = 𝑥 ∈ 𝑹 ∶ 𝑥 + 5 ≠ 4 = 𝑥 ∈ 𝑹 ∶ 𝑥 ≠ 1 . Untuk bagian b. Domainnya telah diberikan, jadi 𝐷𝑓 = (2,8] dan 𝐷𝑔 = (−1,2) . Range masing-masing adalah 𝑅𝑓 = (2,4] dan 𝑅𝑔 = [0,8). Karena 𝑅𝑔 ⋂𝐷𝑓 = (2,8), maka fungsi komposisi 𝑓𝑜𝑔 adalah 𝑓𝑜𝑔 𝑥 = 𝑓 2𝑥 2 = 2 2𝑥 2 = 2𝑥. Domainnya 𝐷𝑓𝑜𝑔 = 𝑥 ∈ 𝐷𝑔 ∶ 𝑔 𝑥 ∈ 𝐷𝑓 = 𝑥 ∈ 𝐷𝑔 ∶ 1 < 𝑥 2 ≤ 4 = 1,2 . 25 Fungsi Riil Karena 𝑅𝑓 ⋂𝐷𝑔 = ∅, maka fungsi komposisi 𝑔𝑜𝑓 tidak ada (walaupun secara umum kita dapat membuat komposisi fungsinya, yaitu 𝑔𝑜𝑓 𝑥 = 4𝑥). Komposisi fungsi ini dapat diperumum menjadi komposisi tiga fungsi atau lebih. Anda dapat menarik kesimpulan sendiri dari contoh yang diberikan di bawah ini dan membuat generalisasi untuk komposisi dari 𝑛 buah fungsi. Contoh 2.9 Buatlahbentukfungsi𝐹 𝑥 = 𝑥 2 + 2𝑥 − 2 sebagai komposisi dari dua fungsi atau tiga fungsi. Penyelesaian: Misalkankitapilihbentukfungsi 𝐺 𝑥 = 𝑥 dan 𝑔 𝑥 = 𝑥 2 + 2𝑥 − 2 , maka komposisi 𝑓𝑜𝑔 akan memberikan bentuk fungsi 𝐺𝑜𝑔 𝑥 = 𝐹(𝑥). Jikafungsi 𝑔 𝑥 = 𝑥 2 + 2𝑥 − 2 dipandang sebagai komposisi dua fungsi, yaitu 𝑜𝑓 𝑥 dengan 𝑥 = 𝑥 2 − 3dan 𝑓 𝑥 = 𝑥 + 1, sehingga 𝑜𝑓 𝑥 = 𝑔(𝑥). Maka kita dapat memandang fungsi 𝐹 𝑥 sebagaikomposisitigafungsi, yaitu 𝐹 𝑥 = 𝐺𝑜𝑜𝑓 𝑥 = 𝐺 𝑜𝑓 𝑥 =𝐺 𝑓 𝑥 . Contoh 2.10 a. Tentukan aturan fungsi 𝑓 jika 𝑔𝑜𝑓 𝑥 = 8𝑥 2 + 2𝑥 + 1 dan 𝑔 𝑥 = 2𝑥 + 1. b. Tentukan aturan fungsi 𝑓 jika 𝑓𝑜𝑔 𝑥 = 8𝑥 2 + 2𝑥 + 1 dan 𝑔 𝑥 = 2𝑥 + 1. Penyelesaian: Untuk bagian a. Karena 𝑔 𝑥 = 2𝑥 + 1, maka 𝑔 𝑓 𝑥 = 2𝑓 𝑥 + 1 dan diketahui bahwa 𝑔𝑜𝑓 𝑥 = 8𝑥 2 + 2𝑥 + 1, maka 2𝑓 𝑥 + 1 = 8𝑥 2 + 2𝑥 + 1 ⟹ 𝑓 𝑥 = 4𝑥 2 + 𝑥. Untukbagian b. Karena 𝑔 𝑥 = 2𝑥 + 1 , maka 𝑓 𝑔 𝑥 = 𝑓 2𝑥 + 1 yang dapat dihubungkan dengan bentuk 𝑓𝑜𝑔 𝑥 = 8𝑥 2 + 2𝑥 + 1 . Misalkan kita membentuk 26 Fungsi Riil bentuk kuadrat dari (2𝑥 + 1), maka diperoleh fungsi 𝑓 yang mungkin adalah bentuk fungsi kuadrat yang memuatsuku 2𝑥 + 1 sedemikian sehingga 𝑓 2𝑥 + 1 = 𝑎 2𝑥 + 1 𝑎 2𝑥 + 1 2 2 2 = 4𝑥 2 + 4𝑥 + 1 dan suku 2𝑥 + 1 , + 𝑏 2𝑥 + 1 + 𝑐. Maka + 𝑏 2𝑥 + 1 + 𝑐 = 8𝑥 2 + 2𝑥 + 1 ⟹ 𝑎 = 4, 𝑏 = −3 dan 𝑐 = 2. Jadifungsi𝑓 𝑥 = 4𝑥 2 − 3𝑥 + 2. 2.3 Fungsi-fungsikhusus Padapembahasaninikitaakanmempelajarijenis-jenisfungsikhususdanbentukbentukgrafiknya. Beberapajenisfungsikhususinijugatelahbanyakdiberikanpadasubbab 2.1 ataupun 2.2. 2.3.1 Fungsipolinom Bentukfungsi yang pertamakitabahasadalahfungsisukubanyakataufungsipolinom.Fungsiiniadalahpenjuml ahanbeberapafungsiberpangkat, yang didefinisikansebagaiberikut.Fungsi-fungsi yang diberikanpenjelasansingkat di sinihanyafungsikonstan, linier, kuadrat, dankubik.Beberapajenis lain akandiberikandalambeberapamaterilanjutataumatakuliahmatematikatingkatlanjut. Definisi 2.4 Fungsi𝑓 yang berbentuk 𝑓 𝑥 = 𝑎0 + 𝑎1 𝑥 + 𝑎2 𝑥 2 + ⋯ + 𝑎𝑛 𝑥 𝑛 dengan 𝑎0 , 𝑎1 , ⋯ , 𝑎𝑛 adalah bilangan riil untuk setiap 𝑛 bilangan bulat tak negatif dan 𝑎𝑛 ≠ 0 , dinamakanfungsipolinomberderajat𝑛. 27 Fungsi Riil Jika 𝑛=0 , maka 𝑓 𝑥 = 𝑎0 merupakan bentuk fungsikonstan. Grafikfungsinyaadalahgarislurus yang sejajardengansumbu 𝑥 dan berada sejauh 𝑎0 dari sumbu 𝑥 . Sebuah contoh untuk fungsi konstan adalah 𝑓 𝑥 = 4 sebagaimana terlihat pada gambar 2.9. Fungsi linieradalahfungsipolinomberderajat 1, yang mempunyaibentuk𝑓 𝑥 = 𝑎𝑥 + 𝑏 dengan 𝑎 dan 𝑏 adalah konstanta dan𝑎 ≠ 0. Kurvanya berupa garis lurus dengan kemiringan/tanjakan sebesar 𝑎 dan memotong sumbu 𝑦 di titik (0, 𝑏) dan memotong sumbu 𝑥 di titik 𝑏 −𝑎 ,0 .Jika 𝑎 = 1 dan 𝑏 = 0 maka fungsi 𝑓 𝑥 = 𝑥 dinamakanfungsisatuan/identitas.Untuklebihjelasnyadapatdilihatgrafikfungsi 𝑓 𝑥 = 𝑥 dan 𝑓 𝑥 = 2𝑥 + 5 pada gambar 2.9. 𝒇 𝒙 =𝒙 𝒇 𝒙 = 𝟐𝒙 + 𝟓 𝒇 𝒙 =𝟒 gambar 2.9 contohfungsikonstandanfungsi linier Fungsi Kuadrat adalah fungsi polinom berderajat 2 yang dapat dituliskan dalam bentuk 𝑓 𝑥 = 𝑎𝑥 2 + 𝑏𝑥 + 𝑐 dengan 𝑎, 𝑏, 𝑐 adalah konstanta dan 𝑎 ≠ 0 . Grafik fungsi dapat terjadi dalam beberapa kasus, yaitu memotong sumbu 𝑥 di dua titik, menyinggung sumbu 𝑥 (memotong hanya di satu titik), atau tidak memotong sumbu 𝑥. Kurva fungsi ini adalah sebuah parabola yang mempunyai sumbu simetri di garis 𝑏 𝑏 𝐷 𝑥 = − 2𝑎 , dengan titik puncak di − 2𝑎 , − 4𝑎 , 𝐷 = 𝑏2 − 4𝑎𝑐. Bentuk 𝐷 disebut juga 28 Fungsi Riil diskriminat, yaitu sebuah nilai yang dapat menentukan nilai-nilai 𝑥 yang menyebabkan 𝑓 𝑥 = 0 . Jika diskriminant positif, maka grafik fungsi kuadrat memotong sumbu 𝑥 di dua titik, sebaliknya jika diskriminat negatif, parabola tidak memotong sumbu 𝑥. Jika 𝐷 = 0 fungsi hanya menyinggung sumbu 𝑥. Contoh 2.11 Gambarkan kurva fungsi 𝑓 𝑥 = 2𝑥 2 + 5𝑥 − 3 dan 𝑔 𝑥 = −3𝑥 2 − 5𝑥 + 2. Penyelesaian: Untuk fungsi 𝑓 dan 𝑔 , berikut adalah tabel yang memuat semua komponen penting dalam menggambar kurvanya. tabel 2.1 Karakteristik fungsi kuadrat Karakteristik kurva 𝑏 Sumbu simetri, 𝑥 = − 2𝑎 𝑓 𝑔 𝑥=− 𝐷 Nilai puncak parabola, 𝑦 = − 4𝑎 Titik potong sumbu 𝑥, 𝑎𝑥 2 + 𝑏𝑥 + 𝑐 = 0 Titik potong sumbu 𝑦, 𝑥 = 0 5 4 𝑥= 5 6 𝑦 = −49/8 𝑦 = 49/12 1/2 dan 3 −2 dan 1/3 −3 2 Kurva kedua fungsi diberikan pada gambar 2.10. 𝑓 𝑥 = 2𝑥 2 + 5𝑥 − 3 𝑔 𝑥 = −3𝑥 2 − 5𝑥 + 2 29 Fungsi Riil Fungsi Kubik (Fungsi Pangkat Tiga) adalah fungsi polinom berderajat 3 yang dapat dituliskan dalam bentuk 𝑓 𝑥 = 𝑎𝑥 3 + 𝑏𝑥 2 + 𝑐𝑥 + 𝑑 dengan 𝑎, 𝑏, 𝑐, 𝑑 adalah konstanta dan 𝑎 ≠ 0 . Menggambar grafik fungsi kubik lebih rumit daripada menggambar grafik fungsi kuadrat. Hal ini disebabkan karena untuk mendapatkan puncak-puncak lengkungan atau perubahan kecekungan kurvanya diperlukan pengetahuan turunan fungsi yang akan dipelajari pada materi berikutnya. Kurva fungsi kubik selalu memotong sumbu 𝑥 paling sedikit di satu titik. Untuk kasus 𝑎 > 0, makin ke kanan nilai 𝑥 pada koordinat kartesian, maka nilai 𝑦 juga akan cenderung makin ke atas. Sebaliknya, jika 𝑎 < 0, makin ke kanan nilai 𝑥 maka nilai 𝑦 cenderung makin besar ke arah negatif. Berikut ini adalah gambar 2.11 untuk beberapa fungsi kubik yang berbentuk 𝑓 𝑥 = 𝑎𝑥 3 . Sedangkan untuk beberapa bentuk fungsi 𝑓 𝑥 = 𝑎𝑥 3 + 𝑏𝑥 2 + 𝑐𝑥 + 𝑑 diberikan pada gambar 2.12. 𝑓 𝑥 = 8𝑥 3 𝑔 𝑥 = 2𝑥 3 𝑥 =𝑥 𝑓 𝑥 = −8𝑥 3 𝑔 𝑥 = −2𝑥 3 𝑥 = −𝑥 3 3 30 Fungsi Riil 𝑓 𝑥 = −2𝑥 3 + 10𝑥 2 + 25𝑥 − 250 1 𝑓 𝑥 = 𝑥 3 − 𝑥 2 − 3𝑥 + 4 3 gambar 2.12 kurvafungsikubik𝒇 𝒙 = 𝒂𝒙𝟑 + 𝒃𝒙 + 𝒄𝒙 + 𝒅 2.3.2 FungsiRasionaldanIrrasional Fungsirasionaladalahsuatufungsi yang terbentuksebagaihasilbagiduafungsi, 𝑓 𝑥 = 𝑝 𝑥 𝑞 𝑥 dengan 𝑝 𝑥 = 𝑎0 + 𝑎1 𝑥 + ⋯ + 𝑎𝑛 𝑥 𝑛 dan 𝑞 𝑥 = 𝑏0 + 𝑏1 𝑥 + ⋯ + 𝑏𝑚 𝑥 𝑚 dan 𝑞 𝑥 ≠ 0. Contoh 2.12 5 Beberapacontohfungsirasional: 𝑓 𝑥 = 𝑥 ; 𝑔 𝑥 = 2𝑥−3 𝑥+2 ; 𝑥 = 𝑥 2 +4𝑥−3 5𝑥+1 . Jikadiketahui 𝑓 𝑥 = 𝑝(𝑥)/𝑞(𝑥) adalah fungsi rasional, maka nilai-nilai 𝑥 yang membuat 𝑓 𝑥 = 0 akan berkaitan dengan fakta bahwa kurva fungsinya akan 31 Fungsi Riil memotong sumbu 𝑥 . Namun, patut diingat bahwa tidak semua fungsi rasional mempunyai titik potong dengan sumbu 𝑥. Hal itu terjadi jika 𝑝 𝑥 ≠ 0. Contoh 2.13 Tentukantitikpotongdengansumbu𝑥 (jika ada) untuk fungsi a. 𝑓 𝑥 = 𝑥 2 + 4𝑥 + 3 𝑥 2 + 4𝑥 + 8 b. 𝑔 𝑥 = 3𝑥 − 5 3𝑥 − 5 penyelesaian:Untukfungsi 𝑓 nilai 𝑓 𝑥 = 0 diperoleh dari 𝑥 2 + 4𝑥 + 3 = 0 , maka 𝑥 + 1 𝑥 + 3 = 0 . Jadi diperoleh 𝑥 = −1 dan 𝑥 = −3 . Jadi titik potong kurva dengan sumbu 𝑥 di (−1,0)dan (−3,0). Untuk fungsi 𝑔 , perhatikan bahwa bentuk 𝑝 𝑥 = 𝑥 2 + 4𝑥 + 8 mempunyai diskriminantnegatif (𝐷 = −16), jadi kurvanya tidak memotong sumbu 𝑥. Bentukfungsirasional yang sederhanaadalah𝑓 𝑥 = 1/𝑥. Fungsi ini tidak pernah memotong sumbu 𝑥 karena bentuk 𝑓(0) tidak ada.Jugatidakmemotongsumbu 𝑥 , walaupun untuk 𝑥 yang sangat besar nilai fungsi cenderung makin mendekati 0 (pembahasan tentang ini akan dipelajari pada materi Limit). Kurva fungsi tidak pernah memotong sumbu 𝑥 𝟏 gambar 2.13 kurvafungsi𝒇 𝒙 = 𝒙 dan sumbu 𝑦 sebagaimana terlihat pada gambar 2.13. Padagambaritujugadapatdilihatbahwa domain dan range adalahsemuanilairiilkecuali nol.Kemudianuntuk 𝑥 yang makin besar atau makin menjauh dari nol, nilai 𝑓(𝑥) makin dekat ke nol. Garis 𝑦 = 0 disebut asimptot datar. Sebaliknya makin dekat nilai 32 Fungsi Riil 𝑥 ke nol dari arah kanan kurva bergerak makin ke atas dan mendekati sumbu 𝑦, demikian pula dengan nilai 𝑥 yang menuju nol dari arah kiri, kurva akan bergerak ke bawah makin mendekati sumbu 𝑦. Garis 𝑥 = 0 ini disebut asimptot tegak. Contoh 2.13 Temukanperpotongandengansumbu 𝑥 , sumbu 𝑦 , asimptot-asimptotnya, kemudian 𝑥−2 gambarkan grafik fungsi 𝑓 𝑥 = 𝑥−4. Penyelesaian: Untuktitikperpotongandengansumbu𝑦, maka cukup dihitung 𝑓(0), jadi peroleh 0,1 2 . Untuktitikpotongdengansumbu𝑥, dicari nilai 𝑥 yang membuat fungsi pembilang nol, tapi tidak menyebabkan fungsi penyebut nol. 𝑥 − 2 = 0 ⇒ 𝑥 = 2dan substitusi nilainya ke penyebut, 2 − 4 = −2 ≠ 0. Maka titik potongnya adalah (2,0). Asimptottegakdiperolehdarifungsipenyebutmenjadinol, jadi 𝑥 − 4 = 0 ⇒ 𝑥 = 2 . Karena 𝑥 = 2 tidak membuat pembilang nol, maka garis 𝑥 = 2 adalah asimptot tegak.Asimptot datar diperoleh, jika domain bergerak meluas tanpa batas atau ke ketakhinggaan. Untuk mendapatkan itu, kita bagipembilangnyadenganpenyebutsehinggadiperolehekspresirasionalcampuran, 𝑥−2 2 =1+ . 𝑥−4 𝑥−4 2 Untuk𝑥 yang makin besar, baik ke arah positif ataupun negatif, diperoleh ekspresi 𝑥−4 makin menuju 0, sehinggaasimptotdatarnyaadalah𝑦 = 1. Grafiknyadapatdilihatpadagambar 2.14. 33 Fungsi Riil Fungsiirrasionaladalahfungsialjabar yang mengandungfaktorpenarikanakar.Misalnya 𝑓 𝑥 = 𝑥 , 𝑔 𝑥 = 3 𝑥 2 − 1 adalah dua bentuk fungsi irrasional karena mengandung bentuk penarikan akar. Contoh 2.14 Gambarkankurvaduafungsi 𝑓 dan 𝑔 yangpersamaannyaadalah𝑓 𝑥 = 𝑥 dan 𝑔 𝑥 = −𝑥. Penyelesaian: Perhatikanbahwa domain untukfungsi 𝑓 𝑥 = 𝑥 adalahsemuanilai 𝑥 yang lebih besar atau sama dengan 0. Kurvanyasetengah terbukakekananuntukfungsikuadrattapidengansumbusimetriadalahsumbu parabola 𝑥 lihat gambar 2.13.Sebaliknyadenganfungsi𝑔, domainnya adalah semua nilai 𝑥 yang lebih kecil atau sama dengan 0. Kurvanya setengah parabola terbuka ke kiri, lihat gambar 2.13. 34 gambar 2.15 fungsiirrasional𝒇 𝒙 = 𝒙 dan 𝒈 𝒙 = −𝒙 Fungsi Riil Untukfungsidenganakarpangkattigadapatdilihatpadagambar merupakankurvadaritigafungsi, 𝑔(𝑥) = 𝑥 = 3 𝑓 𝑥 = 𝑔 𝑥 = 3 3 𝑥, 𝑓 𝑥 = 3 2.16 𝑥 − 1, dan 𝑥 = yang 3 𝑥 + 1. 𝑥+1 3 𝑥 𝑥−1 gambar 2.16 fungsiakartiga Perhatikan gambar 2.16, bahwa kurva fungsi diperoleh dengan menggeser fungsi 𝑓 sejauh 1 satuan ke sebelah kiri. Demikian pula dengan fungsi 𝑔 yang merupakan pergeseran dari fungsi 𝑓 sejauh 1 satuan kekanan.Pergeseransepertiinidisebuttranslasi.Translasi adalah transformasi bidang sedemikian sehingga bayangan dari setiap titik (𝑥, 𝑦)adalah titik (𝑥 + , 𝑦 + 𝑘)di mana nilai-nilai dan 𝑘 adalah nilai yang diberikan. Translasi menyebabkan perpindahan setiap titik dalam jarak yang sama dan dalam arah yang sama. 35 Fungsi Riil Tabel 2.2 Fungsidangrafikbeberapafungsi No BentukFungsi Domain Range 1 𝑥2 − 1 𝑥+1 𝑹 − −1 𝑹 − −2 2 1 𝑥2 𝑹− 0 𝑹+ 3 1 𝑥2 + 1 𝑹 0,1 Grafik 36 Fungsi Riil 𝑹+ + 0 𝑥−2 4 −2, ∞ Tabel 2.2 memberikanbeberapa fungsi rasionaldanirrasional yang lain beserta daerah asal, daerah nilai,dangrafiknya. beberapatitikbantuan yang Untukmendapatkangrafikfungsi yang tepat, terletakpadakurvaperluditentukanterlebihdahulu, sepertititikpotongdengansumbu 𝑥 dan sumbu 𝑦 (jikaada) danbeberapatitik lain yang mudahdiperoleh. Beberapakurva yang diberikanpadatabelhanyasebagaipembandingjikadalampengerjaanpadamaterilebihlanj utada yang sejenis. 2.3.3 FungsiNilaiMutlak Telahkitapelajaripadabab 1, bentuknilaimutlak. Padapembahasan kali inikitaakanmenggunakannyadalambentukfungsi. Bentukfungsinilaimutlakadalahbentukfungsi yang mengandungbentuknilaimutlakdidalamnya, 37 Fungsi Riil 𝑓 𝑥 = 𝑝 𝑥 dengan 𝑝 𝑥 adalahfungsiterhadap𝑥 . Contohnya𝑓 𝑥 = |𝑥|, fungsi ini terdefinisi diseluruh bilangan riil dengan rangenya adalah bilangan riil yang bukan negatif. Hal ini dikarenakan karena sifat nilai mutlak, yaitu 𝑓 𝑥 = 𝑥 , jika 𝑥 ≥ 0 dan 𝑓 𝑥 = −𝑥, jika 𝑥 < 0. Bentuk grafiknya dapat dilihat pada gambar 2.18. Contoh 2.15 Tentukan domain dan range fungsidenganaturan 𝑓 𝑥 = |𝑥 2 − 1| kemudaian gambarkangrafiknya. Penyelesaian: Perhatikanbahwabentukfungsidalamtandamutlakadalahsebuahfungsipolinom, berarti domain fungsi𝑓 juga adalah 𝑹. Rangenyadapatdiperolehkarenasifatnilaimutlak yang selalutidaknegatif, maka 𝑅𝑓 = 0, ∞ . Untuk membuat grafik fungsinya kita ubah terlebih dahulu bentuk fungsinya tanpa tanda nilai mutlak. 2 𝑓 𝑥 = 𝑥 − 12 𝑥 ≤ −1 atau 𝑥 ≥ 1 . 1−𝑥 −1 < 𝑥 < 1 gambar 2.19 fungsi𝒇 𝒙 = 𝒙𝟐 − 𝟏 38 Fungsi Riil Untuk𝑥 2 − 1 merupakan parabola terbuka ke atas hanya lengkungan ujung parabola untuk selang −∞, −1 dan 1, ∞ dan berpotongan dengan parabola terbukakebawah1 − 𝑥 2 pada titik 𝑥 = −1dan 𝑥 = 1, lihat gambar 2.19. Hasil operasi fungsi nilai mutlak dengan fungsi-fungsi yang lain juga memberikan grafik fungsi yang unik sebagaimana terlihat pada beberapa contoh berikut. Contoh 2.16 Fungsi 𝑓 𝑥 = 1 − 2|𝑥 + 1|, yang dapat dituliskan sebagai fungsi dengan dua aturan, yaitu 𝑓 𝑥 = −2𝑥 − 1 𝑥 ≥ −1 2𝑥 + 3 𝑥 < −1 Fungsi 𝑓 berubah sifat di 𝑥 = −1. Grafiknya dapat dilihat pada gambar 2.20 gambar 2.20 fungsi𝒇 𝒙 = 𝟏 − 𝟐|𝒙 + 𝟏| dan 𝒈 𝒙 = 𝒙 𝒙 + 𝟐 39 Fungsi Riil Fungsi 𝑔 dengan bentuk persamaan 𝑔 𝑥 = 𝑥 𝑥 + 2 , dapat dituliskan sebagai fungsi dengan bentuk 𝑔 𝑥 = 𝑥 2 + 2𝑥 −𝑥 2 − 2𝑥 𝑥≥0 𝑥<0 gambar 2.21 Fungsi𝒉 𝒙 = 𝒙 𝒙 + |𝒙 − 𝟑| Grafik pada gambar 2.21 adalah grafik untuk fungsi 𝑥 = 𝑥 𝑥 + |𝑥 − 3| dapat dituliskan sebagai fungsi dengan tigabentuk aturan pada sub domain masing-masing. 2.3.4 FungsiBilanganBulatTerbesar Fungsi khusus yang lain adalah bentuk fungsi bilangan bulat terbesar, yaitu bentuk fungsi yang nilai fungsinya adalah selalu merupakan bilangan bulat untuk semua nilai 𝑥 dalam domainnya. Bentuk umumnya adalah 𝑓 𝑥 = 𝑢 𝑥 , yang menyatakan bahwa nilai 𝑢 𝑥 adalah bilangan bulat terbesar yang lebih kecil atau sama dengan 𝑢(𝑥). Fungsi ini disebut juga fungsi tangga. Misalkan 𝑢 𝑥 = 𝑥, untuk suatu 𝑥 ∈ 𝑹maka tak hingga banyaknya bilangan bulat yang lebih kecil atau sama dengan𝑥yang pada garis bilangan (lihat gambar 2.22) terletak sebelah kiri dari 𝑥. 𝒙 𝑥 ⋯ 𝒏−𝟐 𝒏−𝟏 𝒏 𝒏+𝟏 Bilanganbulat yang ≤ 𝑥 gambar 2.22 ilustrasinilai 𝒙 40 Fungsi Riil diantara semua bilangan bulat tersebut ada yang terbesar dan bilangan terbesar inilah yang dimaksud. Misalnya 𝑥 = 3,6maka terdapat bilangan bulat⋯ , −1,0,1,2,3yang semuanya lebih kecil dari 3,6. Tapi diantara barisan bilangan tersebut, bilangan bulat yang terbesar adalah 3, sehingga 3,6 = 3 . Demikian pula jika 𝑥 = −2 , maka terdapat⋯ , −4, −3, −2yang semuanya lebih kecil atau sama dengan−2dan diantara barisan bilangan tersebut yang terbesar adalah −2. Hal yang sama berlaku pula untuk −1,4 = −2. Untuk menggambarkan grafik fungsi 𝑓 𝑥 = 𝑥 , cukup dengan mengambil sembarang 𝑛 ∈ 𝒁, maka 𝑥 = 𝑛 jika 𝑛 ≤ 𝑥 < 𝑛 + 1. Sehingga diperoleh segmensegmen garis yang sejajar dengan selang-selang satuan di 𝑹sejauh 𝑛 dari sumbu 𝑥. Grafik fungsinya dapat dilihat pada gambar 2.23 yang menyerupai tangga. Jadi tanpa tanda [ ] kita dapat membuat bentuk fungsinya menjadi ⋮ −1, −1 ≤ 𝑥 < 0 0≤𝑥<1. 𝑓 𝑥 = 0, 1, 1≤𝑥<2 ⋮ gambar 2.23fungsitangga𝒇 𝒙 = |𝒙| Contoh 2.17 Tentukan aturan fungsi tanpa , dan gambar grafik dari fungsi : a. 𝑓 𝑥 = −2𝑥 , −1 ≤ 𝑥 ≤ 1 b. 𝑔 𝑥 = 𝑥 2 , −2 ≤ 𝑥 ≤ 2 Penyelesaian: 41 Fungsi Riil ad. a. Menurut definisi bilangan bulat terbesar, maka ∀𝑛 ∈ 𝒁 −2𝑥 = 𝑛 jika 𝑛 ≤ −2𝑥 < 𝑛 + 1 maka −2𝑥 = 𝑛 jika − 𝑛+1 2 𝑛 < 𝑥 ≤ − 2 . Karena domainnya −1 ≤ 𝑥 ≤ 1, maka nilai- nilai 𝑛 = −2, −1,0,1 2, sehingga fungsinya adalah −2, 1 <𝑥≤1 2 −1, 0 < 𝑥 ≤ 𝑓 𝑥 = 0, − 1, 1 2 1 <𝑥≤0 2 −1 < 𝑥 ≤ − 2, 𝑥 = −1 1 2 gambar 2.24 fungsi𝒇 𝒙 = −𝟐𝒙 16