X Kela s K-13 matematika wajib XI FUNGSI KOMPOSISI tujuan Pembelajaran Setelah mempelajari materi ini, kamu diharapkan memiliki kemampuan berikut. 1. Memahami definisi fungsi dan sifat-sifat fungsi. 2. Memahami cara menentukan grafik fungsi dan bukan fungsi. 3. Memahami operasi aljabar pada fungsi. 4. Memahami definisi fungsi komposisi dan sifat-sifatnya. (f o g )oh I(x) = x Gd iket Misalkan f=f ahu u sat at se Hui Osisi 2. grA er OP ∩Dg (f-g) (x) (x) -g f(x) (x) f D fg ) g(x f =D x) ( (fg) ∩ Dg f ( x ) g Garis vertikal x) = f( Selalu 1 titik sah Garis horizontal Selalu 1 titik sah > 1 titik tidak sah i Injektif / 1- 1 Bi x y f(a) = f(b) maka a=b je x kt if Surjektif / pada 1- 1 pada 1 p1x > 1 titik tidak sah gs f (x) g( x ) Df ∩ Dg | g ≠ o y setia y gsi un 4. (x) x ) Df − (f+g) sif At f y Salah f(y g(x) Df + g = D f ∩ Dg = Df g 3. x Benar m Diagra Sem ua y x= f(x) + y p x te fik fun As i 5 is fin e 1. D i kOMP . Definis gsi n i fu i ketA sis g Di F diketahui ( f o g) (x) = f(g(x)) p tia PO i 6. f o Subtitusi h) M kO At sif =I o (g o 7. foI =fo K e l a s y Ada x maka f(x) = y A. Definisi Fungsi Fungsi adalah aturan yang merelasikan setiap elemen himpunan domain X tepat dengan satu elemen kodomain Y. Perhatikan diagram berikut. X Y X Y Domain Kodomain Domain Kodomain X Y Domain Kodomain Fungsi Fungsi Bukan Fungsi Gambar 1 Gambar 2 Gambar 3 Gambar 3 bukan fungsi, karena tidak setiap elemen himpunan X berelasi. Selain itu, ada pula elemen himpunan X yang mempunyai relasi lebih dari satu dengan elemen himpunan Y. Contoh Soal 1 Manakah dari relasi-relasi diagram berikut yang merupakan fungsi? X Y (1) X Y (2) 2 X (3) Y Pembahasan: Bukan fungsi karena ada anggota domain yang dipasangkan dengan lebih dari 1 anggota kodomain X Y X Y Bukan fungsi karena tidak semua anggota domain memiliki relasi Fungsi karena setiap anggota domain direlasikan dengan tepat satu anggota kodomain X Y Oleh karena setiap relasi dapat dinyatakan dalam bentuk himpunan pasangan berurutan, maka fungsi juga dapat dinyatakan dalam bentuk yang sama. Perhatikan contoh berikut. 3 Contoh Soal 2 Relasi-relasi dari X ke Y dinyatakan dalam himpunan pasangan berurutan, dengan X = {1,2,3,5,6} dan Y = {2,3,5,7,8}. Manakah dari relasi-relasi berikut yang merupakan suatu fungsi? a. P = {(1,2) , (2,3) , (3,5) , (5,7) , (6,7) } b. Q = {(1,2) , (2,2) , (3,3), (5,3) , (6,7) , (6,8) } c. R = {(1,2) , (1,3) , (1,5) , (1,7) , (1,8) } d. S = {(1,3) , (3,8) , (5,2) , (6,8) } Pembahasan: a. P = {(1,2) , (2,3) , (3,5) , (5,7) , (6,7) }: Fungsi, karena setiap unsur domain direlasikan tepat satu dengan unsur kodomain. b. Q = {(1,2) , (2,2) , (3,3), (5,3) , (6,7) , (6,8) }: Bukan fungsi, karena ada unsur domain yang direlasikan berulang. c. R = {(1,2) , (1,3) , (1,5) , (1,7) , (1,8) }: Bukan fungsi, karena ada unsur domain yang direlasikan berulang. d. S = {(1,3) , (3,8) , (5,2) , (6,8) }: Bukan fungsi, karena ada unsur domain yang tidak direlasikan, yaitu 2. B.Grafik fungsi dan bukan grafik fungsi Untuk menentukan apakah suatu grafik merupakan fungsi atau tidak, dapat digunakan cara berikut. 1. Menguji grafik apakah termasuk fungsi y = f(x) dapat dilakukan dengan menggunakan garis vertikal. Jika garis vertikal memotong grafik konsisten di satu titik, maka grafik tersebut termasuk fungsi y = f(x) (baca: y sebagai fungsi dari x). 2. Menguji grafik apakah termasuk fungsi x = f(y) dapat dilakukan dengan menggunakan garis horizontal. Jika garis horizontal memotong grafik konsisten di satu titik, maka grafik tersebut termasuk fungsi x = f(y) (baca: x sebagai fungsi dari y). Contoh Soal 3 Selidikilah gambar-gambar grafik berikut, apakah termasuk fungsi dari x, fungsi dari y, atau bukan fungsi! 4 y y x x A B y y x x C D Pembahasan: Pilihan A y x Fungsi dari x karena garis vertikal selalu memotong di satu titik. y x Bukan fungsi dari y karena garis horizontal selalu memotong di lebih dari satu titik. 5 Pilihan B y x Bukan fungsi dari x karena garis vertikal selalu memotong di lebih dari satu titik. y x Fungsi dari y karena garis horizontal selalu memotong di satu titik. Pilihan C y x Fungsi dari x karena garis vertikal selalu memotong di satu titik. y Fungsi dari y karena garis horizontal selalu memotong di satu titik. 6 Pilihan D y x Bukan fungsi dari x karena garis vertikal selalu memotong di lebih dari satu titik. y x Bukan fungsi dari y karena garis horizontal selalu memotong di lebih dari satu titik. C. Sifat-sifat Fungsi a.Fungsi Injektif (Satu-Satu) Fungsi yang merelasikan elemen himpunan X ke Y disebut fungsi injektif atau satu-satu, jika setiap elemen himpunan X direlasikan dengan elemen himpunan Y yang berbeda. Dengan notasi matematika, dapat dinyatakan bahwa untuk setiap f(x1) = f(x2) maka x1= x2. Bentuk diagram dari fungsi injektif dapat diperlihatkan pada gambar di bawah ini. X Y X Y Domain Kodomain Domain Kodomain Fungsi Injektif Bukan Fungsi Injektif Gambar 4 Gambar 5 7 Gambar 5 bukan fungsi injektif karena ada elemen himpunan X yang direlasikan dengan elemen yang sama pada himpunan Y. Contoh Soal 4 Buktikanlah bahwa fungsi f : R → R, f(x) = 4x – 3 adalah fungsi injektif atau satu-satu! Pembahasan: Misal f(a), f(b)∈R maka: f ( a ) = f (b ) 4 a − 3 = 4b − 3 4 a = 4b → {ruas kiri dan kanan ditambah 3} a = b → {ruas kiri dan kanan dibagi 4} Jadi, f(x) = 4x - 3 adalah fungsi injektif. Contoh Soal 5 Selidikilah apakah fungsi f : R → R, f(x) = x2 adalah fungsi injektif! Pembahasan: Misal f(a), f(b)∈R maka: f ( a ) = f (b ) a2 = b 2 a2 = b 2 {ruas kiri dan kanan diakar pangkat dua} a=b Jadi, a belum tentu sama dengan b, sehingga f(x) bukan fungsi injektif. b.Fungsi Surjektif (Fungsi Pada) Fungsi yang merelasikan elemen himpunan X ke Y disebut fungsi surjektif atau pada, jika setiap elemen himpunan Y berelasi dengan elemen himpunan X. Dengan notasi matematika, dapat dinyatakan bahwa untuk setiap y ∈ Y, maka terdapat x ∈ X sehingga f(x) = y. Bentuk diagram dari fungsi surjektif dapat diperlihatkan pada gambar berikut. 8 X Y X Y Domain Kodomain Domain Kodomain Fungsi Surjektif Bukan Fungsi Surjektif Gambar 6 Gambar 7 Contoh Soal 6 Buktikanlah bahwa fungsi g : R → R dengan g(x) = x3 adalah fungsi surjektif. Pembahasan: Misal y ∈ R, dan g ( y)=( y) g ( ) g ( y)= y 3 3 3 1 y = y3 3 y ∈ R maka: 3 3 3 Oleh karena ada x = surjektif. 3 y yang membuat g(x) = y, maka fungsi g(x) = x3 adalah fungsi Contoh Soal 7 x +1 merupakan fungsi surjektif? x −1 Apakah fungsi g( x ) = Pembahasan: Fungsi g(x) bukan fungsi surjektif karena untuk g(x) = 1 tidak ada nilai x yang memenuhi. Perhatikan penjabaran berikut! 9 x +1 =1 x −1 x + 1= x − 1 {pernyataan yang salah} 1 = −1 c.Fungsi Bijektif Fungsi yang merelasikan elemen himpunan X ke Y disebut fungsi bijektif apabila fungsi tersebut merupakan fungsi injektif (satu-satu) sekaligus fungsi surjektif (pada). Perhatikan diagram berikut ini! X Y X Y X Y Domain Kodomain Domain Kodomain Domain Kodomain Fungsi Bijektif Bukan Fungsi Bijektif Bukan Fungsi Bijektif Gambar 8 Gambar 9 Gambar 10 Gambar 9 bukan fungsi bijektif karena ada elemen himpunan Y yang mempunyai dua pasangan (bukan fungsi injektif ), sedangkan gambar 10 bukan fungsi bijektif karena ada elemen himpunan Y yang tidak berpasangan (bukan fungsi surjektif ). Contoh Soal 8 Buktikanlah bahwa fungsi f(x) = x3 − 1 adalah fungsi bijektif! Pembahasan: Langkah 1: Pembuktian f(x) adalah fungsi satu-satu Misal f (a) = f(b ) a3 − 1 = b 3 − 1 a3 = b 3 a=b Dengan demikian, f(x) merupakan fungsi satu-satu. 10 Langkah 2: Pembuktian f(x) adalah fungsi surjektif Misal y ∈ R, maka Misal x = ( f( f( f 3 3 3 3 y +1 ∈ R. 3 y +1 , maka: ) ( y + 1) y + 1) = y + 1− 1 y + 1) = y y +1 = 3 3 −1 Dengan demikian f(x) fungsi pada karena terdapat x = 3 y +1 sehingga f(x) = y Oleh karena f(x) adalah fungsi satu-satu dan fungsi pada, maka f(x) adalah fungsi bijektif. D. Operasi aljabar pada fungsi Fungsi-fungsi yang terdefinisi dapat dioperasikan satu sama lain, baik dengan operasi penjumlahan atau perkalian. Contoh Soal 9 Taksi A memasang tarif awal Rp6.000,00 dengan biaya tambahan Rp600,00 setiap kilometernya, sedangkan taksi B memasang tarif awal Rp7.000,00 dengan biaya tambahan Rp400,00 setiap kilometernya. Jika Andi dan keluarga menggunakan taksi A, sedangkan Budi dan keluarga menggunakan taksi B untuk bersama-sama menempuh jarak x km, maka total biaya yang dikeluarkan keluarga Andi dan Budi dapat dinyatakan dengan fungsi .... Pembahasan Tarif taksi A untuk x km dinyatakan dengan f(x) = 6000 + 600x. Tarif taksi B untuk x km dapat dinyatakan dengan g(x) = 7000 + 400x. Dengan demikian total biaya yang dikeluarkan keluarga Andi dan Budi setelah menggunakan jasa taksi A dan taksi B untuk x km dapat dinyatakan sebagai berikut. (f + g )( x ) = f ( x ) + g( x ) = 6000 + 600 x + 7000 + 400 x = 13000 + 1000 x Jadi, total biaya yang dikeluarkan keluarga Andi dan Budi setelah menggunakan jasa taksi A dan taksi B untuk x km adalah 13000 + 1000x. 11 E. Definisi Operasi Fungsi Jika f suatu fungsi dengan domain Df , dan g suatu fungsi dengan domain Dg , maka pada operasi aljabar penjumlahan, pengurangan, perkalian, dan pembagian dapat dinyatakan sebagai berikut. 1. Jumlah f dan g ditulis f + g didefinisikan sebagai (f + g)(x) = f(x) + g(x) dengan domain Df + g = Df ∩ Dg. 2. Selisih f dan g ditulis f − g didefinisikan sebagai (f − g)(x) = f(x) − g(x) dengan domain Df − g = Df ∩ Dg. 3. Perkalian f dan g ditulis f × g didefinisikan sebagai (f × g)(x) = f(x) × g(x) dengan domain Df × g = Df ∩ Dg. 4. Pembagian f dan g ditulis D f = Df ∩ Dg − { x | g( x ) = 0} . f f f (x) didefinisikan sebagai (x) = dengan domain g g(x) g g Contoh Soal 10 x +1 Jika f(x) = x2 − 1, g(x) = x −1 , dan h( x ) = . Tentukan operasi-operasi fungsi 2x +1 berikut beserta domainnya! a. (f + g)(x) b. (f – h)(x) c. (g ∙ h)(x) Pembahasan: a. (f + g )( x ) = f ( x ) + g( x ) = x 2 − 1+ x − 1 Df = { x | x ∈ R} Dg = { x | x ∈ R , x − 1 ≥ 0} = { x | x ∈ R , x ≥ 1} Df + g = Df ∩ Dg = { x | x ∈ R , x ≥ 1} b. (f − h)(x) = f ( x ) − h( x ) = x 2 − 1− Df = { x | x ∈ R} x +1 2x +1 1 Dh = { x | x ∈ R , 2 x + 1 > 0} = x | x ∈ R , x > − 2 1 Df − h = Df ∩ Dh = x | x ∈ R , x > − 2 12 c. x +1 x −1 2x +1 Dg = { x ∈ R | x − 1 ≥ 0} = { x ∈ R | x ≥ 1} ( g ⋅ h)( x ) = g( x ) ⋅ h( x ) = ( ) 1 Dh = x ∈ R | x > − 2 Dg×h = Dg ∩ Dh = { x | x ∈ R ,x ≥ 1} F.FUNGSI KOMPOSISI Salah satu operasi antarfungsi adalah fungsi komposisi. Contoh Soal 11 Suatu penelitian lingkungan dalam kasus tumpahan minyak ke sungai menunjukkan bahwa jari-jari tumpahan minyak per satuan waktu dinyatakan dengan r(t) = 10t – 0,2t2 dan luas dari tumpahan minyak dinyatakan dengan L(r) = πr2. Jika seseorang ingin mengetahui luas tumpahan minyak per satuan waktu, maka fungsi yang tepat adalah … Pembahasan r (t ) = 10t − 0 , 2t 2 r = 10t − 0 , 2t 2 Substitusikan r ke L(r), sehingga diperoleh: L(r ) = π r 2 L(10t − 0 , 2t 2 ) = π (10t − 0 , 2t 2 )2 L(t ) = π (10t − 0 , 2t 2 )2 Masalah di atas menunjukkan proses subtitusi fungsi kedalam fungsi. Secara umum, jika f dan g adalah dua fungsi sehingga g(x) adalah domain dari f, maka komposisi fungsi g dilanjutkan fungsi f dapat dinotasikan dengan fg (f komposisi g atau f bulatan g) dan dapat didefinisikan sebagai berikut. (f g)(x) = f(g(x)) Domain dari (f g)(x) adalah hasil irisan dari domain fungsi hasil komposisi dengan domain g(x). 13 Contoh Soal 12 Jika f ( x ) = 4 dan g( x ) = x − 2 , tentukanlah hasil komposisi berikut beserta 2x −1 domainnya! a. (f g)(x) b. (g f)(x) Pembahasan: ( ) 4 a. (f g )( x ) = f ( g( x ) ) = f Domainnya adalah {x ∈ R | x – 2 > 0} atau {x ∈ R | x > 2}, sedangkan domain dari g(x) adalah {x ∈ R | x ≥ 2}. Dengan demikian domain dari (fg)(x) adalah: x −2 = 2 ( ) x − 2 −1 Df g = { x ∈ R x ≥ 2} ∩ { x ∈ R x > 2} Df g = { x ∈ R x > 2} b. (gf)(x) = g(f(x)) 4 g ( f ( x )) = g 2 x − 1 4 = −2 2 x − 1 = 4 − 2(2 x − 1) 2x −1 = −4 x + 6 2x −1 1 3 −4 x + 6 Domainnya adalah x ∈ R ≥ 0 atau x ∈ R < x ≤ , sedangkan 2x −1 2 2 1 domain dari f(x) adalah x ∈ R x ≠ . Dengan demikian domain dari gf adalah 2 1 3 1 1 3 x ∈R < x ≤ ∩ x ∈R x ≠ = x ∈R < x ≤ . 2 2 2 2 2 14 Contoh Soal 13 x mengubah satuan x inci ke satuan kaki. Y(x) mengubah satuan x 12 kaki ke dalam yard. Jelaskan pengertian dari (Y F)( )! Fungsi F ( x ) = Pembahasan: (Y F)(x) = Y(F(x)) x inci dimasukkan ke F untuk mendapatkan satuan kaki, x kaki dimasukkan ke Y untuk mendapatkan satuan yard. Dengan demikian Y(F(x)) berarti mengubah satuan inci ke satuan yard. Contoh Soal 14 Hukum permintaan dan penawaran menyatakan bahwa jika banyak barang yang akan dijual meningkat, maka harga pasar akan turun. Asumsikan harga pasar p dan banyak barang yang akan dijual x. Harga pasar dapat dinyatakan dalam fungsi: 1 p = 3000 − x 2 Asumsikan bahwa biaya produksi membuat x barang dinyatakan dengan fungsi C(x) = 2000 + 10x dan besar pendapatan dari penjualan x unit dinyatakan dengan R(x) = 100x. a. Nyatakan biaya sebagai fungsi dari harga p b. Nyatakan pendapatan sebagai fungsi dari harga p c. Nyatakan keuntungan sebagai fungsi dari harga p Pembahasan: a. Untuk menyatakan biaya produksi (C(x)) sebagai fungsi dari p, maka langkah pertama adalah kita nyatakan x dalam p. 1 3000 − x = p 2 x = 6000 − 2 p Dengan demikian diperoleh: C (x) = 2000 + 10 x C (6000 − 2 p ) = 2000 + 10(6000 − 2 p ) = 62000 − 20 p 15 Dengan demikian biaya produksi dalam p dapat dinyatakan C(p) = 62000 – 20p. b. R(x) = 100x R(6000 – 2p) = 100(6000 – 2p) = 600000 – 200p Jadi, jika R dinyatakan dalam p maka diperoleh R(p) = 600000 – 200p. c. Keuntungan (U) dapat dinyatakan sebagai berikut. U(p)= R(p) – C(p) = 600000 – 200p – (62000 – 20p) = 538000 – 180p Soal fungsi komposisi terkadang menanyakan fungsi pembentuk komposisinya. Perhatikan contoh berikut! Contoh Soal 15 Jika diketahui f ( x ) = x − 2 dan ( f g )( x ) = x − 1, maka g(x) adalah …. Pembahasan: ( f g ) (x) = x − 1 f ( g(x) ) = x − 1 g(x) − 2 = x − 1 g(x) − 2 = ( x − 1)2 g(x) = 2 + ( x − 1)2 g(x) = x 2 − 2 x + 3 Jadi, g(x) = x2 − 2x + 3. Contoh Soal 16 Jika diketahui (g f)(x) = x2 + 2x dan f(x) = 3x – 1, maka g(x) adalah …. Pembahasan: ( g f )( x ) = x 2 + 2 x g ( f( x ) ) = x 2 + 2 x g(3 x − 1) = x 2 + 2 x 16 Misal 3 x − 1 = u → x = u +1 , maka: 3 2 u + 1 u + 1 g(u ) = + 2 3 3 Tinggal kita ubah u menjadi x 2 x + 1 x + 1 g( x ) = + 2 3 3 2 x + 1 x + 1 Jadi, g( x ) = . + 2 3 3 Contoh Soal 17 Jika diketahui ( g f )( x ) = 3 x 2 + 6 x + 9 dan f ( x ) = 4 x 2 + 8 x , maka g(x) adalah …. Pembahasan: ( g f )( x ) = 3 x 2 + 6 x + 9 g ( f ( x )) = 3 x 2 + 6 x + 9 g( 4 x 2 + 8 x ) = 3 x 2 + 6 x + 9 Misal 4x2 + 8x = m, maka: 4( x 2 + 2 x ) = m m x2 + 2x = 4 Dengan memanipulasi sedikit fungsi komposisinya, diperoleh: g( 4 x 2 + 8 x ) = 3( x 2 + 2 x ) + 9 m g( m) = 3 + 9 4 Dengan demikian diperoleh: 3x +9 4 3x + 9. Jadi, g( x ) = 4 g( x ) = 17 G. Sifat-sifat Komposisi a.Sifat 1 Diketahui f, g, dan h suatu fungsi. Jika Rh ∩ Dg ≠ ∅ ; Rg ∩ Df ≠ ∅ ; maka pada operasi komposisi fungsi berlaku sifat asosiatif, yaitu sebagai berikut. f (g h) = (f g) h Contoh Soal 18 Jika f(x) = x2 – 1, g(x) = a. f (g h)(x) b. (f g) h(x) x +1 , dan h(x) = Pembahasan: a. 1 g ( h( x ) ) = g x 1 = +1 x x +1 x Dengan demikian diperoleh: = x +1 f ( g h)( x ) = f x 2 x +1 = −1 x x +1 = −1 x 1 = x b. f ( g( x ) ) = f = ( ( ) x +1 ) 2 x +1 −1 =x 18 1 , maka tentukanlah: x Dengan demikian diperoleh: ((f g) h )( x ) = (f g)( h( x )) 1 = (f g ) x 1 = x Jadi, kesimpulannya (f g) h = f (g h). b.Sifat 2 Diketahui f suatu fungsi dan I merupakan identitas. Jika RI ∩ Df ≠ ∅, maka terdapat sebuah fungsi identitas yaitu: I(x) = x, sehingga berlaku sifat identitas, yaitu sebagai berikut. f I=I f=f Contoh Soal 19 Diketahui fungsi f: R → R dengan f(x) = 5x − 7 dan fungsi I: R → R dengan I(x) = x. a. Rumus fungsi komposisi f I dan I f. b. Selidikilah apakah f I = I f = f. Pembahasan: a. (f I )(x) = f ( I ( x ) ) = f ( x ) (I f )(x) = I ( f ( x ) ) = I (5 x − 7) = 5x − 7 = f (x) b. Berdasarkan hasil yang diperoleh, dapat disimpulkan bahwa f I = I f = f c.Sifat 3 Jika f dan g adalah fungsi yang yang berjenis sama (fungsi satu-satu, fungsi pada, atau fungsi bijektif ), maka f g dan g f pun memiliki sifat yang sama dengan pembentuknya. 19 Contoh Soal Diketahui f(x) = 4x − 3 dan g(x) = x3 − 1. Tunjukkan bahwa f g fungsi bijektif! Pembahasan: Fungsi f(x) dan g(x) sudah terbukti bijektif pada contoh-contoh soal sebelumnya. Menentukan (f g)(x) (f g )( x ) = f ( g( x ) ) = 4 g( x ) − 3 = 4( x 3 − 1) − 3 = 4 x3 − 7 Akan dibuktikan (f g)(x) = 4x3 – 7 adalah fungsi injektif dan fungsi surjektif. Pembuktian (f g)(x) adalah fungsi injektif: (f g )( x1 ) = (f g )( x 2 ) 4 x13 − 7 = 4 x 23 − 7 4 x13 = 4 x 23 x1 = x 2 ∴ Terbukti (f g)(x) adalah fungsi injektif. Pembuktian (f g)(x) adalah fungsi surjektif: Terdapat x, y ∈ R dengan x = 3 y +7 4 3 y +7 (f g )( x ) = 4 3 −7 4 y +7 = 4 −7 4 =y ∴ Terbukti (f g)(x) adalah fungsi surjektif. Jadi, dapat disimpulkan bahwa (f g)(x) merupakan fungsi bijektif, sama dengan sifat fungsi pembentuknya. 20