Kalkulus Multivariabel I

dokumen-dokumen yang mirip
Kalkulus Multivariabel I

Kalkulus Multivariabel I

Kalkulus Multivariabel I

Kalkulus Multivariabel I

Kalkulus Multivariabel I

Kalkulus Multivariabel I

Kalkulus Multivariabel I

Ringkasan Kalkulus 2, Untuk dipakai di ITB 1. Integral Lipat Dua Atas Daerah Persegipanjang

DIKTAT KALKULUS MULTIVARIABEL I

Integral lipat dua BAB V INTEGRAL LIPAT 5.1. DEFINISI INTEGRAL LIPAT DUA. gambar 5.1 Luasan di bawah permukaan

Ringkasan Kalkulus 2, Untuk dipakai di ITB 1. Integral Lipat Dua Atas Daerah Persegipanjang

INTEGRAL. disebut integral tak tentu dan f(x) disebut integran. = X n+1 + C, a = konstanta

Gambar 7.1 Sebuah benda bergerak dalam lingkaran yang pusatnya terletak pada garis lurus

Saat mempelajari gerak melingkar, kita telah membahas hubungan antara kecepatan sudut (ω) dan kecepatan linear (v) suatu benda

1.1 Fungsi Dua Peubah Atau Lebih 1.2 Turunan Parsial Fungsi Dua Peubah atau Lebih

Program Studi Pendidikan Matematika STKIP PGRI SUMBAR

DIKTAT KALKULUS MULTIVARIABEL I

a. Hubungan Gerak Melingkar dan Gerak Lurus Kedudukan benda ditentukan berdasarkan sudut θ dan jari jari r lintasannya Gambar 1

Kalkulus Multivariabel I

Kalkulus II. Institut Teknologi Kalimantan

C. Momen Inersia dan Tenaga Kinetik Rotasi

SIFAT-SIFAT INTEGRAL LIPAT

Bagian 7 Koordinat Kutub

Teorema Divergensi, Teorema Stokes, dan Teorema Green

MODUL PEMBELAJARAN KALKULUS II. ALFIANI ATHMA PUTRI ROSYADI, M.Pd

Bab 1 Vektor. A. Pendahuluan

Perkalian Titik dan Silang

PAPER FISIKA DASAR MODUL 7 MOMEN INERSIA

momen inersia Energi kinetik dalam gerak rotasi momentum sudut (L)

KALKULUS MULTIVARIABEL II

BAB VI INTEGRAL LIPAT

DEPARTMEN IKA ITB Jurusan Fisika-Unej BENDA TEGAR. MS Bab 6-1

Catatan Kuliah MA1123 Kalkulus Elementer I

Pada integral diatas, dalam mencari penyelesaiannya, pertama diintegralkan terlebih dahulu terhadap x kemudian diintegralkan lagi terhadap y.

Pertemuan Minggu ke Keterdiferensialan 2. Derivatif berarah dan gradien 3. Aturan rantai

Kurikulum 2013 Antiremed Kelas 11 Matematika

BAHAN AJAR FISIKA KELAS XI IPA SEMESTER GENAP MATERI : DINAMIKA ROTASI

BAB 1 BESARAN VEKTOR. A. Representasi Besaran Vektor

BESARAN VEKTOR. Gb. 1.1 Vektor dan vektor

TUGAS MATEMATIKA INDUSTRI APLIKASI INTEGRAL DI BIDANG EKONOMI DAN KETEKNIKAN

Satuan dari momen gaya atau torsi ini adalah N.m yang setara dengan joule.

GEOMETRI ANALITIK RUANG. Dr. Susanto, MPd

MEDAN LISTRIK. Oleh Muatan Kontinu. (Kawat Lurus, Cincin, Pelat)

Matematika Teknik Dasar-2 11 Aplikasi Integral - 2. Sebrian Mirdeklis Beselly Putra Teknik Pengairan Universitas Brawijaya

Gerak rotasi: besaran-besaran sudut

FIsika DINAMIKA ROTASI

Dr. Ramadoni Syahputra Jurusan Teknik Elektro FT UMY

Karena hanya mempelajari gerak saja dan pergerakannya hanya dalam satu koordinat (sumbu x saja atau sumbu y saja), maka disebut sebagai gerak

ANALISIS VEKTOR. Aljabar Vektor. Operasi vektor

UJIAN TENGAH SEMESTER KALKULUS I

TURUNAN, EKSTRIM, BELOK, MINIMUM DAN MAKSIMUM

BAB 13 MOMEN INERSIA Pendahuluan

BAB II DASAR TEORI. 2.1 Persamaan Kontinuitas dan Persamaan Gerak

Integral yang berhubungan dengan kepentingan fisika

Pertemuan Minggu ke Bidang Singgung, Hampiran 2. Maksimum dan Minimum 3. Metode Lagrange

KALKULUS TINGKAT LANJUT, oleh A.B. Panggabean Hak Cipta 2014 pada penulis

DINAMIKA ROTASI DAN KESETIMBANGAN

Integral Garis. Sesi XIII INTEGRAL 12/7/2015

Bab II Konsep Dasar Metode Elemen Batas

Kalkulus Peubah Banyak Modul Pembelajaran. January UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG ALFIANI ATHMA PUTRI ROSYADI, M.Pd

FISIKA XI SMA 3

SOAL&PEMBAHASAN MATEMATIKATKDSAINTEK SBMPTN. yos3prens.wordpres.com

Kalkulus II. Diferensial dalam ruang berdimensi n

fi5080-by-khbasar BAB 1 Analisa Vektor 1.1 Notasi dan Deskripsi

PUSAT MASSA DAN TITIK BERAT

BAB II PENGANTAR SOLUSI PERSOALAN FISIKA MENURUT PENDEKATAN ANALITIK DAN NUMERIK

Soal-Jawab Fisika Teori OSN 2013 Bandung, 4 September 2013

BAB II LANDASAN TEORI

INTEGRAL ( MAT ) Disusun Oleh : Drs. Pundjul Prijono. Nip PEMERINTAH KOTA MALANG DINAS PENDIDIKAN

LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR MODUL 5 MOMEN INERSIA

ISTIYANTO.COM. memenuhi persamaan itu adalah B. 4 4 C. 4 1 PERBANDINGAN KISI-KISI UN 2009 DAN 2010 SMA IPA

Dinamika Rotasi, Statika dan Titik Berat 1 MOMEN GAYA DAN MOMEN INERSIA

MODUL 4 LINGKARAN DAN BOLA

INTEGRAL ( MAT ) Disusun Oleh : Drs. Pundjul Prijono. Nip PEMERINTAH KOTA MALANG DINAS PENDIDIKAN

Soal UN 2009 Materi KISI UN 2010 Prediksi UN 2010

MAKALAH MOMEN INERSIA

3.6.1 Menganalisis momentum sudut pada benda berotasi Merumuskan hukum kekekalan momentum sudut.

Catatan Kuliah KALKULUS II BAB V. INTEGRAL

MATERI PELATIHAN GURU FISIKA SMA/MA

II. TINJUAN PUSTAKA. lim f(x) = L berarti bahwa bilamana x dekat tetapi sebelah kiri c 0 maka f(x)

v adalah kecepatan bola A: v = ωr. Dengan menggunakan I = 2 5 mr2, dan menyelesaikan persamaanpersamaan di atas, kita akan peroleh: ω =

BAB VI. PENGGUNAAN INTEGRAL. Departemen Teknik Kimia Universitas Indonesia

Catatan Kuliah MA1123 KALKULUS ELEMENTER I BAB III. TURUNAN

VII III II VIII HAND OUT PERKULIAHAN GEOMETRI ANALITIK

Momen Inersia tanpa Kalkulus

K13 Revisi Antiremed Kelas 11 Matematika

TURUNAN. Bogor, Departemen Matematika FMIPA-IPB. (Departemen Matematika FMIPA-IPB) Kalkulus: Turunan Bogor, / 50

III HASIL DAN PEMBAHASAN

Dari gamabar diatas dapat dinyatakan hubungan sebagai berikut.

Soal dan Solusi Materi Elektrostatika

KINEMATIKA. Fisika. Tim Dosen Fisika 1, ganjil 2016/2017 Program Studi S1 - Teknik Telekomunikasi Fakultas Teknik Elektro - Universitas Telkom

Kumpulan soal-soal level Olimpiade Sains Nasional: solusi:

Silabus. 1 Sistem Bilangan Real. 2 Fungsi Real. 3 Limit dan Kekontinuan. Kalkulus 1. Arrival Rince Putri. Sistem Bilangan Real.

Garis Singgung Lingkaran

TERAPAN INTEGRAL. Bogor, Departemen Matematika FMIPA IPB. (Departemen Matematika FMIPA IPB) Kalkulus I Bogor, / 22

Ringkasan Kalkulus 2, Untuk dipakai di ITB 36

1. (25 poin) Sebuah bola kecil bermassa m ditembakkan dari atas sebuah tembok dengan ketinggian H (jari-jari bola R jauh lebih kecil dibandingkan

INTEGRAL RANGKAP DUA. diberikan daerah di bidang XOY yang berbentuk persegi panjang, {( )

KALKULUS INTEGRAL 2013

APLIKASI INTEGRAL 1. LUAS DAERAH BIDANG

Transkripsi:

Penerapan Integral Lipat-Dua Atina Ahdika,.i, M.i tatistika FMIPA Universitas Islam Indonesia 214

Penerapan Integral Lipat-Dua Penerapan Integral Lipat-Dua Penerapan lain dari integral lipat-dua antara lain adalah menghitung pusat massa, momen inersia, dan luas permukaan. Tinjaulah sebuah lembaran tipis yang sedemikian tipisnya sehingga kita dapat memandangnya sebagai objek berdimensi dua, kita menyebut lembaran ini lamina. Di sini, kita akan mempelajari lamina-lamina dengan berbagai kerapatan.

Penerapan Integral Lipat-Dua Andaikan sebuah lamina menutupi sebuah daerah pada bidang xy, dan misalkan kerapatan (massa per satuan luas) di (x, y) disimbolkan dengan δ(x, y). Daerah dipartisi menjadi persegi panjang-persegi panjang kecil R 1, R 2,..., R k seperti ditunjukkan pada gambar. Ambil sebuah titik ( x k, ȳ k ) pada R k.

Penerapan Integral Lipat-Dua Maka massa R k secara hampiran adalah δ( x k, ȳ k )A(R k ), dan massa total lamina tersebut secara hampiran adalah m n δ( x k, ȳ k )A(R k ) k=1 Massa sebenarnya, m diperoleh dengan mengambil limit rumus di atas sebagai norma partisi mendekati nol, yang tentu saja merupakan sebuah integral lipat dua m = δ(x, y)da

Penerapan Integral Lipat-Dua Contoh 1: ebuah lamina dengan kerapatan δ(x, y) = xy dibatasi oleh sumbu x, garis x = 8, dan kurva y = x 2/3. Tentukan massa totalnya.

Penerapan Integral Lipat-Dua Penyelesaian: m = = 8 = 1 2 xy da = [ xy 2 2 ] x 2/3 8 [ ] 3 8 1 x 1/3 x 2/3 dx = 1 2 = 768 5 xy dy dx 8 x 7/3 dx = 153.6

Pusat Massa Penerapan Integral Lipat-Dua Pusat Massa Jika m 1, m 2,..., m n berturut-turut adalah kumpulan titik-titik massa yang masing-masing terletak di (x 1, y 1 ), (x 2, y 2 ),..., (x n, y n ), maka momen total terhadap sumbu y dan sumbu x dapat dinyatakan dengan M y = n x k m k M x = k=1 n y k m k Lebih lanjut, koordinat ( x, ȳ) dari pusat massa (titik keseimbangan) adalah k=1 x = M y m = n x k m k k=1 n m k k=1 ȳ = M x m = n y k m k k=1 n m k k=1

Pusat Massa ekarang perhatikan sebuah lamina dengan kerapatan berupa peubah δ(x, y) yang melingkupi daerah pada bidang xy. Buat partisi seperti pada gambar dan asumsikan sebagai sebuah hampiran bahwa suatu massa dari setiap R k terpusat di ( x k, ȳ k ), k = 1, 2,..., n. Gunakan limitnya sebagai suatu aturan pembagian partisi yang mendekati nol. Cara ini menghasilkan rumus umum, x = M y m = xδ(x, y)da δ(x, y)da ȳ = M x m = yδ(x, y)da δ(x, y)da

Pusat Massa Contoh 2: Tentukan pusat massa dari lamina pada Contoh 1. Penyelesaian: Pada Contoh 1, kita telah mendapatkan massa m dari lamina yaitu 768 5. Momen M y dan M x yang mengacu pada sumbu y dan sumbu x adalah M y = = 1 2 8 xδ(x, y)da = 8 x 1/3 dx = 12288 13 x 2/3 x 2 y dy dx = 945.23

Pusat Massa M x = = 1 3 8 yδ(x, y)da = x 3 dx = 124 3 8 x 2/3 xy 2 dy dx = 341.33 Maka x = M y m = 6 2 13 = 6.15 ȳ = M x m = 22 9 = 2.22

Momen Inersia Penerapan Integral Lipat-Dua Momen Inersia Dari pelajaran fisika kita pelajari bahwa energi kinetik, KE, dari sebuah partikel dengan massa m, dan kecepatan v, yang bergerak dalam sebuah garis lurus dirumuskan dengan KE = 1 2 mv 2 (1) Jika suatu partikel tidak bergerak dalam sebuah garis lurus tetapi berputar dalam sebuah sumbu dengan kecepatan sudut sebesar ω radian per satuan waktu, maka kecepatan linearnya adalah v = rω, di mana r adalah jari-jari dari lintasan perputarannya. Ketika kita mensubstitusikan ini ke dalam (1), maka kita akan memperoleh KE = 1 2 (r 2 m)ω 2

Momen Inersia uku r 2 m disebut momen inersia dari suatu partikel dan dilambangkan dengan I. Jadi, untuk sebuah partikel yang berputar KE = 1 2 I ω2 (2) Kita simpulkan dari (1) dan (2) bahwa momen inersia dari benda dalam gerak berputar memainkan peranan yang serupa dengan massa benda dengan gerak linear.

Momen Inersia Untuk sebuah sistem dengan n partikel pada suatu bidang dengan massa m 1, m 2,..., m n dan pada jarak-jarak r 1, r 2,..., r n dari garis L, maka momen inersia sistem terhadap L didefinisikan sebagai I = m 1 r 2 1 + m 2 r 2 2 +... + m n r 2 n = n m k rk 2 Dengan kata lain, kita melakukan penjumlahan momen inersia dari setiap partikel. k=1

Momen Inersia Misalkan sebuah lamina dengan kerapatan δ(x, y) yang melingkupi daerah pada bidang xy. Jika kita mempunyai partisi, membuat hampiran untuk momen inersia dari setiap bagian R k, menjumlahkan dan menentukan limitnya, maka akan diperoleh rumus-rumus berikut. Momen inersia (disebut juga momen kedua) dari suatu lamina terhadap sumbu x, sumbu y, dan sumbu z dinyatakan dengan I x = y 2 δ(x, y)da I y = x 2 δ(x, y)da I z = (x 2 + y 2 )δ(x, y)da = I x + I y

Momen Inersia Contoh 3: Tentukan momen inersia terhadap sumbu x, y, dan z dari lamina pada Contoh 1. Penyelesaian: I x = I y = xy 3 da = x 3 yda = 8 8 I z = I x + I y = 49152 7 x 2/3 x 2/3 xy 3 dy dx = 1 4 x 3 y dy dx = 1 2 721.71 8 8 x 11/3 dx = 6144 7 x 13/3 dx = 6144 877.71

Luas Permukaan Penerapan Integral Lipat-Dua Luas Permukaan Pada materi ini, kita akan membahas mengenai luas permukaan yang didefinisikan dengan z = f (x, y) atas sebuah daerah spesifik. Andaikan G adalah permukaan atas sebuah daerah yang tertutup dan terbatas pada bidang xy. Asumsikan bahwa f mempunyai turunan-turunan parsial pertama kontinu f x dan f y. Kita akan mulai dengan membuat partisi P pada daerah dengan garis-garis sejajar dengan sumbu x dan sumbu y (Gambar kiri).

Luas Permukaan Misalkan R m, m = 1, 2,..., n, menyatakan persegi panjang-persegi panjang yang dihasilkan dan terletak sepenuhnya di dalam. Untuk setiap m, misalkan G m adalah bagian dari permukaan yang diproyeksikan ke R m, dan misalkan P m adalah suatu titik dari G m yang diproyeksikan ke sudut R m dengan koordinat x dan koordinat y yang terkecil. Misalkan T m menyatakan suatu jajaran genjang dari bidang singgung di P m yang diproyeksikan ke R m, seperti ditunjukkan pada Gambar kiri, dan perincian selanjutnya ditunjukkan pada Gambar kanan.

Luas Permukaan elanjutnya, kita mencari luas jajaran genjang T m yang proyeksinya adalah R m. Misalkan u m dan v m menyatakan vektor-vektor yang membentuk sisi-sisi T m. Maka, u m = x m i + f x (x m, y m ) x m k v m = y m j + f y (x m, y m ) y m k

Luas Permukaan Luas jajaran genjang T m adalah u m v m di mana i j k u m v m = x m f x (x m, y m ) x m y m f y (x m, y m ) y m = ( f x (x m, y m ) x m y m )i (f y (x m, y m ) x m y m )j + ( x m y m )k = x m y m [ f x (x m, y m )i f y (x m, y m )j + k] = A(R m )[ f x (x m, y m )i f y (x m, y m )j + k] Dengan demikian, luas T m adalah A(T m ) = u m v m = A(R m ) [f x (x m, y m )] 2 + [f y (x m, y m )] 2 + 1

Luas Permukaan Kemudian, jumlahkan luas dari bidang-bidang singgung jajaran genjang T m ini, m = 1, 2,..., n, dan ambil limitnya agar diperoleh luas permukaan G. A(G) = lim P m=1 = lim = P n A(T m ) [f x (x m, y m )] 2 + [f y (x m, y m )] 2 + 1A(R m ) [f x (x m, y m )] 2 + [f y (x m, y m )] 2 + 1dA ingkatnya, A(G) = f 2 x + f 2 y + 1dA

Luas Permukaan Gambar di atas dibuat seolah-olah daerah pada bidang xy adalah sebuah persegi panjang, tapi prakteknya tidak selalu demikian. Gambar berikut memperlihatkan apa yang terjadi ketika bukan merupakan sebuah persegi panjang.

Luas Permukaan Contoh 1: Jika adalah daerah persegi panjang pada bidang xy yang dibatasi oleh garis x =, x = 1, y =, dan y = 2, tentukan luas dari bagian permukaan silindris z = 4 x 2 yang diproyeksikan ke.

Luas Permukaan Penyelesaian: Misalkan f (x, y) = 4 x 2. Maka f x = x, f 4 x 2 y =, dan A(G) = = = 4 1 fx 2 + fy 2 + 1dA = 1 2 da = 4 x 2 2 x 2 4 x 2 + 1dA 2 dy dx 4 x 2 1 [ dx = 4 sin 1 x ] 1 = 2π 4 x 2 2 3

Luas Permukaan Contoh 2: Tentukan luas permukaan z = x 2 + y 2 di bawah bidang z = 9.

Luas Permukaan Penyelesaian: Bagian G (yang diarsir) dari permukaan tersebut diproyeksikan ke daerah melingkar di dalam lingkaran x 2 + y 2 = 9. Misalkan f (x, y) = x 2 + y 2. Maka f x = 2x, f y = 2y, dan A(G) = 4x 2 + 4y 2 + 1dA

Luas Permukaan Bentuk menyarankan kita untuk menggunakan koordinat kutub. A(G) = = = 2π 3 2π 2π 1 8 4r 2 + 1r dr dθ [ ] 2 3 3 (4r 2 + 1) 3/2 dθ 1 12 (373/2 1)dθ = π 6 (373/2 1) 117.32

Latihan Penerapan Integral Lipat-Dua Latihan 1. Tentukan massa m dan pusat massa ( x, ȳ) dari lamina yang dibatasi kurva-kurva berikut dengan kerapatan yang diberikan. a. x =, x = 4, y =, y = 3; δ(x, y) = y + 1 b. y = e x, y =, x =, x = 1; δ(x, y) = 2 x + y 2. Tunjukkan bahwa momen inersia dari sebuah lamina persegi panjang homogen dengan panjang sisi a dan b terhadap sumbu tegak lurus melalui pusat massanya adalah I = k 12 (a3 b + ab 3 ) Di sini k adalah konstanta kerapatan.

Latihan 3. ketsalah daerah-daerah berikut dan hitung luas permukaannya. a. Bagian dari permukaan z = 4 y 2 yang tepat berada di atas bujursangkar pada bidang xy dengan verteks-verteks (1, ), (2, ), (2, 1), dan (1, 1). b. Bagian dari permukaan z = 4 y 2 pada oktan pertama yang tepat berada di atas lingkaran x 2 + y 2 = 4 pada bidang xy. c. Bagian dari bola x 2 + y 2 + z 2 = a 2 di dalam silinder lingkaran x 2 + y 2 = ay (r = asinθ pada koordinat kutub), a >.

Pustaka Pustaka Purcell, E. J & D. Vanberg, 1999. Terjemahan, Kalkulus dan Geometri Analitis, Jilid 1 dan 2. Jakarta : Erlangga. piegel. M. & Wrede R.C. 22. Theory and Problem of Advanced Calculus. chaum Outline eries. New York: Mc Graw-Hill. Purcell, E. J & D. Vanberg, 23. Terjemahan, Kalkulus, Jilid 2. Jakarta : Erlangga. Mendelson, Elliot, 1988. chaum s Outlines, 3 olved Problems in Calculus. New York: Mc Graw-Hill.