GEOMETRI ANALITIK DATAR
Oleh:
Dr. Susanto, MPd
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN MATEMATIKA
JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN IPA
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS JEMBER
TAHUN 2012
ii
KATA PENGANTAR
Puji syukur dipanjatkan kehadirat Alloh SWT atas segala rahmat, taufiq,
dan hidayahNya yang telah dilimpahkan, sehingga terselesaikannya buku
pegangan kuliah untuk mata kuliah Geometri Analitik Datar. Mata Kuliah ini
memuat materi tentang garis lurus, lingkaran, ellips, hiperbola, parabola, serta
koordinat dan persamaan kutub.
Selanjutnya penulis menyadari bahwa buku ini masih belum sempurna;
untuk itu dimohon tanggapan baik berupa kritik dan saran kepada pembaca demi
kebaikan buku pegangan kuliah ini. Akhirnya mudah-mudahan buku ini
bermanfaat bagi pembaca.
Penulis
iii
DAFTAR ISI
Hal.
HALAMAN JUDUL ……………………………………………………………………………………….. i
KATA PENGANTAR ………………………………………………………………………………………. ii
DAFTAR ISI ……………………………………………… ………………………………………………….. iii
BAB I GARIS LURUS ……………………………………………………………………………….. 1
BAB II LINGKARAN ………………………………………………………………………………….. 12
BAB III ELLIPS ………………………………………………………………………………………….. 19
BAB IV HIPERBOLA ………………………………………………………………………………….. 26
BAB V PARABOLA ………………………………………………………………...................... 37
BAB VI KOORDINAT DAN PERSAMAAN KUTUB ……………………………………….. 44
DAFTAR KEPUSTAKAAN ………………………………………………………………………………. 47
1
BAB I
GARIS LURUS
Perhatikan gambar dibawah ini.
Misalkan diketahui garis AB dengan A(x1 , y1) dan B(x2 , y2). P(x , y) adalah
sebarang titik pada garis AB tersebut. Vektor-vektor ,dan,, ABOBOA
masing-masing ditulis dengan a, b, dan c.
Garis AB dapat didefinisikan dari titik A dan B dengan menggunakan vektor
sebagai berikut.
;, cayx R
121211 (),(,, yyxxyxyx
)(),(,
121211 yyxxyyxx
12
1
12
1
yy
yy
xx
xx
Selanjutnya persamaan diatas dinamakan persamaan garis lurus yang melalui titik
A(x1 , y1) dan B(x2 , y2).
Y
O
A
B
X
P
2
Perhatikan gambar diatas, ON = n disebut panjang normal garis g. ON tegak
lurus pada garis g. adalah sudut yang diapit oleh normal ON dan sumbu X
positif. Ambil sebarang titik P(x,y) pada garis g. Q adalah proyeksi titik P pada
sumbu X dan R adalah proyeksi titik Q pada ON.
OQR + = 90
o
dan
OQR + PQR = 90
o
maka PQR = .
OR = OQ Cos = x Cos
RN = PQ Sin = y Sin x
RN = PQ Sin = y Sin x
Perhatikan bahwa OR + RN = ON, maka x Cos + y Sin = n.
Karena titik P sebarang titik pada garis lurus g, maka hubungan terakhir ini
menyatakan persamaan garis g. Persamaan bentuk itu dinamakan persamaan
normal dari Hess atau disingkat persamaan normal atau persamaan Hess. Karena
n adalah panjang normal, maka n suatu bilangan positif.
Contoh
Tentukan persamaan normal suatu garis lurus dengan panjang normal 5 satuan
dan besar sudut apit garis tersebut dengan sumbu arah positif adalah 135
o
.
Jawab
O
N
g
P(x,y)
R
Q
Y
X
3
Persamaan normal garis g adalah:
x cos 45
o
+ y sin 45
o
= 5
52
2
1
2
2
1
yx
Apabila kedua ruas dari persamaan tersebut masing-masing dikalikan 2, maka
diperoleh persamaan:
X + y = 52.
Selanjutnya pandang bentuk umum persamaan garis lurus Ax + By + C = 0. Apabila
kedua ruas persamaan ini dikalikan k dengan k 0, maka diperoleh:
KAx + kBy + kC = 0.
Jika dibandingkan dengan persamaan normal, maka diperoleh hubungan
k
2
A
2
+ k
2
B
2
= 1
k
2
(A
2
+ B
2
) = 1
k =
22
1
BA
Sehingga persamaan normal dari Ax + By + C = 0 adalah
0
222222
BA
C
y
BA
B
x
BA
A
Dari normal ini dapat disimpulkan bahwa jarak titik asal O ke garis lurus dengan
persamaan Ax + By + C = 0 adalah
22
BA
C
(dipilih harga positifnya).
Contoh
Ubahlah persamaan-persamaan garis lurus berikut ini menjadi bentuk persamaan
normal. Kemudian tentukan jarak garis-garis tersebut masing-masing ke titik asal
O.
a) 5x – 12 y = 19
b) 3x – 4y + 10 = 0.
4
Jawab
a) 5x – 12 y – 19 = 0
k =
13
1
169
1
)12(5
1
22
Alternatif (-19) bilangan negatif, maka harga k dipilih yang bertanda positif,
sehingga k =
13
1
. Jadi persamaan normal adalah
0
13
19
13
12
13
5
yx , sedangkan jarak ke titik asal O adalah
13
19
satuan panjang.
b) 3x – 4y + 10 = 0
k =
22
)4(3
1
=
5
1
25
1
Karena 10 adalah bilangan positif, maka nilai k dipilih yang bertanda negatif, yaitu
k =
5
1
Jadi bentuk persamaan normalnya adalah
02
5
4
5
3
yx , sedangkan jarak ke titik asal O adalah 2 satuan panjang.
Perhatikan dua garis lurus yang berpotongan
g1 : y = m1x + n1
g2 : y = m2x + n2 sebagaimana gambar berikut ini,
5
Tanjakan garis g1 adalah m1 = tg , dan tanjankan garis g2 adalah m2 = tg .
adalah sudut yang dibentuk oleh garis g1 dan garis g2. Selanjutnya akan dicari ,
yaitu = - .
Sehingga
21
21
21
2
1
1
.1
)(
mm
mm
arctgyJadi
mm
mm
tg
tgtg
tgtg
tg
tgtg
Dengan memperhatikan harga-harga tertentu dari dpat ditentukan posisi kedua
garis tersebut.
a) Jika = 0, maka m1 = m2. Ini berarti dua garis tersebut sejajar atau berimpit.
Dua garis tersebut akan sejajar apabila n1 n2 dan dua garis tersebut
berimpit, apabila n1 = n2.
O
Y
X
g1
g2
6
b) Jika harga tg besar tak berhingga, yaitu = 90
o
, maka 1 + m1m2 = 0 atau m1 =
-
2
1
m
. Ini berarti dua garis tersebut saling tegak lurus.
Contoh
Tentukan persamaan garis lurus yang melalui titik A(2,1) dan mengapit sudut yang
besarnya 45
o
dengan garis 2x + 3y + 4 = 0
Jawab
Gambar dibawah ini adalah sketsa dari ketentuan-ketentuan dalam soal dan garis
g1 dan g2 adalah garis-garis yang mengapit sudut yang besarnya 45
o
dengan garis
2x+3y+4=0.
Tanjakan garis 2x + 3y + 4 = 0 adalah m = -
3
2
. Misalkan tanjakan garis g1 yang
dicari adalah m1, maka
Y
X
g2
g1
A(2,1)
2x+3y+4
45
0
O
7
5
1
3
2
3
2
1
3
2
1
3
2
1
45
1
11
1
1
1
1
m
mm
m
m
mm
mm
tg
o
Jadi persamaan garis g1 adalah garis dengan tanjakan m1 =
5
1
dan melalui titik A(2
, 1), yaitu
Y – 1 =
5
1
(x – 2)
X – 5y + 3 = 0
Tanjakan garis g2 adalah m2 = -5, sehingga persamaan garis g2 adalah
Y – 1 = -5(x – 2)
5x + y – 11 = 0.
Pada persamaan normal suatu garis lurus, dapat langsung ditentukan jarak titik
asal O ke garis tersebut. Selanjutnya akan ditentukan jarak titik sebarang ke garis
lurus tertentu.
Y
g g1
T(x1,y1)
d
n
X
O
Y
X
d
n
N T(x1, y1)
g
g1
8
Pada gambar diatas garis g memiliki persamaan normal x cos + y sin - n = 0
dan titik T(x1 , y1) yang berjarak d dari garis g. Dapat ditentukan persamaan
normal garis g1 yang melalui titik T(x1 , y1) dan sejajar dengan garis g. Jelas bahwa
panjang normal dari garis g1 adalah (n + d), maka persamaan normal garis g1
adalah x cos + y sin - (n+d) = 0.
Karena titik T(x1 , y1) pada garis g1, maka koordinat-koordinat titik T memenuhi
persamaan garis g1, sehingga diperoleh
x1 cos + y1 sin - (n + d) = 0
Jadi d = x1 cos + y1 sin - n.
Dengan cara yang sama dapat ditentukan pula jarak tersebut apabila titik-titik O
dan T terletak sepihak terhadap garis g, sehingga diperoleh d = -(x1 cos + y1 sin
- n)
Karena d adalah jarak, maka nilainya harus positif, sehingga harus diambil harga
mutlaknya.
d = nyx sincos
11
Jika persamaan garisnya merupakan persamaan untuk umum, maka untuk
menentukan jarak suatu titik pada garis tersebut harus diubah ke persamaan
normal. Karena persamaan normal garis Ax + By + C = 0 adalah
+ 0
222222
BA
C
y
BA
B
x
BA
A
maka jarak titik T(x1 , y1) ke garis tersebut adalah
d =
22
11
BA
CByAx
Bentuk persamaan normal garis y = mx + n adalah 0
1
2
m
nmxy
, maka jarak
titik T(x1 , y1) ke garis tersebut adalah d =
2
11
1m
nmxy
9
Contoh
Tentukan jarak titik P ke garis g, apabila
a) P(2 , 3) dan g : 3x – 4y – 3 = 0
b) P(-4 , 1) dan g : y = 2x – 1
Jawab
a) d =
22
)4(3
33.42.3
=
5
4
1
5
9
b) d = 5
5
6
5
6
)2(1
1)4(21
22
Soal-soal Latihan
1. Gambarlah sepasang sumbu koordinat dan gambarlah kedudukan titik-titik
dengan koordinat (4 , 1), (-2 , 3), (-1 , -4), (5 , -5), (0 , 6), dan (-5 , 0). Tulislah
koordinat-koordinatnya disamping titik tersebut.
2. Gambarlah sebuah segitiga dengan titik-titik sudut A(0 , 1), B(2 , 5), dan C(-1 ,
4). Buktikan bahwa segitiga tersebut merupakan segitiga sama kaki.
3. Diketahui sebuah segitiga dengan titik-titik sudut P(-3 , 2), Q(0 , -1), dan R(5 ,
4). Buktikan bahwa segitiga tersebut merupakan segitiga siku-siku dan gambar
segitiga tersebut.
4. Diketahui ruas garis dengan titik-titik ujung A(-5 , -6) dan C(10 , 1). Buktikan
bahwa titik B(4 , -2) terletak pada ruas garis tersebut.
5. Diketahui sebuah segitiga dengan titik-titik sudutnya adalah A(3 , 0), B(-2 , 4),
dan C(-5 , -3). Tentukan koordinat-koordinat titik beratnya. (titik berat segitiga
adalah titik perpotongan ketiga garis beratnya).
6. Titik P(3 , 0) adalah titik pusat sebuah lingkaran titik A(-2 , 7) adalah titik ujung
sebuah garis tengahnya. Tentukan koordinat-koordinat titik ujung lainnya dari
garis tengah tersebut.
10
7. Diketahui titik A(4 , 7). Tentukan persamaan garis lurus yang sejajar sumbu-x
dan melalui titik A. Tentukan pula persamaan garis lurus yang sejajar sumbu-y
dan melalui titik A.
8. Tentukan persamaan garis lurus yang melalui O(0 , 0) dan P(-2 , 5). Tentukan
pula tanjakan dari garis lurus tersebut.
9. Tentukan tanjakan dan persamaan garis lurus yang melalui O(0 , 0) dan yang
mengapit sudut 60
o
dengan sumbu-x arah positif.
10. Diketahui titik A(1 , 4) dan B(3 , -2). Tentukan tanjakan dan persamaan garis
lurus yang melalui titik-titik A dan B.
11. Tentukan persamaan garis lurus dengan tanjakan m =
2
1
dan melalui titik (0 ,
4).
12. Carilah persamaan garis lurus yang melalui titik (-1 , 2) dan mengapit sudut
135
o
dengan sumbu-x arah positif.
13. Tentukan koordinat-koordinat titik-titik potong dengan sumbu-sumbu
koordinat dan tanjakan garis 3x – 5y + 15 = 0.
14. Suatu lingkaran dengan titik pusat (3 , -2) dan titik (9 , 2) adalah salah satu titik
ujung sebuah garis tengahnya. Tentukan koordinat-koordinat titik ujung
lainnya dari garis tengah tersebut.
15. Tentukan pasangan garis mendatar (sejajar sumbu-x) yang memotong sumbu
y di titik sejauh 5 satuan di atas titik asal.
16. Tentukan pasangan garis vertikal yang memotong sumbu-x di sebuah titik
sejauh 4 satuan sebelah kiri titik asal.
17. Tentukan persamaan garis lurus yang melalui titik (-5 , 1) dengan tanjakan –1.
18. Tentukan persamaan garis lurus yang tanjakannya adalah
2
1
dan yang
memotong sumbu-y di sebuah titik 7 satuan dibawah titik asal.
19. Tentukan persamaan garis lurus yang tanjakannya adalah –2 dan yang
memotong sumbu-x di sebuah titik 3 satuan sebelah kanan titik asal.
20. Tentukan persamaan garis lurus yang melalui titik-titik (2 , -1) dan (-5 , 4).
11
21. Tentukan persamaan garis lurus yang melalui titik (a , 0) dan (0 , b).
22. Tentukan persamaan garis lurus yang mengapit sudut 45
o
dengan sumbu-x
arah positif dan melalui titik A(3 , 1).
23. Tentukan persamaan garis lurus yang melalui titik P(2 , 3) dan yang sejajar
dengan garis x + 2y – 3 = 0.
24. Tentukan persamaan garis lurus yang melalui titik T(-1 , -4) dan yang tegak
lurus pada garis x – 2y + 2 = 0.
25. Diketahui titik-titik A(1 , 3) dan B(4 , -1). C adalah titik tengah ruas garis AB.
Tentukan persamaan garis lurus yang melalui C dan yang tegak lurus AB.
26. Diketahui A(-2 , -1) dan B(5 , 5). Tentukan sumbu ruas garis AB.
27. Ubahlah persamaan garis g berikut menjadi persamaan normal. Kemudian
tentukan jarak titik P ke garis g.
a) g : 3x – 4y + 5 = 0 dan P(-1 , 3) b) g : 12x + 5y – 19 = 0 dan P(2 , -1).
28. Carilah persamaan garis lurus yang melalui titik potong garis-garis 11x + 3y – 7
= 0 dan 12x + y – 19 = 0 serta berjarak sama dari titik-titik A(3 , -2) dan B(-1 ,
6).
29. Apabila adalah sudut lancip yang dibentuk oleh garis-garis 2x – y – 3 = 0 dan
garis x – 3y + 5 = 0. Tentukan tg .
30. Tentukan panjang normal dari garis 5x – 12y – 13 = 0.
31. Tentukan persamaan garis berat ABC yang melalui A dengan A(3 , -1), B(-2 ,
4), dan C(6 , -2).
32. Tentukan persamaan garis yang melalui titik asal dan tegak lurus pada garis
yang melalui titik-titik A(-5 , 1) dan B(2 , 4).
33. Tentukan persamaan garis yang melalui titik (3 , -2) dan mengapit sudut 45
0
dengan garis y = 2x + 1.
12
BAB II
LINGKARAN
Definisi
Lingkaran adalah himpunan titik-titik (pada bidang datar) yang jaraknya dari suatu
titik tertentu sama panjangnya.
Pada gambar diatas titik pusat lingkaran di O(0 , 0) dan jari-jari r satuan panjang.
Untuk menentukan persamaan lingkaran dapat diambil sebarang titik pada
lingkaran misalnya T(x , y). Jarak titik T dan titik O adalah
22
yx. Padahal jarak
titik-titik t dan titik O adalah r, maka diperoleh hubungan bahwa
22
yx = r
atau x
2
+ y
2
= r
2
.
Karena T(x , y) adalah sebarang titik pada lingkaran, maka setiap titik pada
lingkaran berlaku x
2
+ y
2
= r
2
. Jadi persamaan lingkaran dengan pusat O(0 , 0) dan
jari-jari r adalah x
2
+ y
2
= r
2
.
Dengan cara yang mirip, dapat ditentukan persamaan lingkaran dengan pusat titik
P(a , b) dan jari-jari r satuan sebagai berikut.
Y
X
T(x,y)
O
r
Y
O X
T(x,y)
P(a,b)
13
Misalkan gambar diatas adalah lingkaran dengan pusat P(a , b) dan jari-jari r
satuan. Untuk menentukan persamaan lingkaran ini dapat diambil sebarang titik
pada lingkaran, misalnya T(x , y). Jarak titik-titik T dan P adalah
22
)()( byax .
Padahal jarak titik-titik T dan P adalah jari-jari lingkaran yaitu r; maka diperoleh
hubungan
22
)()( byax = r atau (x – a)
2
+ (y – b)
2
= r
2
.
Karena T(x , y) adalah sebarang titik pada lingkaran itu, maka setiap titik pada
lingkaran itu memenuhi hubungan tersebut. Ini berarti bahwa persamaan
lingkaran yang berpusat di titik P(a , b) dengan jari-jari r satuan adalah (x – a)
2
+ (y
– b)
2
= r
2
.
Contoh 1
Tentukan persamaan lingkaran yang berpusat di titik (4 , -3) dan berjari-jari 5
satuan.
(jawab: (x – 4)
2
+ (y + 3)
2
= 25).
Contoh 2
Tentukan persamaan lingkaran yang berpusat di titik P(1 , 3) dan melalui titik Q(-2
, 5).
(jawab: (x – 1)
2
+ (y – 3)
2
= 13).
Perhatikan persamaan suatu lingkaran dengan pusat (a , b) dan jari-jari r, yaitu
(x – a)
2
+ (y – b)
2
= r
2
.
Ruas kiri dari persamaan ini dapat diuraikan menjadi:
x
2
+ y
2
– 2ax – 2by + a
2
+ b
2
– r
2
= 0.
Selanjutnya persamaan terakhir ini dapat dituliskan dalam bentuk
14
x
2
+ y
2
+ Ax + By + C = 0.
Persamaan bentuk terakhir ini dinamakan persamaan bentuk umum suatu
lingkaran.
Apabila diketahui persamaan bentuk umum suatu lingkaran: x
2
+ y
2
+ Ax + By + C =
0, maka dapat dicari koordinat-koordinat titik pusat dan jari-jarinya. Persamaan
bentuk umum tersebut dapat diubah menjadi:
x
2
+ Ax +
4
1
A
2
+ y
2
+ By +
4
1
B
2
= A
2
+
4
1
B
2
– C
(x +
2
1
A)
2
+ (y +
2
1
B)
2
= A
2
+ B
2
– C.
Dari persamaan terakhir ini, dapat disimpulkan bahwa titik pusat lingkaran adalah
(-
2
1
A , -
2
1
B) dan jari-jarinya adalah CBA
22
4
1
4
1
Contoh 3
Tentukan koordinat-koordinat titik pusat dan jari-jari sebuah lingkaran dengan
persamaan 4x
2
+ 4y
2
– 4x + 16y – 19 = 0.
(jawab: Titik pusatnya (
2
1
, -2) dan jari-jari 3.
Contoh 4
Tentukan persamaan lingkaran yang melalui tiga titik P(1 , 0), Q(0 , 1) dan T(2 , 2).
(jawab: 3x
2
+ 3y
2
– 7x – 7y + 4 = 0)
Y
X
y = mx + n
O
15
Pada gambar diatas diketahui garis y = mx + n dan lingkaran x
2
+ y
2
= r
2
.
Selanjutnya dapat dicari persamaan garis singgung pada lingkaran yang sejajar
garis dengan persamaan y = mx + n. Karena garis singgung yang dicari harus
sejajar garis dengan persamaan y = mx + n, maka dapat dimisalkan garis singgung
tersebut adalah y = mx + k.
Karena garis ini menyinggung pada lingkaran, maka ada sebuah titik yang
koordinat-koordinatnya memenuhi pada persamaan garis maupun persamaan
lingkaran. Sehingga dapat diperoleh
x
2
+ (mx + k)
2
+ r
2
(1 + m
2
)x
2
+ 2mk + k
2
- r
2
= 0
Persamaan ini dipandang sebagai persamaan kuadrat dalam x. Karena garis
singgung dan lingkaran hanya mempunyai titik persekutuan, maka persamaan
kuadrat hanya mempunyai satu harga x, syaratnya adalah diskriminan dari
persamaan tersebut harus sama dengan nol; sehingga didapat: k = r
2
1m.
Jadi persamaan garis singgungnya adalah
y = mx + r
2
1m dan
y = mx – r
2
1m
Dengan cara yang sama dapat diturunkan bahwa persamaan garis singgung pada
lingkaran (x – a)
2
+ (y – b)
2
= r
2
yang sejajar dengan garis y = mx + n adalah
y – b = m(x – a) + r
2
1m dan
y – b = m(x – a) - r
2
1m.
Contoh 5
Tentukan persamaan garis singgung pada lingkaran berikut dan yang mengapit
sudut 60
o
dengan sumbu-x arah positif.
a). x
2
+ y
2
= 16
b). x
2
+ y
2
– 4x – 6y – 3 = 0
(jawab : (a) x3 + 8 dan x3 – 8, (b) y = x3 + 11 - 23 dan y = x3 - 5 - 23).
16
Pada gambar dibawah ini lingkaran x
2
+ y
2
= r
2
dan titik P(x1 , y1) yangterletak pada
lingkaran. Akan dicari persamaan garis singgung pada lingkaran di titik P.
Diambil titik Q(x2 , y2) pada lingkaran pula, maka persamaan garis PQ adalah
y – y1 =
12
12
xx
yy
(x – x1).
Karena titik P dan Q pada lingkaran, maka berlaku
x2
2
+ y2
2
= r
2
dan x1
2
+ y1
2
= r
2
.
Apabila kedua persamaan ini dikurangkan, maka diperoleh
12
12
xx
yy
= -
12
12
yy
xx
Dengan persamaan ini, persamaan garis PQ diatas dapat ditulis menjadi
y – y1 = -
12
12
yy
xx
(x – x1)
Jika Q mendekati P sehingga hampir x2 = x1 dan y2 = y1 maka garis PQ berubah
menjadi garis singgung lingkaran di titik P, yaitu: x1x + y1y = r
2
.
Jadi persamaan garis singgung lingkaran x
2
+ y
2
= r
2
di titik (x1,y1) adalah x1x + y1y =
r
2
.
Dengan cara yang sama dapat diturunkan bahwa persamaan garis singgung pada
lingkaran (x – a)
2
+ (y – b)
2
= r
2
dengan titik singgung (x1 , y1) adalah
(x1 – a)(x – a) + (y1 – b)(y – b) = r
2
.
Contoh 6
Tentukan persamaan garis singgung pada lingkaran
Q(x2,y2)
P(x1,y1)
Y
X O
17
a). x
2
+ y
2
= 25 di titik (4 , -3).
b). x
2
+ y
2
– 4x – 6y – 12 = 0 di titik (-1 , 7).
jawab: (a) 4x – 3y + 25 dan (b) –3x + 4y – 31 = 0).
Contoh 7
Diketahui persamaan lingkaran x
2
+ y
2
+ 2x – 19 = 0 dan titik B(1 , 6). Tentukan
titik pusat dan jari-jari lingkaran. Selidiki apakah titik di bagian dalam, pada, atau
di luar lingkaran. Selanjutnya tentukan persamaan garis singgung pada lingkaran
yang melalui titik B.
(jawab: x – 2y + 11 = 0 dan 2x + y – 8 = 0).
Dengan ilustrasi yang mirip pada pembahasan diatas, dapat ditentukan bahwa
Koordinat-koordinat titik-titik S1 dan S2 memenuhi persamaan xox + yoy = r
2
. Garis
ini melalui titik-titik singgung S1 dan S2 dan biasa disebut tali busur singgung dari
titik T. Selanjutnya persamaan ini pula disebut persamaan garis kutub T(xo , yo)
terhadap lingkaran x
2
+ y
2
= r
2
.
Soal-soal
1. Tentkan titik pusat dan jari-jari lingkaran x
2
+ y
2
+ 4x – 6y + 9 = 0.
2. Tentukan persamaan lingkaran yang bertitik pusat di (1 , -2) dan melalui titik
(4 , 2).
3. Tentukan jari-jari lingkaran 9x
2
+ 9y
2
– 54x + 18y + 65 = 0
O
S2(x2,y2)
T(x0,y0)
S1(x1,y1)
X
Y
18
4. Tentukan persamaan lingkaran yang melalui O(0 , 0), P(4 , 0), dan Q(0 , 2).
5. Tentukan persamaan garis singgung lingkaran (x – 1)
2
+ (y + 1)
2
= 4 yang sejajar
dengan garis 5x – 12y + 5 = 0.
6. Tentukan persamaan garis singgung pada lingkaran x
2
+ y
2
– 2x + 2y – 7 = 0 di
titik (1 , 2).
7. Tentukan persamaan garis kutub titik (2,-1) terhadap lingkaran (x + 3)
2
+ (y –
2)
2
= 9.
19
BAB III
ELLIPS
Definisi
Ellips adalah himpunan semua titik yang jumlah jaraknya terhadap dua titik
tertentu tetap besarnya.
Misalkan titik-titik api (fokus) F1, F2 pada sumbu-X dan sumbu F1F2 adalah sumbu-
Y. Jika F1F2 = 2c maka F1(c , 0) dan F2(-c , 0). Misalkan jumlah jarak yang tetap itu
adalah 2a, dengan a c. Ambil T(x , y) sebarang titik yang memenuhi definisi,
yaitu aTFTF 2
21
Berarti
22
)( ycx +
22
)( ycx = 2a
22
)( ycx = 2a -
22
)( ycx
Setelah kedua ruas dikuadratkan dan dijabarkan kita peroleh:
-4cx – 4a
2
= -2a
22
)( ycx
Kedua ruas dikuadratkan lagi dan dijabarkan sehingga diperoleh:
(a
2
– c
2
)x
2
+ a
2
y
2
= a
2
(a
2
– c
2
) ………(1)
Karena a c maka a
2
– c
2
0; sehingga dapat ditulis a
2
– c
2
= b
2
Sehingga dari persamaan (1) diatas menjadi:
b
2
x
2
+ a
2
y
2
= a
2
b
2
atau
F2 O X
Y
F1
T(x,y)
20
1
2
2
2
2
b
y
a
x
…….(2)
Karena T(x , y) sebarang titik yang diambil, maka setiap titiknya memenuhi
1
2
2
2
2
b
y
a
x
.
Persamaan (2) ini disebut persamaan pusat dari ellips atau persamaan kanonik
dari ellips.
c disebut eksentrisitas linear
a
c
disebut eksentrisitas numerik, ditulis e.
Karena a c maka 0 e =
a
c
1.
Persamaam ellips yang pusatnya P( , ) dan sumbu-sumbunya sejajar dengan
koordinat adalah 1
)()(
2
2
2
2
b
y
a
x
Contoh 1
Tentukan persamaan ellips yang titik-titik apinya terletak pada sumbu-X dan
simetris terhadap titik O serta sumbu panjangnya 20, eksentrisitas numerik e =
5
3
.
(jawab: 1
64100
22
yx
)
O X
Y
P(,)
T(x,y)
21
Suatu garis lurus dapat memotong ellips, menyinggung, atau tidak memotong dan
tidak menyinggung ellips. Dalam hal yang terakhir garis dan ellips tidak
mempunyai titik persekutuan. Selanjutnya akan dicari persamaan garis singgung
yang gradiennya m.
Misalkan persamaan garis yang gradiennya m adalah y = mx + p dan persamaan
ellips 1
2
2
2
2
b
y
a
x
.
Absis titik-titik potong garis dan ellips diperoleh dari:
1
)(
2
2
2
2
b
pmx
a
x
atau
(b
2
+ a
2
m
2
)x
2
+ 2a
2
mpx + a
2
(p
2
– b
2
) = 0
Garis menyinggung ellips jika titik-titik potongnya berimpit. Hal ini terjadi apabila
persamaan kuadrat diatas mempunyai dua akar yang sama atau apabila
diskriminannya sana dengan nol.
Sehingga D = (2a
2
mp)
2
- 4 (b
2
+ a
2
m
2
) a
2
(p
2
– b
2
) = 0
Berarti p =
222
mab
Jadi persamaan garis singgung yang gradiennya m adalah y = mx
222
mab
Contoh 2
Carilah persamaan garis singgung pada ellips x
2
+ 4y
2
= 20 yang tegak lurus garis
dengan persamaan 2x – 2y – 13 = 0.
(jawab: y = -x 5
Selanjutnya akan dicari persamaan garis singgung pada ellips dengan titik
singgung T(x1 , y1).
F2 O X
Y
F1
T(x1,y1)
P(x2,y2)
22
Misalkan persamaan ellips 1
2
2
2
2
b
y
a
x
dan P(x2 , y2) suatu titik pada ellips, maka
berlaku:
1
2
2
2
2
2
2
b
y
a
x
atau b
2
x2
2
+ a
2
y2
2
= a
2
b
2
.
Karena T(x1,y1) pada ellips maka berlaku b
2
x1
2
+ a
2
y1
2
= a
2
b
2
.
Dari kedua persamaan diatas didapat b
2
(x1
2
– x2
2
) = -a
2
(y1
2
– y2
2
)
Setelah dijabarkan diperoleh:
21
21
21
2
21
2
)(
)(
xx
yy
yya
xxb
Persamaan garis PT adalah
y – y1 = )(
)(
)(
)(
1
21
2
21
2
11
21
21
xx
yya
xxb
yyatauxx
xx
yy
Jika P mendekati T sedemikian P sangat dekat dengan T sehingga x2 = x1 dan y2 =
y1. Akibatnya PT menjadi garis singgung di titik T dan persamaannya adalah:
1
2
1
2
1
b
yy
a
xx
.
Untuk ellips dengan persamaan 1
)()(
2
2
2
2
b
y
a
x
, maka persamaan garis
singgung di titik (x1 , y1) adalah 1
))(())((
2
1
2
1
b
yy
a
xx
Contoh 3
Carilah persamaan garis singgung pada ellips 1
2430
22
yx
di titik yang absisnya 5.
Contoh 4
Carilah persamaan garis singgung pada ellips 1
4
2
2
y
x
dari titik T(2 , -1).
(jawab: x = 2 atau y = -1).
23
Sifat utama garis singgung pada ellips sebagai berikut: Garis singgung di suatu titik
pada ellips membagi dua sama besar sudut antara garis penghubung titik itu
dengan titik api yang satu dan perpanjangan garis penghubung titik tersebut
dengan titik api lainnya.
Perhatikan gambar dibawah ini.
OO
Misalkan persamaan ellips diatas adalah 1
2
2
2
2
b
y
a
x
dan titik-titik A1(x’ , y’) dan
koordinat A2(x’’ , y’’) merupakan titik-titik singgung dari garis-garis singgung ellips
yang melalui titik T(x1 , y1) diluar ellips.
Persamaan garis singgung di A1 adalah 1
2
'
2
'
b
yy
a
xx
Karena T pada garis singgung maka 1
2
1
'
2
1
'
b
yy
a
xx
……………..(1)
Persamaan garis singgung di A2 adalah 1
2
''
2
''
b
yy
a
xx
Karena T pada garis singgung maka 1
2
1
''
2
1
''
b
yy
a
xx
……………..(2)
Dari (1) dan (2) dapat disimpulkan bahwa titik-titik A1 dan A2 terletak pada garis
dengan persamaan 1
2
1
2
1
b
yy
a
xx
.
Persamaan ini disebut persamaan tali busur singgung dari titik T(x1 , y1).
A2
A2
T(x1,y1)
O
24
Soal-soal
1. Dari titik C(10,-8) dibuat garis yang menyinggung ellips 1
1625
22
yx
. Tentukan
persamaan tali busur yang menghubungkan kedua itik singgung tersebut.
2. Garis x – y – 5 = 0 menyinggung ellips yang titik-titik apinya F1(-3 , 0) dan F2(3 ,
0). Tentukan persamaan ellips yang memenuhi persyaratan tersebut.
3. Tentukan persamaan garis singgung pada ellips 1
2430
22
yx
yang sejajar
dengan garis 4x – 2y + 23 = 0.
4. Tentukan persamaan tali busur ellips 1
48
22
yx
yang dibagi dua sama
panjang oleh titik A(2 , 1).
5. Dari titik api sebelah kanan ellips 1
2045
22
yx
dipancarkan sinar yang
mengapit sudut (tg = -2) dengan sumbu x positif. Tentukan persamaan
garis yang dilalui sinar pantulnya.
6. Tentukan luas jajar genjang yang dua titik sudutnya adalah titik-titik api dari
ellips 1
59
22
yx
dan dua titik lainnya berimpit dengan ujung-ujung sumbu
pendek dari ellips.
7. Diketahui eksentrisitas dari ellips adalah e =
5
2
dan jarak dari titik M pada
ellips ke salah satu garis arahnya adalah 20. Tentukan jarak dari titik M ke titik
api yang bersesuaian dengan garis arah tersebut.
8. Suatu ellips menyinggung sumbu-x di titik A(3 , 0) dan menyinggung sumbu-y
di di B(0 , -4). Sumbu-sumbu simetrinya sejajar sumbu-sumbu koordinat.
Tentukan persamaan ellips tersebut.
9. Dari titik P(-16 , 9) dibuat garis singgung pada ellips 1
34
22
yx
. Tentukan
jarak dari titik P ke garis yang menghubungkan titik-titik singgung tersebut.
25
10. Tentukan persamaan ellips yang sumbu-sumbunya berimpit dengan sumbu-
sumbu koordinat dan yang menyinggung dua garis 3x – 2y – 20 = 0 dan
x + 6y – 20 = 0.
26
BAB IV
HIPERBOLA
Definisi: Hiperbola adalah himpunan titik-titik yang selisih jaraknya terhadap dua
titik tertentu tetap besarnya.
Berdasarkan definisi tersebut dapat dicari persamaan hiperbola sebagai
berikut.
Misalkan titik-titik api F1(-c,0), F2(c,0) pada sumbu-x dan sumbu dari F1F2 adalah
sumbu-y. Jika
21FF = 2c maka F1(c , 0) dan F2(-c , 0).
Misalkan selisih jarak yang tetap tersebut adalah 2a, dengan a c. Ambil T(x , y)
sebarang titik dari himpunan yang dicari, maka dipenuhi
21TFTF = 2a
Berarti
22
ycx -
22
ycx = 2a
22
ycx = 2a +
22
ycx
Setelah kedua ruas dikuadratkan dan dijabarkan diperoleh
cx – a
2
= a
22
ycx
Jika kedua ruas dikuadratkan lagi diperoleh
(c
2
– a
2
)x
2
– a
2
y
2
= a
2
(c
2
– a
2
)
Karena a < c maka c
2
– a
2
> 0 sehingga dapat dituliskan c
2
– a
2
= b
2
sehingga
didapat:
F2 O X
Y
F1
T(x,y)
27
b
2
x
2
– a
2
y
2
= a
2
b
2
Karena T sebarang titik pada himpunan, maka setiap titik dari himpunan tersebut
berlaku:
b
2
x
2
– a
2
y
2
= a
2
b
2
atau 1
2
2
2
2
b
y
a
x
Persamaan diatas disebut persamaan hiperbola.
Titik O(0 , 0) sebagai titik pusat hiperbola.
Titik-titik F1 dan F2 disebut titik-titik api.
Sumbu x dan sumbu y disebut sumbu-sumbu simetri.
Karena titik titik potong hiperbola dengan sumbu x adalah nyata, maka
sumbu x disebut sumbu nyata. Sedangkan titik potong hiperbola dengan sumbu y
adalah khayal, sehingga sumbu y disebut sumbu khayal. Bilangan e =
a
c
> 1
disebut eksentrisitas numerik.
Persamaan hiperbola yang pusatnya P( , ) dan sumbu-sumbunya sejajar dengan
sumbu-sumbu koordinat diperoleh 1
)()(
2
2
2
2
b
y
a
x
Titik-titik potong hiperbola 1
2
2
2
2
b
y
a
x
dengan garis y = mx adalah
F2 P(,) X’
Y’
F1
T(x,y)
28
222222
,
mab
mab
mab
ab
dan
222222
,
mab
mab
mab
ab
Jika b
2
– a
2
m
2
> 0 maka ada dua titik potong yang berlainan
Jika b
2
– a
2
m
2
< 0 maka tidak ada titik potong atau titik potongnya khayal
Jika b
2
– a
2
m
2
= 0 maka titik potongnya di jauh tak terhingga.
Dalam hal jika m =
a
b
maka garis y = mx menyinggung hiperbola di jauh
tak terhingga. Garis-garis y =
a
b
x disebut asimtot-asimtot hiperbola.
Persamaan asimtot-asimtot dapat dinyatakan juga sebagai 0
b
y
a
x
dan
0
b
y
a
x
, sehingga susunan asimtotnya adalah 0
2
2
2
2
b
y
a
x
.
Definisi hiperbola yang lain adalah sebagai berikut: hiperbola adalah tempat
kedudukan titik-titik yang perbandingan jaraknya terhadap suatu titik dan suatu
garis tertentu tetap besarnya dan perbandingan ini lebih besar dari 1. Selanjutnya
titik tersebut dinamakan titik api dan garisnya dinamakan garis arah (direktrik).
Penjelasannya sebagai berikut.
F2 O X
Y
F1
P(x1,y1)
d2
d1
c
a
x
2
c
a
x
2
29
Misalkan P(x1 , y1) sebarang titik pada hiperbola 1
2
2
2
2
b
y
a
x
.
Maka jarak P terhadap titik api F1(c , 0) adalah d1 =
2
1
2
1
ycx
Dan jarak P terhadap titik api F2(-c , 0) adalah d2 =
2
1
2
1
ycx
Berarti d2
2
– d1
2
= 4cx1; sedangkan d2 – d1 = 2a …….. (1)
Jadi d2 + d1 =
a
cx
1
2
……….(2)
Dari (1) dan (2) diperoleh d1 =
c
a
x
a
c
2
1
dan d2 =
c
a
x
a
c
2
1
Selanjutnya pandang garis-garis x =
c
a
2
Maka d1 =
c
a
x
a
c
2
1
=
a
c
. Jarak titik P ke garis x =
c
a
2
Maka d2 =
c
a
x
a
c
2
1
=
a
c
. Jarak titik P ke garis x = -
c
a
2
Garis-garis x =
c
a
2
disebut garis-garis arah atau direktrik dari hiperbola.
Contoh
Carilah persamaan hiperbola, jika titik-titik apinya terletak pada sumbu x, simetris
terhadap O dan persamaan asimtotnya y = x
3
4
sedangkan jarah antara kedua
titik-titik apinya 20.
(jawab: 1
6436
22
yx
)
Contoh
30
Carilah persamaan hiperbola, jika titik-titik apinya terletak pada sumbu x, simetris
terhadap O dan persamaan asimtotnya y = x
4
3
sedangkan jarak kedua garis
arahnya 12
5
4
.
jawab: 1
3664
22
yx
Selanjutnya dapat dicari persamaan garis singgung pada hiperbola
sebagaimana mencari persamaan garis singgung pada ellips.
Didapat bahwa persamaan garis singgung pada hiperbola 1
2
2
2
2
b
y
a
x
dengan
koefisien arah m adalah y = mx
222
bma .
Jika persamaan hiperbola 1
)()(
2
2
2
2
b
y
a
x
, maka garis singgung dengan
koefisien arah m, persamaannya y -
222
)( bmaxm .
Persamaan garis singgung parabola 1
2
2
2
2
b
y
a
x
di titik singgung (x1 , y1)
adalah 1
2
1
2
1
b
yy
a
xx
.
Jika persamaan hiperbola 1
)()(
2
2
2
2
b
y
a
x
, maka persamaan garis
singgung di titik (x1 , y1) adalah
F2 P(,) X’
Y’
F1
T(x,y)
y = mx+n
31
1
))(())((
2
1
2
1
b
yy
a
xx
Adapun sifat utama garis singgung adalah sebagai berikut: garis singgung pada
suatu titik pada hiperbola membagi dua sama besar sudut-sudut antara garis-garis
yang menghubungkan titik singgung dengan titik api.
Seperti pada ellips, terdapat dua garis singgung melalui satu titik T di luar
ellips, demikian pula pada hiperbola.
Tanpa memperhatikan letak titik T(x1 , y1), persamaan 1
2
1
2
1
b
yy
a
xx
disebut
persamaan garis kutub dari T terhadap hiperbola 1
2
2
2
2
b
y
a
x
.
Jika T di luar hiperbola maka garis kutub menjadi tali busur singgung.
Jika T pada hiperbola maka garis kutub menjadi garis singgung.
Jika T di dalam hiperbola maka garis kutub berupa garis yang tidak memotong
hiperbola.
Contoh
Tentukan persamaan garis singgung pada hiperbola 1
6416
22
yx
yang sejajar garis
10x – 3y + 9 = 0.
(jawab: 3y = 10x 32)
Contoh
Dari titik C(1 , -10) dibuat garis singgung pada hiperbola 1
328
22
yx
. Tentukan
persamaan garis yang menghubungkan kedua titik singgungnya.
(jawab: 10y = 32 – 4x)
32
Selanjutnya akan dicari syarat agar garis y = mx memotong garis lengkung
1
2
2
2
2
b
y
a
x
.
Absis-absis titik potong dapat dicari sebagai berikut:
1
2
22
2
2
b
xm
a
x
atau (b
2
– a
2
m
2
)x
2
= -a
2
b
2
.
Berarti x =
222
bma
ab
.
Jadi garis y = mx dan garis lengkung 1
2
2
2
2
b
y
a
x
akan
(i) berpotongan di dua titik jika a
2
m
2
– b
2
> 0 atau m >
a
b
atau m < -
a
b
(ii) tidak berpotongan jika a
2
m
2
– b
2
< 0 atau -
a
b
< m <
a
b
(iii) menyinggung di jauh tak hingga jika m =
a
b
.
Persamaan 1
2
2
2
2
b
y
a
x
adalah persamaan suatu hiperbola yang tidak
memotong sumbu x tetapi memotong sumbu y di titik-titik (0 , b) dan (0 , -b).
Berarti sumbu x sumbu khayalnya. Sedangkan persamaan asimtot-asimtotnya
adalah
y = x
a
b
dan y = -x
a
b
Titik-titik apinya adalah F1(0 , c) dan F2(0 , -c) dan garis-garis arahnya adalah
y =
c
b
2
dan y = -
c
b
2
Eksentrisitas numeriknya adalah e =
b
c
.
Hiperbola-hiperbola 1
2
2
2
2
b
y
a
x
dan 1
2
2
2
2
b
y
a
x
pada suatu susunan sumbu
disebut hiperbola sekawan.
33
Jika suatu hiperbola a = b, maka hiperbola ini disebut juga hiperbola orthogonal.
Contoh
Tentukan persamaan hiperbola yang titik-titik apinyaterletak pada sumbu y dan
simetris terhadap titik O yang memenuhi syarat bahwa jarak kedua garis arahnya
7
7
1
dan sumbu 2b = 10.
Jawab: 1
2524
22
yx
Berikut ini adalah tempat kedudukan titik-titik yang memenuhi syarat-syarat
tertentu.
1. Perhatikan persamaan hiperbola 1
2
2
2
2
b
y
a
x
dan garis y = mx. Tempat
kedudukan titik-titik tengah talibusur-talibusur hiperbola yang sejajar dengan
garis y = mx adalah y = x
ma
b
2
2
; dan persamaan ini merupakan persamaan
suatu garis tengah hiperbola.
Garis-garis tengah y = mx dan y = x
ma
b
2
2
disebut garis-garis tengah sekawan
dan m1 = m dan m2 =
ma
b
2
2
disebut arah-arah sekawan.
2. Persamaan tempat kedudukan titik-titik potong garis-garis singgung pada
hiperbola 1
2
2
2
2
b
y
a
x
yang tegak lurus sesamanya, yaitu x
2
+ y
2
= a
2
– b
2
.
Persamaan ini adalah persamaan lingkaran dengan pusat O(0 , 0) dan jari-jari
22
ba. Selanjutnya lingkaran ini disebut lingkaran orthoptis dari Monge.
3. Persamaan tempat kedudukan titik-titik potong dari garis-garis singgung pada
hiperbola 1
2
2
2
2
b
y
a
x
dengan garis-garis yang tegak lurus padanya dan
melalui titik-titik api yaitu x
2
+ y
2
= a
2
. Persamaan ini adalah persamaan
34
lingkaran dengan pusat O(0 , 0) dan jari-jari a. Selanjutnya lingkaran ini
disebut lingkaran titik kaki.
Lingkaran orthoptis dari suatu hiperbola orthogonal berupa lingkaran titik dan
garis-garis singgung pada hiperbola itu yang saling tegak lurus adalah asimtot-
asimtotnya.
Misalkan titik P1(x1 , y1) dan Q1(-x , -y1) ujung-ujung garis tengah hiperbola
1
2
2
2
2
b
y
a
x
. Ujung-ujung garis tengah sekawannya dapat dicari sebagai berikut.
Persamaan garis singgung di P1(x1 , y1) pada hiperbola 1
2
2
2
2
b
y
a
x
adalah
1
2
1
2
1
b
yy
a
xx
.
Berarti gradien garis singgung di P1 adalah m1 =
1
2
12
ya
xb
Sedangkan gradien P1Q1 adalah m2 =
1
1
x
y
. Jadi m1m2 =
2
2
a
b
.
Hal ini menunjukkan bahwa garis singgung di P1 sejajar dengan garis tengah yang
sekawan dengan garis tengah P1Q1.
Persamaan garis tengah yang sekawan dengan P1Q1 adalah y =
1
2
12
ya
xb
x.
Absis titik-titik potong garis ini dengan hiperbola dicari sebagai berikut.
b
2
x
2
– a
2 222
2
1
4
2
12
bax
ya
xb
atau (a
2
y1
2
– b
2
x1
2
)x
2
= a
2
y1
2
. Karena P1(x1 , y1) pada
hiperbola maka didapat x
2
= iy
b
a
xatau
b
y
ba
ya
12
2
1
22
2
1
2
.
Berarti titik-titik potongnya khayal yaitu
ix
a
b
iy
b
a
danix
a
b
iy
b
a
1111 ,, .
35
Akan tetapi dapat diperiksa bahwa
2
P
ix
a
b
iy
b
a
11, dan
112 ,x
a
b
y
b
a
Q
terletak pada hiperbola sekawannya 1
2
2
2
2
b
y
a
x
.
Jika suatu garis tengah tidak memotong hiperbola, maka yang dimaksud
dengan ujung-ujungnya adalah titik-titik potongnya dengan hiperbola
sekawannya.
Misalkan OP1 = a1 dan OP2 = a2. Maka diperoleh
1
OP
2
= a1
2
= x1
2
+ y1
2
dan
2
12
2
2
12
2
2
1
2
2 x
a
b
y
b
a
bOP
Berarti
2
2
1
22
1
2
2
2
1
22
1
2
2
1
2
1
a
xbya
b
yaxb
ba
= a
2
– b
2
Jadi 4a1
2
– 4b1
2
= 4a
2
– 4b
2
.
Soal-soal
1. Titik A(-3 , -5) terletak pada hiperbola yang titik apinya F(-2 , -3) dan garis arah
yang bersesuaian dengan titik api ini adalah x + 1 = 0. Tentukan persamaan
hiperbola yang memenuhi persyaratan diatas.
2. Tentukan nilai p agar garis y =
2
5
x + p menyinggung hiperbola .1
369
22
yx
3. Tentukan persamaan garis singgung pada hiperbola 1
520
22
yx
yang tegak
lurus garis 4x + 3y – 7 = 0.
36
4. Tentukan koordinat titik M pada hiperbola 1
1824
22
yx
yang terdekat ke garis
3x + 2y + 1 = 0.
5. Garis 2x – y – 4 = 0 menyinggung hiperbola yang titik-titik apinya F1(-3 , 0) dan
F2(3 , 0). Tentukan persamaan hiperbola tersebut.
6. Tentukan luas daerah segitiga yang dibentuk oleh asimtot-asimtot hiperbola
1
94
22
yx
dan garis 9x + 2y – 24 = 0.
7. Titik-titik api suatu hiperbola berimpit dengan titik-titik api ellips 1
925
22
yx
.
Jika eksentrisitas numerik e = 2, maka tentukan persamaan hiperbola
tersebut.
8. Tentukan persamaan hiperbola yang titik-titik apinya pada puncak-puncak
ellips 1
64100
22
yx
dan garis-garis arahnya melalui titik-titik api dari ellips
tersebut.
9. Tentukan persamaan hiperbola yang sumbu-sumbunya berimpit dengan
sumbu koordinat dan menyinggung dua garis 5x – 6y – 16 = 0 dan 13x – 10y –
48 = 0.
10. Tentukan persamaan tali busur dari hiperbola 1
416
22
yx
yang dibagi dua
oleh titik B(6 , 2).
37
BAB V
PARABOLA
Definisi: Parabola adalah himpunan titik-titik yang berjarak sama dari suatu titik
dan suatu garis tertentu. Berdasarkan definisi ini dapat ditentukan persamaan
parabola sebagai berikut.
Misalkan titik yang dimaksud adalah F dan garis yang dimaksud adalah garis g;
perpotongan garis g dengan sumbu x adalah A; sumbu y dibuat melalui titik
tengah AF dan tegak lurus sumbu x. Misalkan jarak pAF. Maka
)0,
2
1
pF ;
dan persamaan garis g adalah x = -p
2
1
; dan T(x , y) sebarang titik pada parabola,
maka berlaku TF = jarak T ke garis g atau
22
)
2
1
( ypx = x +
2
1
p
Setelah kedua ruas dikuadratkan dan dijabarkan diperoleh y
2
= 2px.
Persamaan ini disebut dengan persamaan puncak parabola
Titik F disebut titik api.
Titik O disebut puncak parabola
Garis x = -
2
1
p disebut garis arah atau direktrik
Sumbu x merupakan sumbu simetri dari parabola p dan disebut parameter
parabola
T(x,y)
g
A F O
Y
X
38
Berdasarkan definisi parabola, eksentrisitas parabola adalah e = 1.
Dengan menggunakan translasi susunan sumbu, dapat ditentukan bahwa
persamaan parabola yang puncaknya P( , ) dan sumbu simetrinya sejajar
sumbu x adalah
(y - )
2
= 2p(x - ).
Contoh
Tentukan persamaan parabola yang puncaknya di O, sumbu simetrinya berimpit
dengan sumbu x dan parabolanya terletak di setengah bidang bagian kiri dan
melalui titik (-1 , 2).
Jawab: y
2
= -4x.
Contoh
Tentukan persamaan parabola yang titik apinya F(7 , 2) dan persamaan garis
arahnya x – 5 = 0.
Jawab: y
2
– 4y – 4x + 28 = 0.
T(x,y)
g
A
F
P(,)
Y’
X’
y
2
= 2px
O
Y
X
y = mx+n
39
Persamaan garis singgung pada parabola dengan gradien m dapat
ditentukan sebagai berikut. Misalkan persamaan parabolanya adalah y
2
= 2px dan
persamaan garis yang gradiennya m adalah y = mx + n, dengan n parameter. Absis
titik-titik potong garis dan parabola tersebut diperoleh dari persamaan (mx + n)
2
=
2px, atau dari persamaan m
2
x
2
+ (2mn – 2p)x + n
2
= 0. Garis akan menyinggung
parabola jika kedua titik potongnya berimpit atau absis kedua titik potongnya
sama. Berarti harus terpenuhi persamaan 4(mn – p)
2
– 4m
2
n
2
= 0.
Dari persamaan diatas akhirnya diperoleh n =
m
p
2
.
Jadi persamaan garis singgung pada parabola y
2
= 2px dengan gradien m adalah
y = mx +
m
p
2
.
Jika persamaan parabolanya (y - )
2
= 2p(x - ), maka persamaan garis singgung
dengan gradien m adalah (y - ) = m(x - ) +
m
p
2
.
Persamaan garis singgung pada parabola y
2
= 2px di titik singgung T(x1 , y1) dapat
ditentukan sebagai berikut. Misalkan Persamaan garis singgung nya adalah y = mx
+ n. Maka absis titik singgungnya dapat diperoleh dari persamaan (mx + n)
2
=
2px, atau m
2
x
2
+ (2mn – 2p)x + n
2
= 0.
Karena hanya ada satu titik singgung maka absisnya adalah
x1 =
22
2
)22(
m
mnp
m
pmn
………….. (i)
dan ordinatnya adalah
T(x1,y1)
O X
Y
y = mx+n
40
y1 =
m
p
n
m
mnp
m
)(
2
………….. (ii)
Jadi gradien garis singgungnya adalah m =
1
y
p
.
Dari persamaan (i) dan (ii) dan y1
2
= 2px1, diperoleh n =
2
1
y
.
Jadi persamaan garis singgung pada parabola y
2
= 2px di T(x1 , y1) adalah
Y =
22
2
1
1
1
1
y
pxyyatau
y
x
y
p
atau y1y = p(x + x1).
Jika persamaan parabolanya (y - )
2
= 2p(x - ), maka persamaan garis singgung di
T(x1 , y1) adalah (y1 - )(y - ) = p(x + x1 - 2).
Karena gradien garis singgung di T(x1 , y1) adalah
1
y
p
maka gradien garis
normalnya adalah
p
y
1
. Jadi persamaan garis normal di T(x1 , y1) adalah
y – y1 = )(
1
1
xx
p
y
.
Persamaan garis singgung pada parabola y
2
= 2px yang melalui titik T(x1 , y1) di
luar parabola dapat ditentukan sebagai berikut. Misalkan titik singgungnya S(xo ,
yo). Maka persamaan garis singgung di S adalah yoy = p(x + xo). Karena garis
singgung ini melalui titik T(x1 , y1) maka harus memenuhi yoy1 = p(x1 + xo). Karena
(xo , yo) pada parabola, maka yo
2
= 2pxo. Akhirnya diperoleh persamaan garis
singgung melalui T di luar parabola.
T
O X
Y
S
S
41
Contoh
Tentukan persamaan garis singgung yang melalui titik T(-2 , -3) pada parabola y
2
=
8x.
Jawab: x + 2y + 8 = 0 dan 2x – y + 1 = 0.
Contoh
Tentukan titik A pada parabola y
2
= 8x yang terdekat dengan garis 2x + 2y – 3 = 0.
Jawab: (2 , -4).
Misalkan persamaan parabola y
2
= 2px. Titik-titik S(x1 , y1) dan T(x2 , y2)
merupakan titik-titik singgung dari garis-garis singgung yang ditarik dari titik P(xo ,
yo) di luar parabola.
Persamaan garis singgung di S dan di T berturut-turut
y1y = p(x + x1) dan y2y = p(x + x2).
Karena garis-garis singgung tersebut melalui P maka berlaku
y1yo = p(xo + x1) dan y2yo = p(xo + x2).
Ini berarti titik-titik S dan T memenuhi persamaan
Yoy = p(x + xo).
Persamaan ini disebut persamaan garis kutub dari P terhadap parabola y
2
= 2px.
Jika P pada parabola maka garis kutub menjadi garis singgung.
Jika P di luar parabola maka garis kutub menjadi tali busur singgung.
Jika P di dalam parabola maka garis kutub tidak memotong parabola.
F
T
O X
Y
42
Adapun sifat utama garis singgung adalah sebagai berikut: garis singgung
di suatu titik pada parabola membagi dua sama besar sudut antara garis yang
menghubungkan titik singgung dengan titik api dan garis yang melalui titik
singgung sejajar dengan sumbu x. (buktikan).
Berikut ini akan disajikan beberapa tempat kedudukan titik yang
memenuhi syarat tertentu.
(1) Tempat kedudukan titik-titik tengah talibusur-talibusur yang sejajar dengan
garis yang gradiennya m adalah y =
m
p
.
(2) Tempat kedudukan titik potong garis-garis singgung pada parabola yang tegak
lurus sesamanya adalah x = -
2
1
p (persamaan garis arah parabola atau garis
orthoptis dari Monge).
(3) Tempat kedudukan titik-titik potong garis-garis yang melalui titik api dan
tegak lurus garis-garis singgung pada parabola adalah x = 0 atau sumbu y
(garis titik kaki).
Soal-soal
1. Tentukan persamaan parabola yang simetris terhadap OX, puncaknya di titik
asal, dan melalui titik A(9 , 6).
2. Tentukan persamaan parabola yang puncaknya di O, terletak di tengah-tengah
bidang atas, simetris terhadap OY, dan parameter p =
4
1
.
3. Dari titik api parabola y
2
= 12x dipancarkan sinar yang membentuk sudut
lancip (tg =
4
3
) dengan sumbu x positif. Tentukan persamaan garis yang
dilalui sinar pantul tersebut.
4. Tentukan persamaan garis singgung pada parabola y
2
= 6x yang tegak lurus
garis y =
3
1
x + 2.
43
5. Dari titik A(-1 , 2) dibuat garis-garis singgung pada parabola y
2
= 10x. Tentukan
persamaan garis yang menghubungkan titik-titik singgungnya.
6. Tentukan persamaan parabola yang titik apinya F(4 , 3) dan garis arahnya y + 1
= 0.
7. Tentukan titik-titik pada parabola yang jaraknya 13 dari titik api parabola
tersebut.
8. Tentukan titik pada parabola y
2
= 64x yang terdekat dengan garis 4x + 3y – 14
= 0.
9. Dari titik P(-3 , 12) dibuat garis singgung pada parabola y
2
= 10x. Tentukan
jarak titik P ke garis yang menghubungkan titik-titik singgung tersebut.
10. Tentukan persamaan parabola yang puncaknya di A(-2 , -1) dan persamaan
garis arahnya x + 2y – 1 = 0.
44
BAB VI
KOORDINAT DAN PERSAMAAN KUTUB
Sebuah titik P (selain titik kutub/titik asal) dinyatakan kedudukan oleh titik
O ke P dan sudut antara garis OP dan sumbu kutub. Apabila r adalah jarak antara
titik O dan titik P; sedangkan adalah salah satu sudut antara OP dan sumbu
kutub, maka (r , ) adalah sepasang koordinat kutub dari titik P dan ditulis P(r , ).
Selanjutnya r disebut jari-jari penunjuk dari P atau radius vektor dari P, sedangkan
disebut argumen dari P atau sudut kutub dari P.
Seperti halnya dengan sistem koordinat kartesius siku-siku, dapat disusun
persamaan kartesius dengan peubah-peubah x dan y; maka dengan sistem
koordinat kutub, dapat pula disusun persamaan kutub dengan peubah-peubah r
dan ; misalnya r = 8 sin dan r =
cos1
2
.
Contoh
Gambarlah grafik persamaan kutub r = 8 sin .
Contoh
Gambarlah grafik dari r =
cos1
2
.
r
P(x,y)
O
Y
X
45
Dalam sistem koordinat kutub, walaupun ada sepasang koordinat
tertentu yang tidak memenuhi suatu persamaan, tetapi ini tidak perlu
mengakibatkan bahwa titik yang bersangkutan tidak terletak pada grafik
persamaan tersebut. Misalnya titik P(2 ,
2
) terletak pada grafik dan
memenuhi persamaan r =
cos1
2
. Tetapi koordinat P dapat juga dinyatakan
dengan P(-2 ,
2
3
) dan (-2 ,
2
3
) tidak memenuhi persamaan r =
cos1
2
.
Hubungan koordinat kutub dan koordinat kartesius dapat diperoleh
sebagai berikut.
r =
22
yx
= arc cos
22
yx
x
= arc sin
22
yx
y
.
Contoh
Tentukan koordinat kartesius dari titik yang koordinat kutubnya
adalah
6
,4
. Tentukan pula koordinat kutub dari titik yang koordinat
kartesiusnya adalah 3,3 .
Contoh
Tunjukkan dengan jalan menuliskan dalam persamaan kartesius
bahwa grafik persamaan r = sin adalah sebuah lingkaran; dan bahwa grafik
persamaan r =
cos1
2
adalah sebuah parabola.
46
Soal-soal
1. Sketsa grafik persamaan kutub r = 6 cos . Berupa apakah grafiknya?
2. Sketsa grafik persamaan kutub r =
cos
5
. Berupa apakah grafiknya?
3. Ubahlah persamaan kartesius (x – 2)
2
+ y
2
= 4 menjadi persamaan kutub.
4. Ubahlah persamaan kutub r =
sin21
1
menjadi persamaan kartesius.
47
DAFTAR KEPUSTAKAAN
Moeharti Hadiwidjojo, Ilmu Ukur Analitik Bidang, Yogyakarta: FPMIPA-IKIP
Yogyakarta, 1974.
Purcell, Edwin J (Penterjemah: Rawuh, Bana Kartasasmita), Kalkulus Dan Geometri
Analitis Jilid I, Jakarta: Erlangga, 1984.
Thomas, George B., JR., Calculus and Analytic Geometry, Japan Publications
Trading Company, Ltd, 1963.