Bentuk Akar Bertingkat

Bentuk Akar Bertingkat

Materi Matematika — Penyederhanaan Akar di Dalam Akar

A. Pengertian Bentuk Akar Bertingkat

🔍 Mengamati

Perhatikan bentuk-bentuk berikut:

\(\sqrt{\sqrt{16}}\)

\(\sqrt{3 + \sqrt{5}}\)

\(\sqrt[3]{\sqrt{8}}\)

Bentuk-bentuk di atas disebut bentuk akar bertingkat, yaitu bentuk akar yang di dalamnya terdapat bentuk akar lain. Dengan kata lain, terdapat operasi penarikan akar secara berulang atau bersarang (nested radicals).

Definisi:

Bentuk akar bertingkat adalah ekspresi matematika yang memuat tanda akar di dalam tanda akar, misalnya \(\sqrt{a + \sqrt{b}}\) atau \(\sqrt{\sqrt{c}}\).

❓ Menanya

Pertanyaan kunci:

  • Bagaimana cara menyederhanakan bentuk akar bertingkat?
  • Kapan bentuk akar bertingkat dapat disederhanakan menjadi bentuk yang lebih sederhana?
  • Apa syarat agar \(\sqrt{a + \sqrt{b}}\) bisa ditulis dalam bentuk \(\sqrt{p} + \sqrt{q}\)?

B. Jenis-Jenis Bentuk Akar Bertingkat

🧠 Menalar

1. Akar di Dalam Akar (Sederhana)

Bentuk: \(\sqrt{\sqrt{a}} = \sqrt[4]{a}\)

Penjelasan:

\(\sqrt{\sqrt{a}} = (a^{1/2})^{1/2} = a^{1/4} = \sqrt[4]{a}\)

Secara umum: \(\sqrt[m]{\sqrt[n]{a}} = \sqrt[m \cdot n]{a} = a^{\frac{1}{mn}}\)

2. Bentuk \(\sqrt{a + \sqrt{b}}\)

Bentuk ini dapat disederhanakan menjadi \(\sqrt{p} + \sqrt{q}\) jika memenuhi syarat tertentu.

Rumus Penyederhanaan:

Jika \(\sqrt{a + \sqrt{b}}\) dapat disederhanakan, maka:

\(\sqrt{a + \sqrt{b}} = \sqrt{p} + \sqrt{q}\)

dengan syarat:

  • \(p + q = a\)
  • \(4pq = b\) atau \(pq = \frac{b}{4}\)

Artinya, \(p\) dan \(q\) adalah akar-akar dari persamaan kuadrat: \(x^2 – ax + \frac{b}{4} = 0\)

3. Bentuk \(\sqrt{a – \sqrt{b}}\)

Rumus:

\(\sqrt{a – \sqrt{b}} = \sqrt{p} – \sqrt{q}\)   (dengan \(p > q\))

dengan syarat sama:

  • \(p + q = a\)
  • \(4pq = b\)

4. Bentuk \(\sqrt{a + 2\sqrt{b}}\)

Rumus:

\(\sqrt{a + 2\sqrt{b}} = \sqrt{p} + \sqrt{q}\)

dengan syarat:

  • \(p + q = a\)
  • \(pq = b\)
🧪 Mencoba

Contoh langkah penyederhanaan \(\sqrt{5 + 2\sqrt{6}}\):

Kita cari \(p\) dan \(q\) sehingga \(p + q = 5\) dan \(pq = 6\).

Dari \(p + q = 5\) dan \(pq = 6\), kita peroleh persamaan kuadrat:

\(x^2 – 5x + 6 = 0 \Rightarrow (x-2)(x-3) = 0\)

Jadi \(p = 3, q = 2\) (atau sebaliknya).

\(\sqrt{5 + 2\sqrt{6}} = \sqrt{3} + \sqrt{2}\)

📢 Mengkomunikasikan

Ringkasan Langkah Penyederhanaan:

  1. Identifikasi bentuk akar bertingkat (apakah \(\sqrt{a \pm \sqrt{b}}\) atau \(\sqrt{a \pm 2\sqrt{b}}\)).
  2. Tentukan nilai \(a\) dan \(b\) dari ekspresi.
  3. Susun persamaan kuadrat sesuai syarat yang berlaku.
  4. Selesaikan untuk mendapatkan \(p\) dan \(q\).
  5. Tuliskan hasil dalam bentuk \(\sqrt{p} \pm \sqrt{q}\).

C. Contoh Soal dan Pembahasan

Contoh Soal Mudah (1–5)

1. Sederhanakan \(\sqrt{\sqrt{81}}\)

Lihat Pembahasan

\(\sqrt{\sqrt{81}} = \sqrt{9} = 3\)

Atau: \(\sqrt{\sqrt{81}} = 81^{1/4} = (3^4)^{1/4} = 3\)

2. Sederhanakan \(\sqrt{\sqrt{256}}\)

Lihat Pembahasan

\(\sqrt{\sqrt{256}} = \sqrt{16} = 4\)

Atau: \(256^{1/4} = (4^4)^{1/4} = 4\)

3. Sederhanakan \(\sqrt[3]{\sqrt{64}}\)

Lihat Pembahasan

\(\sqrt[3]{\sqrt{64}} = \sqrt[3]{8} = 2\)

Atau: \(64^{1/6} = (2^6)^{1/6} = 2\)

4. Sederhanakan \(\sqrt{3 + 2\sqrt{2}}\)

Lihat Pembahasan

Bentuk \(\sqrt{a + 2\sqrt{b}}\) dengan \(a = 3, b = 2\).

Cari \(p + q = 3\) dan \(pq = 2\).

\(x^2 – 3x + 2 = 0 \Rightarrow (x-1)(x-2) = 0\), jadi \(p=2, q=1\).

\(\sqrt{3 + 2\sqrt{2}} = \sqrt{2} + \sqrt{1} = \sqrt{2} + 1\)

5. Sederhanakan \(\sqrt{5 + 2\sqrt{6}}\)

Lihat Pembahasan

Bentuk \(\sqrt{a + 2\sqrt{b}}\) dengan \(a = 5, b = 6\).

Cari \(p + q = 5\) dan \(pq = 6\).

\(x^2 – 5x + 6 = 0 \Rightarrow (x-2)(x-3) = 0\), jadi \(p=3, q=2\).

\(\sqrt{5 + 2\sqrt{6}} = \sqrt{3} + \sqrt{2}\)

Contoh Soal Sedang (6–10)

6. Sederhanakan \(\sqrt{7 – 2\sqrt{10}}\)

Lihat Pembahasan

Bentuk \(\sqrt{a – 2\sqrt{b}}\) dengan \(a = 7, b = 10\).

Cari \(p + q = 7\) dan \(pq = 10\).

\(x^2 – 7x + 10 = 0 \Rightarrow (x-2)(x-5) = 0\), jadi \(p=5, q=2\).

\(\sqrt{7 – 2\sqrt{10}} = \sqrt{5} – \sqrt{2}\)

7. Sederhanakan \(\sqrt{6 + \sqrt{20}}\)

Lihat Pembahasan

Perhatikan: \(\sqrt{20} = 2\sqrt{5}\), jadi bentuk ini menjadi \(\sqrt{6 + 2\sqrt{5}}\).

Cari \(p + q = 6\) dan \(pq = 5\).

\(x^2 – 6x + 5 = 0 \Rightarrow (x-1)(x-5) = 0\), jadi \(p=5, q=1\).

\(\sqrt{6 + \sqrt{20}} = \sqrt{5} + 1\)

8. Sederhanakan \(\sqrt{8 – 2\sqrt{15}}\)

Lihat Pembahasan

Cari \(p + q = 8\) dan \(pq = 15\).

\(x^2 – 8x + 15 = 0 \Rightarrow (x-3)(x-5) = 0\), jadi \(p=5, q=3\).

\(\sqrt{8 – 2\sqrt{15}} = \sqrt{5} – \sqrt{3}\)

9. Sederhanakan \(\sqrt{9 + 4\sqrt{2}}\)

Lihat Pembahasan

Tulis ulang: \(9 + 4\sqrt{2} = 9 + 2\sqrt{8}\) (karena \(4\sqrt{2} = 2\sqrt{8}\)).

Cari \(p + q = 9\) dan \(pq = 8\).

\(x^2 – 9x + 8 = 0 \Rightarrow (x-1)(x-8) = 0\), jadi \(p=8, q=1\).

\(\sqrt{9 + 4\sqrt{2}} = \sqrt{8} + 1 = 2\sqrt{2} + 1\)

10. Sederhanakan \(\sqrt{\sqrt{625} + \sqrt{144}}\)

Lihat Pembahasan

\(\sqrt{625} = 25\) dan \(\sqrt{144} = 12\).

Jadi: \(\sqrt{25 + 12} = \sqrt{37}\).

Hasil: \(\sqrt{37}\) (tidak dapat disederhanakan lebih lanjut).

Contoh Soal Sulit (11–15)

11. Sederhanakan \(\sqrt{10 + 2\sqrt{21}} + \sqrt{10 – 2\sqrt{21}}\)

Lihat Pembahasan

Untuk \(\sqrt{10 + 2\sqrt{21}}\): \(p+q=10, pq=21\) → \(p=7, q=3\) → \(\sqrt{7}+\sqrt{3}\)

Untuk \(\sqrt{10 – 2\sqrt{21}}\): → \(\sqrt{7}-\sqrt{3}\)

Jumlah: \((\sqrt{7}+\sqrt{3}) + (\sqrt{7}-\sqrt{3}) = 2\sqrt{7}\)

12. Sederhanakan \(\sqrt{6 + 2\sqrt{2} + 2\sqrt{3} + 2\sqrt{6}}\)

Lihat Pembahasan

Kita coba bentuk \((\sqrt{a}+\sqrt{b}+\sqrt{c})^2 = a+b+c+2\sqrt{ab}+2\sqrt{ac}+2\sqrt{bc}\).

Cocokkan: \(a+b+c = 6\), \(2\sqrt{ab}=2\sqrt{6}\), \(2\sqrt{ac}=2\sqrt{3}\), \(2\sqrt{bc}=2\sqrt{2}\).

Dari \(ab=6, ac=3, bc=2\): bagi \(\frac{ab}{ac}=\frac{b}{c}=2\) → \(b=2c\).

Dari \(bc=2\): \(2c^2=2\) → \(c=1\), \(b=2\), \(a=3\).

Cek: \(a+b+c=6\) ✓

\(\sqrt{6 + 2\sqrt{2} + 2\sqrt{3} + 2\sqrt{6}} = \sqrt{3}+\sqrt{2}+1\)

13. Tentukan nilai \(\sqrt{2+\sqrt{2+\sqrt{2+\sqrt{2+\cdots}}}}\)

Lihat Pembahasan

Misalkan \(x = \sqrt{2+\sqrt{2+\sqrt{2+\cdots}}}\), maka \(x = \sqrt{2+x}\).

\(x^2 = 2 + x\) → \(x^2 – x – 2 = 0\) → \((x-2)(x+1)=0\).

Karena \(x > 0\), maka \(x = 2\).

Jawaban: \(2\)

14. Sederhanakan \(\sqrt[3]{2 + \sqrt{5}} + \sqrt[3]{2 – \sqrt{5}}\)

Lihat Pembahasan

Misalkan \(s = \sqrt[3]{2+\sqrt{5}} + \sqrt[3]{2-\sqrt{5}}\).

\(s^3 = (2+\sqrt{5}) + (2-\sqrt{5}) + 3\sqrt[3]{(2+\sqrt{5})(2-\sqrt{5})} \cdot s\)

\(s^3 = 4 + 3\sqrt[3]{4-5} \cdot s = 4 + 3\sqrt[3]{-1} \cdot s = 4 – 3s\)

\(s^3 + 3s – 4 = 0\) → \((s-1)(s^2+s+4)=0\).

Karena \(s^2+s+4 > 0\) untuk semua \(s\) real, maka \(s=1\).

Jawaban: \(1\)

15. Sederhanakan \(\sqrt{21 – 4\sqrt{5} + 8\sqrt{3} – 4\sqrt{15}}\)

Lihat Pembahasan

Coba bentuk \((a+b+c)^2\) dengan tanda yang sesuai.

Misal \((\sqrt{a}-\sqrt{b}+\sqrt{c})^2 = a+b+c – 2\sqrt{ab}+2\sqrt{ac}-2\sqrt{bc}\).

Cocokkan: \(a+b+c=21\), \(-2\sqrt{ab}=-4\sqrt{5}\) → \(ab=20\)

\(2\sqrt{ac}=8\sqrt{3}\) → \(ac=48\), \(-2\sqrt{bc}=-4\sqrt{15}\) → \(bc=60\).

Dari \(\frac{ac}{ab}=\frac{c}{b}=\frac{48}{20}=\frac{12}{5}\) → \(c=\frac{12b}{5}\).

Dari \(bc=60\): \(b \cdot \frac{12b}{5}=60\) → \(b^2=25\) → \(b=5\).

Maka \(c=12\), \(a=4\). Cek: \(4+5+12=21\) ✓

\(\sqrt{21-4\sqrt{5}+8\sqrt{3}-4\sqrt{15}} = \sqrt{4}-\sqrt{5}+\sqrt{12} = 2-\sqrt{5}+2\sqrt{3}\)

(Perlu verifikasi tanda agar hasilnya positif: \(2+2\sqrt{3}-\sqrt{5} \approx 2+3.46-2.24 = 3.22 > 0\) ✓)

D. Latihan Soal

Kerjakan soal-soal berikut tanpa melihat pembahasan. Gunakan langkah-langkah yang telah dipelajari.

Soal Mudah (1–5)

1. Sederhanakan \(\sqrt{\sqrt{625}}\)

2. Sederhanakan \(\sqrt[3]{\sqrt{729}}\)

3. Sederhanakan \(\sqrt{4 + 2\sqrt{3}}\)

4. Sederhanakan \(\sqrt{7 + 2\sqrt{10}}\)

5. Sederhanakan \(\sqrt{6 + 2\sqrt{5}}\)

Soal Sedang (6–10)

6. Sederhanakan \(\sqrt{11 – 2\sqrt{30}}\)

7. Sederhanakan \(\sqrt{9 – 4\sqrt{5}}\)

8. Sederhanakan \(\sqrt{7 + \sqrt{48}}\)

9. Hitung \(\sqrt{5+2\sqrt{6}} – \sqrt{5-2\sqrt{6}}\)

10. Sederhanakan \(\sqrt{12 + 2\sqrt{35}}\)

Soal Sulit (11–15)

11. Tentukan nilai \(\sqrt{6+\sqrt{6+\sqrt{6+\cdots}}}\)

12. Sederhanakan \(\sqrt{9 + 2\sqrt{3} + 2\sqrt{5} + 2\sqrt{15}}\)

13. Hitung \(\sqrt{8+2\sqrt{15}} \times \sqrt{8-2\sqrt{15}}\)

14. Sederhanakan \(\sqrt[3]{7+5\sqrt{2}} + \sqrt[3]{7-5\sqrt{2}}\)

15. Sederhanakan \(\sqrt{14 + 6\sqrt{5}} – \sqrt{14 – 6\sqrt{5}}\)

© Materi Bentuk Akar Bertingkat — Selamat Belajar!

By admin

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *

You cannot copy content of this page