Strategi Menentukan Sumbu Simetri dan Titik Puncak Fungsi Kuadrat

Matematika SMA/MA/SMK/MAK

Strategi Menentukan Sumbu Simetri dan Titik Puncak Fungsi Kuadrat

Materi

Fungsi kuadrat memiliki bentuk umum:

f(x) = ax² + bx + c

dengan a ≠ 0, dan a, b, c adalah bilangan real

Grafik fungsi kuadrat berbentuk parabola. Setiap parabola memiliki dua unsur penting:

  • Sumbu Simetri — garis vertikal yang membagi parabola menjadi dua bagian simetris.
  • Titik Puncak (Vertex) — titik tertinggi (jika a < 0) atau titik terendah (jika a > 0) pada parabola.

Kegiatan: Mengamati

Amatilah grafik fungsi kuadrat f(x) = x² − 4x + 3 berikut:

x y (2, −1) x = 2 0 1 2 3 4

Perhatikan: Garis merah putus-putus (x = 2) adalah sumbu simetri. Titik merah (2, −1) adalah titik puncak.

A. Sumbu Simetri

Sumbu simetri adalah garis vertikal yang melewati titik puncak parabola. Rumusnya:

x = −b / (2a)

Sumbu simetri berupa persamaan garis x = −b/(2a)

Strategi menentukan sumbu simetri:

  1. Identifikasi nilai a dan b dari fungsi kuadrat f(x) = ax² + bx + c.
  2. Substitusikan ke rumus x = −b/(2a).
  3. Sederhanakan hasilnya.
  4. Tuliskan dalam bentuk persamaan garis vertikal x = …

Kegiatan: Menanya

Setelah mengamati grafik dan rumus di atas, jawablah pertanyaan berikut:

  1. Mengapa sumbu simetri selalu berupa garis vertikal?
  2. Apa hubungan antara sumbu simetri dengan titik puncak?
  3. Bagaimana jika koefisien b = 0? Di mana letak sumbu simetrinya?
  4. Apakah sumbu simetri berubah jika nilai c berubah?

B. Titik Puncak (Vertex)

Titik puncak adalah titik tertinggi atau terendah pada parabola. Koordinatnya adalah:

Titik Puncak = (−b/(2a), −D/(4a))

dengan D = b² − 4ac (diskriminan)

Atau bisa juga ditulis:

xp = −b/(2a)

yp = −(b² − 4ac)/(4a)   atau   yp = f(xp)

Strategi menentukan titik puncak:

  1. Cara 1 (Menggunakan rumus):
    • Hitung xp = −b/(2a)
    • Hitung D = b² − 4ac
    • Hitung yp = −D/(4a)
    • Tuliskan titik puncak (xp, yp)
  2. Cara 2 (Substitusi langsung):
    • Hitung xp = −b/(2a)
    • Substitusi xp ke fungsi: yp = f(xp)
    • Tuliskan titik puncak (xp, yp)
  3. Cara 3 (Melengkapkan kuadrat sempurna):
    • Ubah f(x) = ax² + bx + c menjadi bentuk f(x) = a(x − h)² + k
    • Titik puncak langsung terbaca: (h, k)

Kegiatan: Menalar

Perhatikan tabel berikut dan temukan polanya:

Fungsi Kuadrat a b c Sumbu Simetri Titik Puncak
f(x) = x² − 6x + 5 1 −6 5 x = 3 (3, −4)
f(x) = 2x² + 8x + 6 2 8 6 x = −2 (−2, −2)
f(x) = −x² + 4x − 3 −1 4 −3 x = 2 (2, 1)
f(x) = 3x² − 12x + 7 3 −12 7 x = 2 (2, −5)

Simpulkan: Nilai x pada sumbu simetri selalu sama dengan koordinat x pada titik puncak. Mengapa demikian?

C. Sifat Titik Puncak Berdasarkan Nilai a

Kondisi Parabola Titik Puncak
a > 0 Terbuka ke atas ∪ Titik minimum (terendah)
a < 0 Terbuka ke bawah ∩ Titik maksimum (tertinggi)

Ini berarti:

  • Jika a > 0, maka yp adalah nilai minimum fungsi.
  • Jika a < 0, maka yp adalah nilai maksimum fungsi.

Kegiatan: Mencoba

Cobalah tentukan sumbu simetri dan titik puncak dari fungsi berikut dengan kedua cara (rumus dan substitusi langsung):

  1. f(x) = x² − 2x − 3
  2. f(x) = −2x² + 12x − 10
  3. f(x) = 3x² + 6x + 1

Bandingkan hasil kedua cara. Apakah hasilnya sama? Cara mana yang lebih cepat menurutmu?

D. Strategi Melengkapkan Kuadrat Sempurna

Bentuk vertex dari fungsi kuadrat:

f(x) = a(x − h)² + k

Titik puncak langsung terbaca: (h, k), Sumbu simetri: x = h

Langkah-langkah mengubah ke bentuk vertex:

Contoh: f(x) = 2x² − 8x + 5

Langkah 1: Faktorkan a dari dua suku pertama

   f(x) = 2(x² − 4x) + 5

Langkah 2: Lengkapkan kuadrat sempurna di dalam kurung

   f(x) = 2(x² − 4x + 4 − 4) + 5

Langkah 3: Kelompokkan

   f(x) = 2(x − 2)² − 8 + 5

Langkah 4: Sederhanakan

   f(x) = 2(x − 2)² − 3

Jadi titik puncak = (2, −3) dan sumbu simetri x = 2

Kegiatan: Mengkomunikasikan

Diskusikan dengan temanmu dan jelaskan:

  1. Dengan kata-katamu sendiri, jelaskan apa itu sumbu simetri dan mengapa penting.
  2. Jelaskan perbedaan antara titik puncak sebagai nilai maksimum dan minimum.
  3. Buatlah poster sederhana yang menunjukkan 3 strategi berbeda untuk menemukan titik puncak, lengkap dengan contohnya.
  4. Presentasikan hasil pekerjaanmu di depan kelas.

Ringkasan Rumus

Unsur Rumus
Sumbu Simetri x = −b/(2a)
Koordinat x titik puncak xp = −b/(2a)
Koordinat y titik puncak yp = −D/(4a) = −(b²−4ac)/(4a)
Koordinat y (cara substitusi) yp = f(xp)
Bentuk vertex f(x) = a(x−h)² + k, puncak = (h, k)

Contoh Soal dan Pembahasan

Tingkat Mudah

Contoh 1

Tentukan sumbu simetri dan titik puncak dari f(x) = x² − 6x + 8

Diketahui: a = 1, b = −6, c = 8

Sumbu simetri:

x = −b/(2a) = −(−6)/(2·1) = 6/2 = 3

Jadi sumbu simetri: x = 3

Titik puncak:

xp = 3

yp = f(3) = (3)² − 6(3) + 8 = 9 − 18 + 8 = −1

Titik puncak = (3, −1)

Contoh 2

Tentukan sumbu simetri dan titik puncak dari f(x) = x² + 4x + 3

Diketahui: a = 1, b = 4, c = 3

Sumbu simetri:

x = −4/(2·1) = −4/2 = −2

Sumbu simetri: x = −2

Titik puncak:

yp = f(−2) = (−2)² + 4(−2) + 3 = 4 − 8 + 3 = −1

Titik puncak = (−2, −1)

Contoh 3

Tentukan sumbu simetri dan titik puncak dari f(x) = x² − 2x

Diketahui: a = 1, b = −2, c = 0

Sumbu simetri:

x = −(−2)/(2·1) = 2/2 = 1

Sumbu simetri: x = 1

Titik puncak:

yp = f(1) = (1)² − 2(1) = 1 − 2 = −1

Titik puncak = (1, −1)

Contoh 4

Tentukan sumbu simetri dan titik puncak dari f(x) = 2x² − 4x + 1

Diketahui: a = 2, b = −4, c = 1

Sumbu simetri:

x = −(−4)/(2·2) = 4/4 = 1

Sumbu simetri: x = 1

Titik puncak:

yp = f(1) = 2(1)² − 4(1) + 1 = 2 − 4 + 1 = −1

Titik puncak = (1, −1)

Contoh 5

Tentukan sumbu simetri dan titik puncak dari f(x) = −x² + 2x + 3

Diketahui: a = −1, b = 2, c = 3

Sumbu simetri:

x = −2/(2·(−1)) = −2/(−2) = 1

Sumbu simetri: x = 1

Titik puncak:

yp = f(1) = −(1)² + 2(1) + 3 = −1 + 2 + 3 = 4

Titik puncak = (1, 4) → titik maksimum karena a < 0

Tingkat Sedang

Contoh 6

Tentukan titik puncak dari f(x) = 3x² + 12x + 7 menggunakan rumus diskriminan.

Diketahui: a = 3, b = 12, c = 7

Langkah 1: Hitung xp

xp = −12/(2·3) = −12/6 = −2

Langkah 2: Hitung diskriminan

D = b² − 4ac = (12)² − 4(3)(7) = 144 − 84 = 60

Langkah 3: Hitung yp

yp = −D/(4a) = −60/(4·3) = −60/12 = −5

Titik puncak = (−2, −5)

Contoh 7

Ubah f(x) = x² − 8x + 12 ke bentuk vertex dan tentukan titik puncaknya.

Melengkapkan kuadrat:

f(x) = x² − 8x + 12

= (x² − 8x + 16) − 16 + 12

= (x − 4)² − 4

Bentuk vertex: f(x) = (x − 4)² − 4

Maka h = 4, k = −4

Titik puncak = (4, −4), Sumbu simetri: x = 4

Contoh 8

Diketahui fungsi kuadrat f(x) = −2x² + 12x − 16. Tentukan nilai maksimum fungsi tersebut.

Diketahui: a = −2, b = 12, c = −16

Karena a = −2 < 0, parabola terbuka ke bawah → titik puncak adalah nilai maksimum.

xp = −12/(2·(−2)) = −12/(−4) = 3

yp = f(3) = −2(9) + 12(3) − 16 = −18 + 36 − 16 = 2

Nilai maksimum fungsi = 2, dicapai saat x = 3

Contoh 9

Ubah f(x) = 2x² + 4x − 6 ke bentuk vertex.

Langkah 1: Faktorkan a dari dua suku pertama

f(x) = 2(x² + 2x) − 6

Langkah 2: Lengkapkan kuadrat sempurna

= 2(x² + 2x + 1 − 1) − 6

= 2(x + 1)² − 2 − 6

= 2(x + 1)² − 8

Maka h = −1, k = −8

Titik puncak = (−1, −8), Sumbu simetri: x = −1

Contoh 10

Fungsi kuadrat f(x) = ax² − 6x + c memiliki sumbu simetri x = 1. Tentukan nilai a.

Diketahui: b = −6, sumbu simetri x = 1

Gunakan rumus sumbu simetri:

x = −b/(2a)

1 = −(−6)/(2a)

1 = 6/(2a)

2a = 6

a = 3

Nilai a = 3

Tingkat Sulit

Contoh 11

Fungsi kuadrat f(x) = (2m−1)x² + 4mx + (m+3) memiliki titik puncak yang terletak pada sumbu-y. Tentukan nilai m.

Titik puncak terletak pada sumbu-y berarti xp = 0

xp = −b/(2a) = 0

Dengan a = 2m−1, b = 4m:

−4m / (2(2m−1)) = 0

Agar pecahan = 0, pembilang harus = 0:

−4m = 0

m = 0

Verifikasi: Jika m = 0, maka a = 2(0)−1 = −1 ≠ 0 ✓

Nilai m = 0

Contoh 12

Tentukan persamaan fungsi kuadrat yang memiliki titik puncak (2, −3) dan melalui titik (0, 5).

Gunakan bentuk vertex:

f(x) = a(x − h)² + k = a(x − 2)² + (−3) = a(x − 2)² − 3

Substitusi titik (0, 5):

5 = a(0 − 2)² − 3

5 = 4a − 3

4a = 8

a = 2

f(x) = 2(x − 2)² − 3 = 2x² − 8x + 5

Contoh 13

Diketahui f(x) = x² − (2p+1)x + p² + p. Jika titik puncak fungsi tersebut terletak pada garis y = x − 3, tentukan nilai p.

Diketahui: a=1, b=−(2p+1), c=p²+p

Hitung xp:

xp = −(−(2p+1))/(2·1) = (2p+1)/2

Hitung yp:

D = (2p+1)² − 4(1)(p²+p) = 4p²+4p+1 − 4p²−4p = 1

yp = −D/(4a) = −1/4

Titik puncak pada y = x − 3:

−1/4 = (2p+1)/2 − 3

−1/4 = (2p+1−6)/2

−1/4 = (2p−5)/2

−1/2 = 2p−5 (kalikan kedua ruas dengan 2)

2p = 5 − 1/2 = 9/2

p = 9/4

Nilai p = 9/4

Contoh 14

Fungsi f(x) = −x² + 2kx − k² + 4k − 5. Tentukan nilai k agar nilai maksimum fungsi sama dengan 2.

Diketahui: a=−1, b=2k, c=−k²+4k−5

Karena a < 0, nilai maksimum = yp

xp = −2k/(2(−1)) = k

yp = f(k) = −k² + 2k·k − k² + 4k − 5

= −k² + 2k² − k² + 4k − 5

= 4k − 5

Syarat: yp = 2

4k − 5 = 2

4k = 7

k = 7/4

Nilai k = 7/4

Contoh 15

Tentukan titik puncak dari f(x) = (x−1)(x−5) + 2(x−1) + 3 tanpa mengubah ke bentuk umum terlebih dahulu.

Strategi: Kita tetap perlu mengidentifikasi a, b, c. Uraikan:

f(x) = (x−1)(x−5) + 2(x−1) + 3

= x²−6x+5 + 2x−2 + 3

= x² − 4x + 6

Jadi a=1, b=−4, c=6

xp = −(−4)/(2·1) = 2

yp = f(2) = 4 − 8 + 6 = 2

Cara alternatif (melengkapkan kuadrat):

f(x) = x²−4x+6 = (x²−4x+4)+2 = (x−2)²+2

Titik puncak = (2, 2)

Latihan Soal

Kerjakan soal-soal berikut secara mandiri!

Tingkat Mudah

  1. Tentukan sumbu simetri dan titik puncak dari f(x) = x² − 4x + 3
  2. Tentukan sumbu simetri dan titik puncak dari f(x) = x² + 6x + 5
  3. Tentukan sumbu simetri dan titik puncak dari f(x) = x² − 10x + 21
  4. Tentukan sumbu simetri dan titik puncak dari f(x) = 2x² − 8x + 3
  5. Tentukan sumbu simetri dan titik puncak dari f(x) = −x² + 6x − 5

Tingkat Sedang

  1. Ubah f(x) = 3x² − 18x + 25 ke bentuk vertex dan tentukan titik puncaknya.
  2. Tentukan nilai minimum dari fungsi f(x) = 4x² + 16x + 11
  3. Fungsi f(x) = ax² + 6x + 2 memiliki sumbu simetri x = −1. Tentukan nilai a dan titik puncaknya.
  4. Tentukan persamaan sumbu simetri dari f(x) = −3x² + 9x − 4 dan nyatakan apakah titik puncaknya merupakan nilai maksimum atau minimum.
  5. Diketahui f(x) = 2(x − 3)² + 5. Tentukan bentuk umum, sumbu simetri, dan titik puncaknya.

Tingkat Sulit

  1. Fungsi f(x) = x² − 2px + p² − 2p + 5 memiliki nilai minimum 2. Tentukan nilai p.
  2. Tentukan persamaan fungsi kuadrat yang memiliki titik puncak (−1, 4) dan melalui titik (1, 0).
  3. Diketahui f(x) = mx² − (2m+4)x + m + 7. Titik puncak fungsi terletak pada sumbu-x. Tentukan nilai m.
  4. Fungsi f(x) = −2x² + (4k−2)x − 2k² + 3k + 1 memiliki nilai maksimum 4. Tentukan nilai k.
  5. Dua fungsi kuadrat f(x) = x² − 4x + 5 dan g(x) = −x² + 6x − 7. Tentukan titik puncak masing-masing dan hitung jarak antara kedua titik puncak tersebut.

Materi Matematika – Epres.web.id & Ngelumath.com

By admin

Tinggalkan Balasan

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

You cannot copy content of this page