Menyelesaikan Pertidaksamaan Kuadrat dengan Grafik Fungsi Kuadrat

Menyelesaikan Pertidaksamaan Kuadrat dengan Grafik Fungsi Kuadrat

1. Pendahuluan

Pertidaksamaan kuadrat adalah pertidaksamaan yang memuat variabel berpangkat dua (kuadrat). Bentuk umumnya adalah:

ax2 + bx + c > 0,    ax2 + bx + c < 0,    ax2 + bx + c β‰₯ 0,    ax2 + bx + c ≀ 0

dengan a β‰  0, dan a, b, c ∈ ℝ.

Salah satu metode yang efektif untuk menyelesaikan pertidaksamaan kuadrat adalah menggunakan grafik fungsi kuadrat (parabola). Dengan melihat posisi grafik terhadap sumbu-x, kita dapat menentukan himpunan penyelesaian pertidaksamaan kuadrat.

Kegiatan: Mengamati

Perhatikan grafik fungsi kuadrat y = x2 βˆ’ 4 berikut ini. Amati kapan grafik berada di atas sumbu-x (nilai y > 0) dan kapan grafik berada di bawah sumbu-x (nilai y < 0).

x y βˆ’2 2 (0, βˆ’4) y > 0 y > 0 y < 0

Grafik y = x2 βˆ’ 4 dengan titik potong sumbu-x di (βˆ’2, 0) dan (2, 0)

Kegiatan: Menanya

  • Untuk nilai x berapa saja grafik berada di atas sumbu-x?
  • Untuk nilai x berapa saja grafik berada di bawah sumbu-x?
  • Bagaimana hubungan antara posisi grafik dengan penyelesaian pertidaksamaan kuadrat?

2. Konsep Pertidaksamaan Kuadrat dan Grafik

Hubungan antara pertidaksamaan kuadrat dan grafik fungsi kuadrat adalah sebagai berikut:

Pertidaksamaan Arti pada Grafik Daerah yang dicari
f(x) > 0 Grafik di atas sumbu-x Nilai x saat kurva di atas
f(x) < 0 Grafik di bawah sumbu-x Nilai x saat kurva di bawah
f(x) β‰₯ 0 Grafik di atas atau menyentuh sumbu-x Termasuk titik potong
f(x) ≀ 0 Grafik di bawah atau menyentuh sumbu-x Termasuk titik potong

Kegiatan: Menalar

Perhatikan prinsip berikut:

  • Jika a > 0 (parabola terbuka ke atas), grafik berada di atas sumbu-x untuk x < x1 atau x > x2, dan di bawah sumbu-x untuk x1 < x < x2.
  • Jika a < 0 (parabola terbuka ke bawah), grafik berada di atas sumbu-x untuk x1 < x < x2, dan di bawah sumbu-x untuk x < x1 atau x > x2.
  • Di sini x1 dan x2 adalah akar-akar persamaan ax2 + bx + c = 0 dengan x1 < x2.

Kasus Berdasarkan Diskriminan

Nilai diskriminan D = b2 βˆ’ 4ac menentukan jenis akar:

Diskriminan Jenis Akar Grafik terhadap sumbu-x
D > 0 Dua akar real berbeda Memotong di 2 titik
D = 0 Dua akar real sama (kembar) Menyinggung di 1 titik
D < 0 Tidak ada akar real Tidak memotong sumbu-x

3. Langkah-Langkah Penyelesaian dengan Grafik

Kegiatan: Mencoba

Ikuti langkah-langkah berikut untuk menyelesaikan pertidaksamaan kuadrat menggunakan grafik:

1

Ubah ke bentuk baku

Pindahkan semua suku ke satu ruas sehingga ruas lainnya = 0. Pastikan koefisien a > 0 (jika tidak, kalikan kedua ruas dengan βˆ’1 dan balik tanda pertidaksamaan).

2

Tentukan akar-akar persamaan kuadrat

Selesaikan ax2 + bx + c = 0 menggunakan pemfaktoran, melengkapkan kuadrat sempurna, atau rumus kuadrat (rumus abc).

3

Sketsa grafik fungsi kuadrat

Gambar parabola dengan memperhatikan: arah bukaan (ditentukan oleh tanda a) dan titik potong sumbu-x (akar-akar).

4

Tentukan daerah penyelesaian dari grafik

Perhatikan tanda pertidaksamaan: jika > 0 atau β‰₯ 0, pilih daerah di mana grafik di atas sumbu-x. Jika < 0 atau ≀ 0, pilih daerah di mana grafik di bawah sumbu-x.

5

Tuliskan himpunan penyelesaian

Nyatakan jawaban dalam notasi himpunan atau notasi interval.

Kegiatan: Mengkomunikasikan

Perhatikan ringkasan penting berikut:

Untuk a > 0 dengan akar x1 < x2:

  • ax2 + bx + c > 0 β†’ HP = {x | x < x1 atau x > x2}
  • ax2 + bx + c < 0 β†’ HP = {x | x1 < x < x2}
  • ax2 + bx + c β‰₯ 0 β†’ HP = {x | x ≀ x1 atau x β‰₯ x2}
  • ax2 + bx + c ≀ 0 β†’ HP = {x | x1 ≀ x ≀ x2}

4. Contoh Soal dan Pembahasan

🟒 Tingkat Mudah

Mudah

Contoh 1:

Tentukan himpunan penyelesaian dari x2 βˆ’ 4 > 0.

Pembahasan:

Langkah 1: Sudah dalam bentuk baku, a = 1 > 0.

Langkah 2: Cari akar: x2 βˆ’ 4 = 0 β†’ (x βˆ’ 2)(x + 2) = 0 β†’ x1 = βˆ’2, x2 = 2

Langkah 3: Grafik parabola terbuka ke atas (a > 0), memotong sumbu-x di βˆ’2 dan 2.

Langkah 4: Karena > 0, pilih daerah grafik di atas sumbu-x, yaitu x < βˆ’2 atau x > 2.

HP = {x | x < βˆ’2 atau x > 2} = (βˆ’βˆž, βˆ’2) βˆͺ (2, ∞)

Mudah

Contoh 2:

Tentukan himpunan penyelesaian dari x2 βˆ’ 9 < 0.

Pembahasan:

Langkah 1: Bentuk baku, a = 1 > 0.

Langkah 2: x2 βˆ’ 9 = 0 β†’ (x βˆ’ 3)(x + 3) = 0 β†’ x1 = βˆ’3, x2 = 3

Langkah 3: Parabola terbuka ke atas.

Langkah 4: Karena < 0, pilih daerah grafik di bawah sumbu-x, yaitu antara kedua akar.

HP = {x | βˆ’3 < x < 3} = (βˆ’3, 3)

Mudah

Contoh 3:

Tentukan himpunan penyelesaian dari x2 βˆ’ 5x + 6 ≀ 0.

Pembahasan:

Langkah 1: Bentuk baku, a = 1 > 0.

Langkah 2: x2 βˆ’ 5x + 6 = 0 β†’ (x βˆ’ 2)(x βˆ’ 3) = 0 β†’ x1 = 2, x2 = 3

Langkah 3: Parabola terbuka ke atas.

Langkah 4: Karena ≀ 0, pilih daerah grafik di bawah atau menyentuh sumbu-x (termasuk titik potong).

HP = {x | 2 ≀ x ≀ 3} = [2, 3]

Mudah

Contoh 4:

Tentukan himpunan penyelesaian dari x2 + 2x βˆ’ 8 β‰₯ 0.

Pembahasan:

Langkah 2: x2 + 2x βˆ’ 8 = 0 β†’ (x + 4)(x βˆ’ 2) = 0 β†’ x1 = βˆ’4, x2 = 2

Langkah 3: Parabola terbuka ke atas (a = 1 > 0).

Langkah 4: Karena β‰₯ 0, pilih daerah grafik di atas atau menyentuh sumbu-x.

HP = {x | x ≀ βˆ’4 atau x β‰₯ 2} = (βˆ’βˆž, βˆ’4] βˆͺ [2, ∞)

Mudah

Contoh 5:

Tentukan himpunan penyelesaian dari x2 βˆ’ x βˆ’ 6 < 0.

Pembahasan:

Langkah 2: x2 βˆ’ x βˆ’ 6 = 0 β†’ (x βˆ’ 3)(x + 2) = 0 β†’ x1 = βˆ’2, x2 = 3

Langkah 3: Parabola terbuka ke atas.

Langkah 4: Karena < 0, pilih daerah di bawah sumbu-x.

HP = {x | βˆ’2 < x < 3} = (βˆ’2, 3)

🟑 Tingkat Sedang

Sedang

Contoh 6:

Tentukan himpunan penyelesaian dari 2x2 βˆ’ 5x βˆ’ 3 > 0.

Pembahasan:

Langkah 1: Bentuk baku, a = 2 > 0.

Langkah 2: 2x2 βˆ’ 5x βˆ’ 3 = 0

Faktorkan: (2x + 1)(x βˆ’ 3) = 0

x1 = βˆ’Β½, x2 = 3

Langkah 3: Parabola terbuka ke atas.

Langkah 4: Karena > 0, pilih daerah di atas sumbu-x.

HP = {x | x < βˆ’Β½ atau x > 3} = (βˆ’βˆž, βˆ’Β½) βˆͺ (3, ∞)

Sedang

Contoh 7:

Tentukan himpunan penyelesaian dari βˆ’x2 + 4x βˆ’ 3 β‰₯ 0.

Pembahasan:

Langkah 1: a = βˆ’1 < 0. Kalikan dengan βˆ’1 dan balik tanda:

x2 βˆ’ 4x + 3 ≀ 0

Langkah 2: x2 βˆ’ 4x + 3 = 0 β†’ (x βˆ’ 1)(x βˆ’ 3) = 0 β†’ x1 = 1, x2 = 3

Langkah 3: Sekarang a = 1 > 0, parabola terbuka ke atas.

Langkah 4: Karena ≀ 0, pilih daerah di bawah atau menyentuh sumbu-x.

HP = {x | 1 ≀ x ≀ 3} = [1, 3]

Sedang

Contoh 8:

Tentukan himpunan penyelesaian dari x2 βˆ’ 2x βˆ’ 15 ≀ 0.

Pembahasan:

Langkah 2: x2 βˆ’ 2x βˆ’ 15 = 0 β†’ (x βˆ’ 5)(x + 3) = 0 β†’ x1 = βˆ’3, x2 = 5

Langkah 3: Parabola terbuka ke atas (a = 1 > 0).

Langkah 4: Karena ≀ 0, grafik di bawah/menyentuh sumbu-x.

HP = {x | βˆ’3 ≀ x ≀ 5} = [βˆ’3, 5]

Sedang

Contoh 9:

Tentukan himpunan penyelesaian dari 3x2 + 7x βˆ’ 6 < 0.

Pembahasan:

Langkah 2: 3x2 + 7x βˆ’ 6 = 0

Faktorkan: (3x βˆ’ 2)(x + 3) = 0 β†’ x1 = βˆ’3, x2 = β…”

Langkah 3: Parabola terbuka ke atas (a = 3 > 0).

Langkah 4: Karena < 0, grafik di bawah sumbu-x.

HP = {x | βˆ’3 < x < β…”} = (βˆ’3, β…”)

Sedang

Contoh 10:

Tentukan himpunan penyelesaian dari x2 + 6x + 9 > 0.

Pembahasan:

Langkah 2: x2 + 6x + 9 = 0 β†’ (x + 3)2 = 0 β†’ x = βˆ’3 (akar kembar)

Langkah 3: Parabola terbuka ke atas, menyinggung sumbu-x di x = βˆ’3.

Langkah 4: Grafik selalu di atas atau menyentuh sumbu-x. Karena > 0 (tidak termasuk = 0), maka semua x kecuali x = βˆ’3.

HP = {x | x ∈ ℝ, x β‰  βˆ’3} = (βˆ’βˆž, βˆ’3) βˆͺ (βˆ’3, ∞)

πŸ”΄ Tingkat Sulit

Sulit

Contoh 11:

Tentukan himpunan penyelesaian dari x2 + 2x + 5 > 0.

Pembahasan:

Langkah 2: Hitung diskriminan: D = 4 βˆ’ 20 = βˆ’16 < 0

Langkah 3: Karena D < 0 dan a = 1 > 0, grafik parabola seluruhnya berada di atas sumbu-x (tidak pernah memotong).

Langkah 4: Grafik selalu positif untuk semua x real.

HP = ℝ = (βˆ’βˆž, ∞) β€” semua bilangan real

Sulit

Contoh 12:

Tentukan himpunan penyelesaian dari βˆ’2x2 + 3x βˆ’ 5 > 0.

Pembahasan:

Langkah 1: Kalikan βˆ’1 dan balik tanda: 2x2 βˆ’ 3x + 5 < 0

Langkah 2: Hitung diskriminan: D = 9 βˆ’ 40 = βˆ’31 < 0

Langkah 3: Karena D < 0 dan a = 2 > 0, grafik seluruhnya di atas sumbu-x.

Langkah 4: Kita mencari 2x2 βˆ’ 3x + 5 < 0, tetapi grafik tidak pernah di bawah sumbu-x.

HP = βˆ… (himpunan kosong)

Sulit

Contoh 13:

Tentukan himpunan penyelesaian dari x2 βˆ’ 3x + 1 < 0.

Pembahasan:

Langkah 2: Gunakan rumus abc: D = 9 βˆ’ 4 = 5

x = (3 ± √5) / 2

x1 = (3 βˆ’ √5)/2 β‰ˆ 0,382

x2 = (3 + √5)/2 β‰ˆ 2,618

Langkah 3: Parabola terbuka ke atas (a = 1 > 0).

Langkah 4: Karena < 0, daerah di bawah sumbu-x.

HP = {x | (3βˆ’βˆš5)/2 < x < (3+√5)/2}

Sulit

Contoh 14:

Tentukan nilai x yang memenuhi pertidaksamaan (x βˆ’ 1)(2x + 3) > (x + 2)(x βˆ’ 4).

Pembahasan:

Langkah 1: Jabarkan kedua ruas:

Ruas kiri: 2x2 + 3x βˆ’ 2x βˆ’ 3 = 2x2 + x βˆ’ 3

Ruas kanan: x2 βˆ’ 4x + 2x βˆ’ 8 = x2 βˆ’ 2x βˆ’ 8

Pindahkan ke satu ruas:

2x2 + x βˆ’ 3 βˆ’ x2 + 2x + 8 > 0

x2 + 3x + 5 > 0

Langkah 2: D = 9 βˆ’ 20 = βˆ’11 < 0

Langkah 3: Karena D < 0 dan a = 1 > 0, grafik selalu di atas sumbu-x.

HP = ℝ = (βˆ’βˆž, ∞)

Sulit

Contoh 15:

Tentukan himpunan penyelesaian dari (2x βˆ’ 1)/(x + 3) ≀ x dengan syarat x + 3 > 0.

Pembahasan:

Langkah 1: Karena x + 3 > 0 (yaitu x > βˆ’3), kita bisa kalikan kedua ruas tanpa mengubah tanda:

2x βˆ’ 1 ≀ x(x + 3)

2x βˆ’ 1 ≀ x2 + 3x

0 ≀ x2 + x + 1

Langkah 2: D = 1 βˆ’ 4 = βˆ’3 < 0

Langkah 3: Karena D < 0 dan a = 1 > 0, x2 + x + 1 selalu positif.

Langkah 4: Pertidaksamaan 0 ≀ (selalu positif) selalu benar.

Namun kita memiliki syarat x > βˆ’3.

HP = {x | x > βˆ’3} = (βˆ’3, ∞)

5. Latihan Soal

Kerjakan soal-soal berikut untuk mengasah pemahamanmu. Tentukan himpunan penyelesaian dari masing-masing pertidaksamaan.

🟒 Tingkat Mudah

Mudah

1. x2 βˆ’ 16 > 0

Mudah

2. x2 βˆ’ 3x + 2 < 0

Mudah

3. x2 + x βˆ’ 12 β‰₯ 0

Mudah

4. x2 βˆ’ 7x + 10 ≀ 0

Mudah

5. x2 βˆ’ 25 < 0

🟑 Tingkat Sedang

Sedang

6. 2x2 βˆ’ 7x + 3 > 0

Sedang

7. βˆ’x2 + 5x βˆ’ 4 β‰₯ 0

Sedang

8. 3x2 βˆ’ 10x + 8 ≀ 0

Sedang

9. x2 βˆ’ 4x + 4 > 0

Sedang

10. 4x2 + 4x βˆ’ 3 < 0

πŸ”΄ Tingkat Sulit

Sulit

11. x2 + 4x + 7 < 0

Sulit

12. (x + 1)(3x βˆ’ 2) β‰₯ (2x βˆ’ 1)(x + 4)

Sulit

13. x2 βˆ’ 5x + 2 ≀ 0

Sulit

14. βˆ’3x2 + 2x βˆ’ 4 β‰₯ 0

Sulit

15. 2x2 βˆ’ x βˆ’ 1 > x2 + 2x + 3

Materi Matematika β€” Pertidaksamaan Kuadrat dengan Grafik Fungsi Kuadrat

By admin

Tinggalkan Balasan

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

You cannot copy content of this page