Menyelesaikan Pertidaksamaan Kuadrat dengan Grafik Fungsi Kuadrat
1. Pendahuluan
Pertidaksamaan kuadrat adalah pertidaksamaan yang memuat variabel berpangkat dua (kuadrat). Bentuk umumnya adalah:
dengan a β 0, dan a, b, c β β.
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 β 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).
Grafik y = x2 β 4 dengan titik potong sumbu-x di (β2, 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) β€ 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 β 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:
Ubah ke bentuk baku
Pindahkan semua suku ke satu ruas sehingga ruas lainnya = 0. Pastikan koefisien a > 0 (jika tidak, kalikan kedua ruas dengan β1 dan balik tanda pertidaksamaan).
Tentukan akar-akar persamaan kuadrat
Selesaikan ax2 + bx + c = 0 menggunakan pemfaktoran, melengkapkan kuadrat sempurna, atau rumus kuadrat (rumus abc).
Sketsa grafik fungsi kuadrat
Gambar parabola dengan memperhatikan: arah bukaan (ditentukan oleh tanda a) dan titik potong sumbu-x (akar-akar).
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 β€ 0, pilih daerah di mana grafik di bawah sumbu-x.
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 β€ x1 atau x β₯ x2}
- ax2 + bx + c β€ 0 β HP = {x | x1 β€ x β€ x2}
4. Contoh Soal dan Pembahasan
π’ Tingkat Mudah
Contoh 1:
Tentukan himpunan penyelesaian dari x2 β 4 > 0.
Pembahasan:
Langkah 1: Sudah dalam bentuk baku, a = 1 > 0.
Langkah 2: Cari akar: x2 β 4 = 0 β (x β 2)(x + 2) = 0 β x1 = β2, x2 = 2
Langkah 3: Grafik parabola terbuka ke atas (a > 0), memotong sumbu-x di β2 dan 2.
Langkah 4: Karena > 0, pilih daerah grafik di atas sumbu-x, yaitu x < β2 atau x > 2.
HP = {x | x < β2 atau x > 2} = (ββ, β2) βͺ (2, β)
Contoh 2:
Tentukan himpunan penyelesaian dari x2 β 9 < 0.
Pembahasan:
Langkah 1: Bentuk baku, a = 1 > 0.
Langkah 2: x2 β 9 = 0 β (x β 3)(x + 3) = 0 β x1 = β3, 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 | β3 < x < 3} = (β3, 3)
Contoh 3:
Tentukan himpunan penyelesaian dari x2 β 5x + 6 β€ 0.
Pembahasan:
Langkah 1: Bentuk baku, a = 1 > 0.
Langkah 2: x2 β 5x + 6 = 0 β (x β 2)(x β 3) = 0 β x1 = 2, x2 = 3
Langkah 3: Parabola terbuka ke atas.
Langkah 4: Karena β€ 0, pilih daerah grafik di bawah atau menyentuh sumbu-x (termasuk titik potong).
HP = {x | 2 β€ x β€ 3} = [2, 3]
Contoh 4:
Tentukan himpunan penyelesaian dari x2 + 2x β 8 β₯ 0.
Pembahasan:
Langkah 2: x2 + 2x β 8 = 0 β (x + 4)(x β 2) = 0 β x1 = β4, 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 β€ β4 atau x β₯ 2} = (ββ, β4] βͺ [2, β)
Contoh 5:
Tentukan himpunan penyelesaian dari x2 β x β 6 < 0.
Pembahasan:
Langkah 2: x2 β x β 6 = 0 β (x β 3)(x + 2) = 0 β x1 = β2, x2 = 3
Langkah 3: Parabola terbuka ke atas.
Langkah 4: Karena < 0, pilih daerah di bawah sumbu-x.
HP = {x | β2 < x < 3} = (β2, 3)
π‘ Tingkat Sedang
Contoh 6:
Tentukan himpunan penyelesaian dari 2x2 β 5x β 3 > 0.
Pembahasan:
Langkah 1: Bentuk baku, a = 2 > 0.
Langkah 2: 2x2 β 5x β 3 = 0
Faktorkan: (2x + 1)(x β 3) = 0
x1 = βΒ½, x2 = 3
Langkah 3: Parabola terbuka ke atas.
Langkah 4: Karena > 0, pilih daerah di atas sumbu-x.
HP = {x | x < βΒ½ atau x > 3} = (ββ, βΒ½) βͺ (3, β)
Contoh 7:
Tentukan himpunan penyelesaian dari βx2 + 4x β 3 β₯ 0.
Pembahasan:
Langkah 1: a = β1 < 0. Kalikan dengan β1 dan balik tanda:
x2 β 4x + 3 β€ 0
Langkah 2: x2 β 4x + 3 = 0 β (x β 1)(x β 3) = 0 β x1 = 1, x2 = 3
Langkah 3: Sekarang a = 1 > 0, parabola terbuka ke atas.
Langkah 4: Karena β€ 0, pilih daerah di bawah atau menyentuh sumbu-x.
HP = {x | 1 β€ x β€ 3} = [1, 3]
Contoh 8:
Tentukan himpunan penyelesaian dari x2 β 2x β 15 β€ 0.
Pembahasan:
Langkah 2: x2 β 2x β 15 = 0 β (x β 5)(x + 3) = 0 β x1 = β3, x2 = 5
Langkah 3: Parabola terbuka ke atas (a = 1 > 0).
Langkah 4: Karena β€ 0, grafik di bawah/menyentuh sumbu-x.
HP = {x | β3 β€ x β€ 5} = [β3, 5]
Contoh 9:
Tentukan himpunan penyelesaian dari 3x2 + 7x β 6 < 0.
Pembahasan:
Langkah 2: 3x2 + 7x β 6 = 0
Faktorkan: (3x β 2)(x + 3) = 0 β x1 = β3, x2 = β
Langkah 3: Parabola terbuka ke atas (a = 3 > 0).
Langkah 4: Karena < 0, grafik di bawah sumbu-x.
HP = {x | β3 < x < β } = (β3, β )
Contoh 10:
Tentukan himpunan penyelesaian dari x2 + 6x + 9 > 0.
Pembahasan:
Langkah 2: x2 + 6x + 9 = 0 β (x + 3)2 = 0 β x = β3 (akar kembar)
Langkah 3: Parabola terbuka ke atas, menyinggung sumbu-x di x = β3.
Langkah 4: Grafik selalu di atas atau menyentuh sumbu-x. Karena > 0 (tidak termasuk = 0), maka semua x kecuali x = β3.
HP = {x | x β β, x β β3} = (ββ, β3) βͺ (β3, β)
π΄ Tingkat Sulit
Contoh 11:
Tentukan himpunan penyelesaian dari x2 + 2x + 5 > 0.
Pembahasan:
Langkah 2: Hitung diskriminan: D = 4 β 20 = β16 < 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 = β = (ββ, β) β semua bilangan real
Contoh 12:
Tentukan himpunan penyelesaian dari β2x2 + 3x β 5 > 0.
Pembahasan:
Langkah 1: Kalikan β1 dan balik tanda: 2x2 β 3x + 5 < 0
Langkah 2: Hitung diskriminan: D = 9 β 40 = β31 < 0
Langkah 3: Karena D < 0 dan a = 2 > 0, grafik seluruhnya di atas sumbu-x.
Langkah 4: Kita mencari 2x2 β 3x + 5 < 0, tetapi grafik tidak pernah di bawah sumbu-x.
HP = β (himpunan kosong)
Contoh 13:
Tentukan himpunan penyelesaian dari x2 β 3x + 1 < 0.
Pembahasan:
Langkah 2: Gunakan rumus abc: D = 9 β 4 = 5
x = (3 Β± β5) / 2
x1 = (3 β β5)/2 β 0,382
x2 = (3 + β5)/2 β 2,618
Langkah 3: Parabola terbuka ke atas (a = 1 > 0).
Langkah 4: Karena < 0, daerah di bawah sumbu-x.
HP = {x | (3ββ5)/2 < x < (3+β5)/2}
Contoh 14:
Tentukan nilai x yang memenuhi pertidaksamaan (x β 1)(2x + 3) > (x + 2)(x β 4).
Pembahasan:
Langkah 1: Jabarkan kedua ruas:
Ruas kiri: 2x2 + 3x β 2x β 3 = 2x2 + x β 3
Ruas kanan: x2 β 4x + 2x β 8 = x2 β 2x β 8
Pindahkan ke satu ruas:
2x2 + x β 3 β x2 + 2x + 8 > 0
x2 + 3x + 5 > 0
Langkah 2: D = 9 β 20 = β11 < 0
Langkah 3: Karena D < 0 dan a = 1 > 0, grafik selalu di atas sumbu-x.
HP = β = (ββ, β)
Contoh 15:
Tentukan himpunan penyelesaian dari (2x β 1)/(x + 3) β€ x dengan syarat x + 3 > 0.
Pembahasan:
Langkah 1: Karena x + 3 > 0 (yaitu x > β3), kita bisa kalikan kedua ruas tanpa mengubah tanda:
2x β 1 β€ x(x + 3)
2x β 1 β€ x2 + 3x
0 β€ x2 + x + 1
Langkah 2: D = 1 β 4 = β3 < 0
Langkah 3: Karena D < 0 dan a = 1 > 0, x2 + x + 1 selalu positif.
Langkah 4: Pertidaksamaan 0 β€ (selalu positif) selalu benar.
Namun kita memiliki syarat x > β3.
HP = {x | x > β3} = (β3, β)
5. Latihan Soal
Kerjakan soal-soal berikut untuk mengasah pemahamanmu. Tentukan himpunan penyelesaian dari masing-masing pertidaksamaan.
π’ Tingkat Mudah
1. x2 β 16 > 0
2. x2 β 3x + 2 < 0
3. x2 + x β 12 β₯ 0
4. x2 β 7x + 10 β€ 0
5. x2 β 25 < 0
π‘ Tingkat Sedang
6. 2x2 β 7x + 3 > 0
7. βx2 + 5x β 4 β₯ 0
8. 3x2 β 10x + 8 β€ 0
9. x2 β 4x + 4 > 0
10. 4x2 + 4x β 3 < 0
π΄ Tingkat Sulit
11. x2 + 4x + 7 < 0
12. (x + 1)(3x β 2) β₯ (2x β 1)(x + 4)
13. x2 β 5x + 2 β€ 0
14. β3x2 + 2x β 4 β₯ 0
15. 2x2 β x β 1 > x2 + 2x + 3