Matematika SMA/MA/SMK/MAK
Sistem Persamaan dengan Dua Variabel,
Kedua-Duanya Kuadrat dan Dapat Difaktorkan
A. Pengertian dan Konsep Dasar
Sistem persamaan dengan dua variabel yang kedua-duanya kuadrat dan dapat difaktorkan adalah sistem yang terdiri dari dua persamaan, di mana kedua persamaan memuat variabel berpangkat dua (kuadrat) dan masing-masing dapat difaktorkan menjadi perkalian dua faktor linear.
Persamaan 1: ax2 + bxy + cy2 + dx + ey + f = 0
Persamaan 2: px2 + qxy + ry2 + sx + ty + u = 0
dengan syarat kedua persamaan dapat difaktorkan menjadi perkalian dua faktor linear.
Jika suatu persamaan kuadrat dalam dua variabel dapat difaktorkan, maka persamaan tersebut dapat ditulis sebagai:
Artinya, persamaan kuadrat tersebut merepresentasikan dua garis lurus yang berpotongan. Solusi sistem adalah titik-titik potong antara garis-garis dari persamaan pertama dengan garis-garis dari persamaan kedua.
π Kegiatan: Mengamati
Amatilah sistem persamaan berikut:
x2 β 4x + 3 = 0 …(2) (anggap y bebas, tapi lihat hubungannya)
Perhatikan bahwa:
- Persamaan (1): x2 β y2 = 0 dapat difaktorkan menjadi (x β y)(x + y) = 0
- Ini berarti x = y atau x = βy
- Kedua persamaan memuat variabel kuadrat dan dapat difaktorkan
B. Langkah-Langkah Penyelesaian
Metode penyelesaian sistem persamaan kuadrat yang keduanya dapat difaktorkan:
Langkah 1: Faktorkan masing-masing persamaan menjadi perkalian dua faktor linear.
Langkah 2: Dari faktorisasi, dapatkan kemungkinan-kemungkinan persamaan linear.
Langkah 3: Selesaikan setiap kombinasi pasangan persamaan linear (dari persamaan 1 dan persamaan 2).
Langkah 4: Kumpulkan semua pasangan solusi (x, y) yang memenuhi.
β Kegiatan: Menanya
Setelah mengamati, timbul pertanyaan-pertanyaan:
- Mengapa persamaan kuadrat yang dapat difaktorkan merepresentasikan dua garis lurus?
- Berapa banyak solusi maksimum yang mungkin dari sistem dua persamaan kuadrat yang dapat difaktorkan?
- Bagaimana cara menentukan apakah suatu persamaan kuadrat dua variabel dapat difaktorkan?
- Apakah selalu ada solusi real?
Jawaban: Karena masing-masing persamaan kuadrat difaktorkan menjadi 2 faktor linear (2 garis), maka terdapat 2 Γ 2 = 4 kombinasi pasangan garis. Setiap pasangan garis bisa menghasilkan 0 atau 1 titik potong, sehingga solusi maksimum adalah 4 titik.
C. Konsep Faktorisasi Persamaan Kuadrat Dua Variabel
Beberapa bentuk persamaan kuadrat dua variabel yang umum dapat difaktorkan:
| Bentuk | Faktorisasi | Garis-garis |
|---|---|---|
| x2 β y2 = 0 | (xβy)(x+y) = 0 | x=y atau x=βy |
| x2 β 5x + 6 = 0 | (xβ2)(xβ3) = 0 | x=2 atau x=3 |
| xy β 2x β 3y + 6 = 0 | (xβ3)(yβ2) = 0 | x=3 atau y=2 |
| x2 + 3xy + 2y2 = 0 | (x+y)(x+2y) = 0 | x=βy atau x=β2y |
| x2 β xy β 2y2 = 0 | (xβ2y)(x+y) = 0 | x=2y atau x=βy |
π‘ Kegiatan: Menalar
Dari tabel di atas, kita dapat menyimpulkan bahwa:
- Setiap persamaan kuadrat yang dapat difaktorkan menghasilkan dua persamaan linear (dua garis).
- Jika sistem terdiri dari dua persamaan kuadrat yang masing-masing dapat difaktorkan, maka kita mendapat 2 garis dari persamaan pertama dan 2 garis dari persamaan kedua.
- Solusi sistem diperoleh dari titik potong antara garis-garis dari persamaan pertama dengan garis-garis dari persamaan kedua.
- Jumlah kombinasi: 2 Γ 2 = 4 pasangan, sehingga paling banyak 4 solusi.
D. Ilustrasi Geometris
Secara geometris, sistem persamaan kuadrat yang dapat difaktorkan merepresentasikan perpotongan pasangan garis:
βοΈ Kegiatan: Mencoba
Cobalah faktorkan dan selesaikan sistem berikut:
x2 β 5x + 6 = 0 …(2)
Petunjuk:
- Faktorkan persamaan (1): (xβy)(x+y) = 0 β x=y atau x=βy
- Faktorkan persamaan (2): (xβ2)(xβ3) = 0 β x=2 atau x=3
- Kombinasikan: Jika x=y dan x=2, maka (2,2). Jika x=y dan x=3, maka (3,3). dst.
- Solusi: {(2,2), (3,3), (2,β2), (3,β3)}
π’ Kegiatan: Mengkomunikasikan
Tuliskan penyelesaian lengkap dengan langkah-langkah berikut:
- Tuliskan kedua persamaan yang diberikan.
- Faktorkan masing-masing persamaan dan nyatakan garis-garis yang dihasilkan.
- Buat tabel kombinasi pasangan garis.
- Selesaikan setiap kombinasi dan tuliskan solusinya.
- Verifikasi setiap solusi ke persamaan awal.
- Sajikan himpunan penyelesaian dengan jelas.
E. Contoh Soal dan Pembahasan
π Contoh Soal Mudah
Mudah Contoh 1
Selesaikan sistem persamaan:
x2 β 4 = 0 …(2)
Lihat Pembahasan
Langkah 1: Faktorkan persamaan (1)
x2 β y2 = 0
(x β y)(x + y) = 0
β x = y atau x = βy
Langkah 2: Faktorkan persamaan (2)
x2 β 4 = 0
(x β 2)(x + 2) = 0
β x = 2 atau x = β2
Langkah 3: Kombinasikan
- x=y dan x=2 β (2, 2)
- x=y dan x=β2 β (β2, β2)
- x=βy dan x=2 β (2, β2)
- x=βy dan x=β2 β (β2, 2)
HP = {(2, 2), (β2, β2), (2, β2), (β2, 2)}
Mudah Contoh 2
Selesaikan sistem persamaan:
y2 β 1 = 0 …(2)
Lihat Pembahasan
Langkah 1: (xβ3)(x+3) = 0 β x=3 atau x=β3
Langkah 2: (yβ1)(y+1) = 0 β y=1 atau y=β1
Langkah 3: Kombinasikan semua kemungkinan
- (3, 1), (3, β1), (β3, 1), (β3, β1)
HP = {(3, 1), (3, β1), (β3, 1), (β3, β1)}
Mudah Contoh 3
Selesaikan sistem persamaan:
y2 β 3y + 2 = 0 …(2)
Lihat Pembahasan
Langkah 1: (xβ2)(xβ3) = 0 β x=2 atau x=3
Langkah 2: (yβ1)(yβ2) = 0 β y=1 atau y=2
Langkah 3: Kombinasikan:
- (2, 1), (2, 2), (3, 1), (3, 2)
HP = {(2, 1), (2, 2), (3, 1), (3, 2)}
Mudah Contoh 4
Selesaikan sistem persamaan:
x2 β 6x + 8 = 0 …(2)
Lihat Pembahasan
Langkah 1: (xβy)(x+y) = 0 β x=y atau x=βy
Langkah 2: (xβ2)(xβ4) = 0 β x=2 atau x=4
Langkah 3:
- x=y, x=2 β (2, 2)
- x=y, x=4 β (4, 4)
- x=βy, x=2 β (2, β2)
- x=βy, x=4 β (4, β4)
HP = {(2, 2), (4, 4), (2, β2), (4, β4)}
Mudah Contoh 5
Selesaikan sistem persamaan:
y2 β 4 = 0 …(2)
Lihat Pembahasan
Langkah 1: (xβ1)(xβ3) = 0 β x=1 atau x=3
Langkah 2: (yβ2)(y+2) = 0 β y=2 atau y=β2
Langkah 3:
- (1, 2), (1, β2), (3, 2), (3, β2)
HP = {(1, 2), (1, β2), (3, 2), (3, β2)}
π Contoh Soal Sedang
Sedang Contoh 6
Selesaikan sistem persamaan:
x2 β 4 = 0 …(2)
Lihat Pembahasan
Langkah 1: Faktorkan persamaan (1)
x2 + 3xy + 2y2 = 0
Cari dua bilangan yang hasil kali = 2 dan jumlah = 3 β yaitu 1 dan 2
(x + y)(x + 2y) = 0
β x = βy atau x = β2y
Langkah 2: Faktorkan persamaan (2)
(xβ2)(x+2) = 0 β x=2 atau x=β2
Langkah 3: Kombinasikan
- x=βy, x=2 β y=β2 β (2, β2)
- x=βy, x=β2 β y=2 β (β2, 2)
- x=β2y, x=2 β y=β1 β (2, β1)
- x=β2y, x=β2 β y=1 β (β2, 1)
HP = {(2, β2), (β2, 2), (2, β1), (β2, 1)}
Sedang Contoh 7
Selesaikan sistem persamaan:
x2 β 3x + 2 = 0 …(2)
Lihat Pembahasan
Langkah 1: x2 β xy β 2y2 = (x β 2y)(x + y) = 0
β x = 2y atau x = βy
Langkah 2: (xβ1)(xβ2) = 0 β x=1 atau x=2
Langkah 3:
- x=2y, x=1 β y=Β½ β (1, Β½)
- x=2y, x=2 β y=1 β (2, 1)
- x=βy, x=1 β y=β1 β (1, β1)
- x=βy, x=2 β y=β2 β (2, β2)
HP = {(1, Β½), (2, 1), (1, β1), (2, β2)}
Sedang Contoh 8
Selesaikan sistem persamaan:
xy β x β 2y + 2 = 0 …(2)
Lihat Pembahasan
Langkah 1: Faktorkan persamaan (1)
xy β 2x β 3y + 6 = x(yβ2) β 3(yβ2) = (xβ3)(yβ2) = 0
β x=3 atau y=2
Langkah 2: Faktorkan persamaan (2)
xy β x β 2y + 2 = x(yβ1) β 2(yβ1) = (xβ2)(yβ1) = 0
β x=2 atau y=1
Langkah 3:
- x=3, x=2 β kontradiksi (tidak ada solusi)
- x=3, y=1 β (3, 1) β
- y=2, x=2 β (2, 2) β
- y=2, y=1 β kontradiksi (tidak ada solusi)
HP = {(3, 1), (2, 2)}
Sedang Contoh 9
Selesaikan sistem persamaan:
x2 β 9 = 0 …(2)
Lihat Pembahasan
Langkah 1: x2 β 5xy + 6y2 = (xβ2y)(xβ3y) = 0
β x=2y atau x=3y
Langkah 2: (xβ3)(x+3) = 0 β x=3 atau x=β3
Langkah 3:
- x=2y, x=3 β y=3/2 β (3, 3/2)
- x=2y, x=β3 β y=β3/2 β (β3, β3/2)
- x=3y, x=3 β y=1 β (3, 1)
- x=3y, x=β3 β y=β1 β (β3, β1)
HP = {(3, 3/2), (β3, β3/2), (3, 1), (β3, β1)}
Sedang Contoh 10
Selesaikan sistem persamaan:
y2 β 2y β 3 = 0 …(2)
Lihat Pembahasan
Langkah 1: x2 + xy β 6y2 = (x + 3y)(x β 2y) = 0
β x = β3y atau x = 2y
Langkah 2: (yβ3)(y+1) = 0 β y=3 atau y=β1
Langkah 3:
- x=β3y, y=3 β x=β9 β (β9, 3)
- x=β3y, y=β1 β x=3 β (3, β1)
- x=2y, y=3 β x=6 β (6, 3)
- x=2y, y=β1 β x=β2 β (β2, β1)
HP = {(β9, 3), (3, β1), (6, 3), (β2, β1)}
π Contoh Soal Sulit
Sulit Contoh 11
Selesaikan sistem persamaan:
x2 + xy β 2y2 = 0 …(2)
Lihat Pembahasan
Langkah 1: Faktorkan persamaan (1)
Cari faktor: x2 β xy β 6y2
Perlu dua bilangan: hasil kali = β6, jumlah = β1 β yaitu β3 dan 2
= (x β 3y)(x + 2y) = 0
β x = 3y atau x = β2y
Langkah 2: Faktorkan persamaan (2)
x2 + xy β 2y2
Hasil kali = β2, jumlah = 1 β yaitu 2 dan β1
= (x + 2y)(x β y) = 0
β x = β2y atau x = y
Langkah 3: Kombinasikan
- x=3y dan x=β2y β 3y=β2y β 5y=0 β y=0, x=0 β (0, 0)
- x=3y dan x=y β 3y=y β 2y=0 β y=0, x=0 β (0, 0)
- x=β2y dan x=β2y β identik, semua titik pada x=β2y
- x=β2y dan x=y β β2y=y β β3y=0 β y=0, x=0 β (0, 0)
Catatan: Karena x=β2y adalah faktor bersama, maka seluruh garis x=β2y merupakan solusi.
HP = {(t, βt/2) | t β β} βͺ {(0, 0)}
Atau bisa dituliskan: garis x = β2y dan titik (0,0)
Sulit Contoh 12
Selesaikan sistem persamaan:
x2 β y2 β 3x + 3y = 0 …(2)
Lihat Pembahasan
Langkah 1: Faktorkan persamaan (1)
Kelompokkan: x2 β 2xy β 3y2 + 2x β 6y
Bagian kuadrat: x2 β 2xy β 3y2 = (xβ3y)(x+y)
Bagian linear: 2x β 6y = 2(xβ3y)
Jadi: (xβ3y)(x+y) + 2(xβ3y) = (xβ3y)(x+y+2) = 0
β x=3y atau x=βyβ2
Langkah 2: Faktorkan persamaan (2)
x2 β y2 β 3x + 3y = (xβy)(x+y) β 3(xβy) = (xβy)(x+yβ3) = 0
β x=y atau x=βy+3
Langkah 3: Kombinasi (4 pasangan)
- x=3y dan x=y β 3y=y β y=0, x=0 β (0, 0)
- x=3y dan x=βy+3 β 3y=βy+3 β 4y=3 β y=ΒΎ, x=9/4 β (9/4, 3/4)
- x=βyβ2 dan x=y β y=βyβ2 β 2y=β2 β y=β1, x=β1 β (β1, β1)
- x=βyβ2 dan x=βy+3 β βyβ2=βy+3 β β2=3 β kontradiksi
HP = {(0, 0), (9/4, 3/4), (β1, β1)}
Sulit Contoh 13
Selesaikan sistem persamaan:
3x2 β 5xy + 2y2 = 0 …(2)
Lihat Pembahasan
Langkah 1: 2x2 + 5xy + 2y2 = (2x + y)(x + 2y) = 0
β x = βy/2 atau x = β2y
Langkah 2: 3x2 β 5xy + 2y2 = (3x β 2y)(x β y) = 0
β x = 2y/3 atau x = y
Langkah 3:
- x=βy/2 dan x=2y/3 β βy/2=2y/3 β β3y=4y β 7y=0 β (0,0)
- x=βy/2 dan x=y β βy/2=y β β3y/2=0 β (0,0)
- x=β2y dan x=2y/3 β β2y=2y/3 β β8y/3=0 β (0,0)
- x=β2y dan x=y β β2y=y β β3y=0 β (0,0)
HP = {(0, 0)}
Catatan: Karena kedua persamaan homogen (semua suku berderajat 2), satu-satunya solusi adalah titik asal.
Sulit Contoh 14
Selesaikan sistem persamaan:
x2 β xy β 2y2 + 3x + 6y = 0 …(2)
Lihat Pembahasan
Langkah 1: Faktorkan (1)
Bagian kuadrat: x2β4xy+3y2 = (xβy)(xβ3y)
Linear: 2xβ6y = 2(xβ3y)
= (xβ3y)(xβy+2) = 0
β x=3y atau x=yβ2
Langkah 2: Faktorkan (2)
Bagian kuadrat: x2βxyβ2y2 = (xβ2y)(x+y)
Linear: 3x+6y = 3(x+2y)… Hmm, coba lagi.
Coba: (xβ2y)(x+y) + 3(x+2y)
= x2βxyβ2y2+3x+6y β tidak langsung cocok
Coba: (x+y+3)(xβ2y) = x2β2xy+xyβ2y2+3xβ6y
= x2βxyβ2y2+3xβ6y β salah tanda di 6y
Coba: (xβ2y+3)(x+y) = x2+xyβ2xyβ2y2+3x+3y β tidak
Coba: (x+y)(xβ2y+6) = x2β2xy+6x+xyβ2y2+6y
= x2βxyβ2y2+6x+6y β koefisien x salah
Coba: (xβ2y+3)(x+y+0) buktikan:
= x2+xyβ2xyβ2y2+3x+3y = x2βxyβ2y2+3x+3y β perlu +6y bukan +3y
Coba: (x+y+6)(xβ2y) = x2β2xy+xyβ2y2+6xβ12y β tidak
β (x+y+3)(xβ2y+0) verifikasi: x2β2xy+xyβ2y2+3xβ6y = x2βxyβ2y2+3xβ6y
Kita perlu +6y bukan β6y. Coba: (xβyβ3)(x+2y):
= x2+2xyβxyβ2y2β3xβ6y = x2+xyβ2y2β3xβ6y β tanda salah
Coba (x+2y+3)(xβy): = x2βxy+2xyβ2y2+3xβ3y = x2+xyβ2y2+3xβ3y β tidak
Koreksi: (x+2y)(xβy+3) = x2βxy+3x+2xyβ2y2+6y = x2+xyβ2y2+3x+6y β tanda xy salah
Kita punya x2βxyβ2y2+3x+6y. Coba: (xβ2y)(x+yβ3):
= x2+xyβ3xβ2xyβ2y2+6y = x2βxyβ2y2β3x+6y β koefisien x = β3 bukan +3
Coba: (xβ2y)(x+y+3):
= x2+xy+3xβ2xyβ2y2β6y = x2βxyβ2y2+3xβ6y β perlu +6y
Final: (β1)(xβ2y)(βxβyβ3) β Coba (x+2y+3)(xβy):
= x2βxy+2xyβ2y2+3xβ3y β tidak juga
Metode lain: Substitusi langsung dari pers.(1)
Dari (1): x=3y atau x=yβ2
Sub x=3y ke (2): 9y2β3y2β2y2+9y+6y=0 β 4y2+15y=0 β y(4y+15)=0
β y=0, x=0 β (0,0) atau y=β15/4, x=β45/4 β (β45/4, β15/4)
Sub x=yβ2 ke (2): (yβ2)2β(yβ2)yβ2y2+3(yβ2)+6y=0
= y2β4y+4βy2+2yβ2y2+3yβ6+6y=0
= β2y2+7yβ2=0 β 2y2β7y+2=0
= (2yβ1)(yβ2)=0 β y=Β½ atau y=2
y=Β½: x=β3/2 β (β3/2, 1/2)
y=2: x=0 β (0, 2)
HP = {(0, 0), (β45/4, β15/4), (β3/2, 1/2), (0, 2)}
Sulit Contoh 15
Selesaikan sistem persamaan:
x2 β xy β 2x + 2y = 0 …(2)
Lihat Pembahasan
Langkah 1: Faktorkan (2)
x2βxyβ2x+2y = x(xβy)β2(xβy) = (xβ2)(xβy) = 0
β x=2 atau x=y
Langkah 2: Faktorkan (1)
Bagian kuadrat: x2+xyβ2y2 = (x+2y)(xβy)
Coba: (x+2yβ3)(xβy+2):
= x2βxy+2x+2xyβ2y2+4yβ3x+3yβ6
= x2+xyβ2y2βx+7yβ6 β koef y = 7 bukan 5
Coba: (x+2yβ2)(xβy+3):
= x2βxy+3x+2xyβ2y2+6yβ2x+2yβ6
= x2+xyβ2y2+x+8yβ6 β tidak
Coba: (xβy+3)(x+2yβ2):
= x2+2xyβ2xβxyβ2y2+2y+3x+6yβ6
= x2+xyβ2y2+x+8yβ6 β tidak
Metode substitusi:
Dari (2): x=2 atau x=y
Kasus x=2: Sub ke (1): 4+2yβ2y2β2+5yβ6=0 β β2y2+7yβ4=0 β 2y2β7y+4=0
Diskriminan: 49β32=17 β y=(7Β±β17)/4
β (2, (7+β17)/4) dan (2, (7ββ17)/4)
Kasus x=y: Sub ke (1): y2+y2β2y2βy+5yβ6=0 β 4yβ6=0 β y=3/2
β (3/2, 3/2)
HP = {(2, (7+β17)/4), (2, (7ββ17)/4), (3/2, 3/2)}
F. Latihan Soal
Kerjakan soal-soal berikut tanpa melihat pembahasan. Gunakan langkah-langkah yang telah dipelajari!
π Latihan Soal Mudah
Mudah Soal 1
y2 β 9 = 0
Mudah Soal 2
y2 β 2y β 3 = 0
Mudah Soal 3
y2 β 5y + 6 = 0
Mudah Soal 4
x2 β y2 = 0
Mudah Soal 5
y2 β 25 = 0
π Latihan Soal Sedang
Sedang Soal 6
x2 β 4 = 0
Sedang Soal 7
xy β 4x β y + 4 = 0
Sedang Soal 8
y2 β 4y + 3 = 0
Sedang Soal 9
x2 + 2x β 8 = 0
Sedang Soal 10
x2 β x β 6 = 0
π Latihan Soal Sulit
Sulit Soal 11
x2 β y2 β 2x + 2y = 0
Sulit Soal 12
x2 β xy β 2y2 = 0
Sulit Soal 13
2x2 β 3xy + y2 + x β y = 0
Sulit Soal 14
x2 + xy β 2y2 + 3x β 3y = 0
Sulit Soal 15
x2 β xy β 6y2 + 2x + 6y = 0