Matematika SMA/MA/SMK/MAK
Aplikasi Transformasi
Penerapan Transformasi Geometri dalam Permasalahan
A. Pendahuluan
Aplikasi transformasi merupakan penerapan konsep-konsep transformasi geometri (translasi, refleksi, rotasi, dan dilatasi) untuk menyelesaikan berbagai permasalahan matematika. Dalam topik ini, kita akan mempelajari bagaimana menggunakan transformasi tunggal maupun komposisi transformasi untuk menentukan bayangan titik, garis, dan kurva.
Kegiatan: Mengamati
Amati objek-objek di sekitarmu. Perhatikan bagaimana bayangan pada cermin (refleksi), pergerakan jarum jam (rotasi), pergeseran benda (translasi), dan pembesaran/pengecilan foto (dilatasi) merupakan contoh nyata transformasi geometri dalam kehidupan sehari-hari.
Kegiatan: Menanya
Bagaimana cara menentukan bayangan suatu kurva jika dikenai beberapa transformasi sekaligus? Apakah urutan transformasi mempengaruhi hasil akhir?
B. Bayangan Titik oleh Transformasi
1. Bayangan Titik oleh Translasi
Jika titik P(x, y) ditranslasikan oleh vektor T = (a, b), maka bayangan titik P adalah:
2. Bayangan Titik oleh Refleksi
Berikut adalah rumus bayangan titik P(x, y) oleh berbagai refleksi:
| Refleksi terhadap | Bayangan P’ |
|---|---|
| Sumbu-x | P'(x, −y) |
| Sumbu-y | P'(−x, y) |
| Garis y = x | P'(y, x) |
| Garis y = −x | P'(−y, −x) |
| Titik O(0,0) | P'(−x, −y) |
| Garis x = h | P'(2h − x, y) |
| Garis y = k | P'(x, 2k − y) |
3. Bayangan Titik oleh Rotasi
Jika titik P(x, y) dirotasikan sebesar sudut θ terhadap titik pusat O(0, 0), maka:
Jika pusat rotasi di titik A(a, b), maka:
4. Bayangan Titik oleh Dilatasi
Jika titik P(x, y) didilatasikan dengan pusat O(0, 0) dan faktor skala k, maka:
Jika pusat dilatasi di titik A(a, b) dengan faktor skala k, maka:
Kegiatan: Menalar
Perhatikan bahwa pada rotasi, kita menggunakan fungsi trigonometri. Ingat bahwa cos 90° = 0, sin 90° = 1, cos 180° = −1, sin 180° = 0. Dengan mengingat nilai-nilai ini, kita dapat dengan cepat menentukan bayangan titik untuk sudut-sudut istimewa.
Contoh Soal: Bayangan Titik
Mudah Contoh 1–5
Contoh 1:
Tentukan bayangan titik A(3, 5) oleh translasi T = (2, −4).
Pembahasan:
Rumus: P'(x + a, y + b)
A'(3 + 2, 5 + (−4)) = A'(5, 1)
Jawaban: A'(5, 1)
Contoh 2:
Tentukan bayangan titik B(4, −2) oleh refleksi terhadap sumbu-x.
Pembahasan:
Refleksi terhadap sumbu-x: P(x, y) → P'(x, −y)
B'(4, −(−2)) = B'(4, 2)
Jawaban: B'(4, 2)
Contoh 3:
Tentukan bayangan titik C(−1, 6) oleh refleksi terhadap sumbu-y.
Pembahasan:
Refleksi terhadap sumbu-y: P(x, y) → P'(−x, y)
C'(−(−1), 6) = C'(1, 6)
Jawaban: C'(1, 6)
Contoh 4:
Tentukan bayangan titik D(2, 3) oleh dilatasi dengan pusat O(0, 0) dan faktor skala k = 3.
Pembahasan:
Rumus: P'(kx, ky)
D'(3×2, 3×3) = D'(6, 9)
Jawaban: D'(6, 9)
Contoh 5:
Tentukan bayangan titik E(5, −3) oleh refleksi terhadap garis y = x.
Pembahasan:
Refleksi terhadap y = x: P(x, y) → P'(y, x)
E'(−3, 5)
Jawaban: E'(−3, 5)
Sedang Contoh 6–10
Contoh 6:
Tentukan bayangan titik A(4, 1) oleh rotasi 90° berlawanan arah jarum jam terhadap O(0, 0).
Pembahasan:
θ = 90°, cos 90° = 0, sin 90° = 1
x’ = x cos 90° − y sin 90° = 4(0) − 1(1) = −1
y’ = x sin 90° + y cos 90° = 4(1) + 1(0) = 4
Jawaban: A'(−1, 4)
Contoh 7:
Tentukan bayangan titik B(3, −2) oleh refleksi terhadap garis x = 4.
Pembahasan:
Refleksi terhadap x = h: P'(2h − x, y)
B'(2(4) − 3, −2) = B'(8 − 3, −2) = B'(5, −2)
Jawaban: B'(5, −2)
Contoh 8:
Tentukan bayangan titik C(2, 5) oleh dilatasi dengan pusat A(1, 2) dan faktor skala k = 2.
Pembahasan:
Rumus: P'(a + k(x−a), b + k(y−b))
x’ = 1 + 2(2−1) = 1 + 2(1) = 3
y’ = 2 + 2(5−2) = 2 + 2(3) = 8
Jawaban: C'(3, 8)
Contoh 9:
Tentukan bayangan titik D(−3, 4) oleh rotasi 180° terhadap O(0, 0).
Pembahasan:
θ = 180°, cos 180° = −1, sin 180° = 0
x’ = (−3)(−1) − 4(0) = 3
y’ = (−3)(0) + 4(−1) = −4
Jawaban: D'(3, −4)
Contoh 10:
Tentukan bayangan titik E(6, 1) oleh refleksi terhadap garis y = 3.
Pembahasan:
Refleksi terhadap y = k: P'(x, 2k − y)
E'(6, 2(3) − 1) = E'(6, 5)
Jawaban: E'(6, 5)
Sulit Contoh 11–15
Contoh 11:
Tentukan bayangan titik A(2, −1) oleh rotasi 90° berlawanan arah jarum jam terhadap pusat P(1, 3).
Pembahasan:
Pusat (a, b) = (1, 3), θ = 90°
x’ = a + (x−a)cos θ − (y−b)sin θ = 1 + (2−1)cos 90° − (−1−3)sin 90°
x’ = 1 + (1)(0) − (−4)(1) = 1 + 0 + 4 = 5
y’ = b + (x−a)sin θ + (y−b)cos θ = 3 + (2−1)sin 90° + (−1−3)cos 90°
y’ = 3 + (1)(1) + (−4)(0) = 3 + 1 = 4
Jawaban: A'(5, 4)
Contoh 12:
Titik B(4, 2) ditranslasikan oleh T = (−1, 3) kemudian direfleksikan terhadap sumbu-y. Tentukan bayangan akhirnya.
Pembahasan:
Langkah 1 – Translasi: B₁(4 + (−1), 2 + 3) = B₁(3, 5)
Langkah 2 – Refleksi sumbu-y: B'(−3, 5)
Jawaban: B'(−3, 5)
Contoh 13:
Titik C(−2, 3) direfleksikan terhadap garis y = x kemudian dirotasi 90° berlawanan arah jarum jam terhadap O(0,0). Tentukan bayangan akhirnya.
Pembahasan:
Langkah 1 – Refleksi y = x: C₁(3, −2)
Langkah 2 – Rotasi 90°: x’ = 3cos 90° − (−2)sin 90° = 0 + 2 = 2
y’ = 3sin 90° + (−2)cos 90° = 3 + 0 = 3
Jawaban: C'(2, 3)
Contoh 14:
Titik D(1, −4) didilatasikan dengan pusat O(0,0) dan k = 2, kemudian ditranslasikan oleh T = (3, −1), lalu direfleksikan terhadap sumbu-x. Tentukan bayangan akhirnya.
Pembahasan:
Langkah 1 – Dilatasi: D₁(2×1, 2×(−4)) = D₁(2, −8)
Langkah 2 – Translasi: D₂(2 + 3, −8 + (−1)) = D₂(5, −9)
Langkah 3 – Refleksi sumbu-x: D'(5, 9)
Jawaban: D'(5, 9)
Contoh 15:
Titik E(3, 1) dirotasi 270° berlawanan arah jarum jam terhadap O(0,0) kemudian didilatasikan dengan pusat A(2, −1) dan k = −1. Tentukan bayangan akhirnya.
Pembahasan:
Langkah 1 – Rotasi 270°: cos 270° = 0, sin 270° = −1
x’ = 3(0) − 1(−1) = 1
y’ = 3(−1) + 1(0) = −3
E₁(1, −3)
Langkah 2 – Dilatasi pusat (2, −1), k = −1:
x’ = 2 + (−1)(1 − 2) = 2 + (−1)(−1) = 3
y’ = −1 + (−1)(−3 − (−1)) = −1 + (−1)(−2) = 1
Jawaban: E'(3, 1)
Latihan Soal: Bayangan Titik
Mudah
- Tentukan bayangan titik (5, 3) oleh translasi T = (−2, 7).
- Tentukan bayangan titik (−4, 2) oleh refleksi terhadap sumbu-x.
- Tentukan bayangan titik (7, −1) oleh refleksi terhadap sumbu-y.
- Tentukan bayangan titik (3, 6) oleh dilatasi pusat O(0,0) dan k = 4.
- Tentukan bayangan titik (−2, 5) oleh refleksi terhadap garis y = x.
Sedang
- Tentukan bayangan titik (3, −5) oleh rotasi 90° berlawanan arah jarum jam terhadap O(0,0).
- Tentukan bayangan titik (2, 7) oleh refleksi terhadap garis x = 5.
- Tentukan bayangan titik (−1, 4) oleh dilatasi pusat (2, 1) dan k = 3.
- Tentukan bayangan titik (6, −2) oleh rotasi 180° terhadap O(0,0).
- Tentukan bayangan titik (4, 3) oleh refleksi terhadap garis y = −x.
Sulit
- Tentukan bayangan titik (−3, 2) oleh rotasi 90° terhadap pusat (1, −1).
- Titik (5, −2) ditranslasikan T = (1, 4) lalu direfleksikan terhadap garis y = x. Tentukan bayangan akhirnya.
- Titik (2, 3) direfleksikan terhadap sumbu-y lalu dirotasi 270° terhadap O(0,0). Tentukan bayangan akhirnya.
- Titik (−1, 5) didilatasikan pusat O(0,0) k = 2 lalu ditranslasikan T = (3, −2) lalu direfleksikan terhadap sumbu-x. Tentukan bayangan akhirnya.
- Titik (4, −3) dirotasi 90° terhadap pusat (2, 1) lalu didilatasikan pusat (2, 1) dengan k = −2. Tentukan bayangan akhirnya.
C. Bayangan Kurva oleh Transformasi
Kegiatan: Mencoba
Untuk menentukan bayangan kurva y = f(x) oleh suatu transformasi, kita dapat menggunakan dua metode: (1) Metode substitusi langsung, atau (2) Metode invers transformasi.
Metode Menentukan Bayangan Kurva
Langkah-langkah:
- Misalkan titik (x, y) pada kurva asal ditransformasikan menjadi (x’, y’).
- Nyatakan x dan y dalam x’ dan y’ (invers transformasi).
- Substitusikan ke persamaan kurva asal untuk mendapatkan persamaan bayangan.
Matriks Transformasi
Setiap transformasi dapat dinyatakan dalam bentuk matriks. Jika transformasi dinyatakan oleh matriks M, maka:
Matriks-matriks transformasi yang sering digunakan:
| Transformasi | Matriks |
|---|---|
| Refleksi sumbu-x | ( 1 0 )( 0 −1) |
| Refleksi sumbu-y | (−1 0)( 0 1 ) |
| Refleksi y = x | (0 1)(1 0) |
| Refleksi y = −x | ( 0 −1)(−1 0) |
| Rotasi θ (pusat O) | (cos θ −sin θ)(sin θ cos θ) |
| Dilatasi k (pusat O) | (k 0)(0 k) |
Bayangan Garis oleh Transformasi
Untuk menentukan bayangan garis ax + by + c = 0 oleh transformasi dengan matriks M:
- Tentukan invers matriks M⁻¹
- Dari M × (x, y)ᵀ = (x’, y’)ᵀ, kita peroleh (x, y)ᵀ = M⁻¹ × (x’, y’)ᵀ
- Substitusikan x dan y yang diperoleh ke persamaan garis asal
Kegiatan: Mengkomunikasikan
Diskusikan dengan teman: Mengapa pada metode invers, kita harus menyatakan x dan y lama dalam bentuk x’ dan y’ baru? Jelaskan dengan bahasa sendiri mengapa langkah ini diperlukan.
Contoh Soal: Bayangan Kurva
Mudah Contoh 1–5
Contoh 1:
Tentukan bayangan garis y = 2x + 1 oleh translasi T = (3, −2).
Pembahasan:
Translasi: x’ = x + 3, y’ = y − 2
Invers: x = x’ − 3, y = y’ + 2
Substitusi: y’ + 2 = 2(x’ − 3) + 1
y’ + 2 = 2x’ − 6 + 1
y’ = 2x’ − 7
Jawaban: y = 2x − 7
Contoh 2:
Tentukan bayangan garis y = x + 4 oleh refleksi terhadap sumbu-x.
Pembahasan:
Refleksi sumbu-x: x’ = x, y’ = −y
Invers: x = x’, y = −y’
Substitusi: −y’ = x’ + 4
y’ = −x’ − 4
Jawaban: y = −x − 4
Contoh 3:
Tentukan bayangan garis y = 3x − 2 oleh refleksi terhadap sumbu-y.
Pembahasan:
Refleksi sumbu-y: x’ = −x, y’ = y
Invers: x = −x’, y = y’
Substitusi: y’ = 3(−x’) − 2 = −3x’ − 2
Jawaban: y = −3x − 2
Contoh 4:
Tentukan bayangan kurva y = x² oleh dilatasi pusat O(0,0) dan k = 2.
Pembahasan:
Dilatasi k = 2: x’ = 2x, y’ = 2y
Invers: x = x’/2, y = y’/2
Substitusi: y’/2 = (x’/2)²
y’/2 = x’²/4
y’ = x’²/2
Jawaban: y = x²/2
Contoh 5:
Tentukan bayangan garis y = −x + 5 oleh refleksi terhadap garis y = x.
Pembahasan:
Refleksi y = x: x’ = y, y’ = x
Invers: x = y’, y = x’
Substitusi: x’ = −y’ + 5
y’ = −x’ + 5
Jawaban: y = −x + 5 (garis ini merupakan bayangannya sendiri karena tegak lurus terhadap y = x)
Sedang Contoh 6–10
Contoh 6:
Tentukan bayangan kurva y = x² − 3x + 2 oleh translasi T = (1, −2).
Pembahasan:
Invers: x = x’ − 1, y = y’ + 2
Substitusi: y’ + 2 = (x’ − 1)² − 3(x’ − 1) + 2
y’ + 2 = x’² − 2x’ + 1 − 3x’ + 3 + 2
y’ + 2 = x’² − 5x’ + 6
y’ = x’² − 5x’ + 4
Jawaban: y = x² − 5x + 4
Contoh 7:
Tentukan bayangan kurva y = x² oleh rotasi 90° berlawanan arah jarum jam terhadap O(0,0).
Pembahasan:
Rotasi 90°: x’ = −y, y’ = x
Invers: x = y’, y = −x’
Substitusi: −x’ = (y’)²
x’ = −y’²
Jawaban: x = −y² (atau y² = −x)
Contoh 8:
Tentukan bayangan garis 2x + 3y = 6 oleh dilatasi pusat O(0,0) dan k = 3.
Pembahasan:
Invers: x = x’/3, y = y’/3
Substitusi: 2(x’/3) + 3(y’/3) = 6
2x’/3 + y’ = 6
2x’ + 3y’ = 18
Jawaban: 2x + 3y = 18
Contoh 9:
Tentukan bayangan kurva y = 2x² + 1 oleh refleksi terhadap garis y = −x.
Pembahasan:
Refleksi y = −x: x’ = −y, y’ = −x
Invers: x = −y’, y = −x’
Substitusi: −x’ = 2(−y’)² + 1
−x’ = 2y’² + 1
x’ = −2y’² − 1
Jawaban: x = −2y² − 1
Contoh 10:
Tentukan bayangan kurva y = √x oleh dilatasi pusat O(0,0) dan k = 4.
Pembahasan:
Invers: x = x’/4, y = y’/4
Substitusi: y’/4 = √(x’/4)
y’/4 = (1/2)√x’
y’ = 2√x’
Jawaban: y = 2√x
Sulit Contoh 11–15
Contoh 11:
Tentukan bayangan kurva y = x² + 2x − 3 oleh translasi T = (2, 1) dilanjutkan refleksi terhadap sumbu-x.
Pembahasan:
Langkah 1 – Translasi T = (2, 1): x₁ = x’ − 2, y₁ = y’ − 1
Langkah 2 – Refleksi sumbu-x: x₂ = x₁, y₂ = −y₁, maka x₁ = x₂, y₁ = −y₂
Gabungan invers: x = x’ − 2, y = −(y’ − 1) = −y’ + 1
Substitusi: −y’ + 1 = (x’ − 2)² + 2(x’ − 2) − 3
−y’ + 1 = x’² − 4x’ + 4 + 2x’ − 4 − 3
−y’ + 1 = x’² − 2x’ − 3
y’ = −x’² + 2x’ + 4
Jawaban: y = −x² + 2x + 4
Contoh 12:
Tentukan bayangan kurva x² + y² = 25 (lingkaran) oleh dilatasi pusat O(0,0), k = 2 dilanjutkan translasi T = (3, −1).
Pembahasan:
Gabungan transformasi:
Dilatasi k = 2: x₁ = 2x, y₁ = 2y → x = x₁/2, y = y₁/2
Translasi T = (3, −1): x’ = x₁ + 3, y’ = y₁ − 1 → x₁ = x’ − 3, y₁ = y’ + 1
Gabungan invers: x = (x’ − 3)/2, y = (y’ + 1)/2
Substitusi: ((x’−3)/2)² + ((y’+1)/2)² = 25
(x’−3)²/4 + (y’+1)²/4 = 25
(x’−3)² + (y’+1)² = 100
Jawaban: (x−3)² + (y+1)² = 100
Contoh 13:
Tentukan bayangan kurva y = x³ oleh rotasi 180° terhadap O(0,0) dilanjutkan dilatasi pusat O(0,0) k = 2.
Pembahasan:
Rotasi 180°: x₁ = −x, y₁ = −y → x = −x₁, y = −y₁
Dilatasi k = 2: x’ = 2x₁, y’ = 2y₁ → x₁ = x’/2, y₁ = y’/2
Gabungan invers: x = −x’/2, y = −y’/2
Substitusi: −y’/2 = (−x’/2)³ = −x’³/8
y’/2 = x’³/8
y’ = x’³/4
Jawaban: y = x³/4
Contoh 14:
Tentukan bayangan kurva y = 1/x oleh refleksi terhadap garis y = x dilanjutkan translasi T = (2, 3).
Pembahasan:
Refleksi y = x: x₁ = y, y₁ = x → x = y₁, y = x₁
Translasi T = (2, 3): x’ = x₁ + 2, y’ = y₁ + 3 → x₁ = x’ − 2, y₁ = y’ − 3
Gabungan invers: x = y’ − 3, y = x’ − 2
Substitusi: x’ − 2 = 1/(y’ − 3)
y’ − 3 = 1/(x’ − 2)
y’ = 1/(x’ − 2) + 3
Jawaban: y = 1/(x − 2) + 3
Contoh 15:
Tentukan bayangan kurva y = 2x² − 4x + 5 oleh refleksi terhadap garis y = −x dilanjutkan rotasi 90° berlawanan arah jarum jam terhadap O(0,0).
Pembahasan:
Refleksi y = −x: x₁ = −y, y₁ = −x → x = −y₁, y = −x₁
Rotasi 90°: x’ = −y₁, y’ = x₁ → x₁ = y’, y₁ = −x’
Gabungan invers: x = −(−x’) = x’, y = −y’
Maka transformasi gabungan: x = x’, y = −y’
Substitusi: −y’ = 2(x’)² − 4(x’) + 5
y’ = −2x’² + 4x’ − 5
Jawaban: y = −2x² + 4x − 5
Latihan Soal: Bayangan Kurva
Mudah
- Tentukan bayangan garis y = 4x − 1 oleh translasi T = (2, 5).
- Tentukan bayangan garis y = −x + 3 oleh refleksi terhadap sumbu-x.
- Tentukan bayangan kurva y = x² oleh refleksi terhadap sumbu-y.
- Tentukan bayangan garis 3x − y = 6 oleh dilatasi pusat O(0,0), k = 2.
- Tentukan bayangan garis y = 2x + 7 oleh refleksi terhadap garis y = x.
Sedang
- Tentukan bayangan kurva y = x² − 4x + 3 oleh translasi T = (−1, 2).
- Tentukan bayangan kurva y = 2x² oleh rotasi 90° terhadap O(0,0).
- Tentukan bayangan garis x + 2y = 8 oleh dilatasi pusat O(0,0), k = 3.
- Tentukan bayangan kurva y = x² + 1 oleh refleksi terhadap garis y = −x.
- Tentukan bayangan lingkaran x² + y² = 9 oleh dilatasi pusat O(0,0), k = 5.
Sulit
- Tentukan bayangan kurva y = x² − 2x + 1 oleh refleksi sumbu-y dilanjutkan translasi T = (1, 3).
- Tentukan bayangan lingkaran x² + y² = 16 oleh dilatasi pusat O(0,0), k = 3, dilanjutkan translasi T = (2, −4).
- Tentukan bayangan kurva y = x³ − x oleh rotasi 90° dilanjutkan refleksi terhadap sumbu-x.
- Tentukan bayangan kurva y = 1/(x+1) oleh refleksi garis y = x dilanjutkan dilatasi pusat O(0,0), k = 2.
- Tentukan bayangan kurva y = x² + 4x − 5 oleh translasi T = (−2, 1) dilanjutkan rotasi 180° terhadap O(0,0).
D. Komposisi Transformasi
Komposisi transformasi adalah penerapan dua atau lebih transformasi secara berurutan. Jika transformasi pertama adalah T₁ dan transformasi kedua adalah T₂, maka komposisi T₂ ∘ T₁ berarti menerapkan T₁ terlebih dahulu, kemudian T₂.
Sifat-sifat Komposisi Transformasi:
- Komposisi transformasi umumnya tidak komutatif: T₂ ∘ T₁ ≠ T₁ ∘ T₂
- Komposisi transformasi bersifat asosiatif: (T₃ ∘ T₂) ∘ T₁ = T₃ ∘ (T₂ ∘ T₁)
- Jika T₁ memiliki matriks M₁ dan T₂ memiliki matriks M₂, maka matriks komposisi T₂ ∘ T₁ adalah M₂ × M₁
Kegiatan: Menalar
Perhatikan bahwa pada perkalian matriks komposisi, matriks transformasi yang diterapkan lebih dulu ditempatkan di kanan. Jadi M₂ × M₁ berarti T₁ diterapkan lebih dulu baru T₂. Hal ini sesuai dengan notasi fungsi komposisi (f ∘ g)(x) = f(g(x)).
Komposisi Dua Translasi
Komposisi Dua Refleksi
Dua refleksi berturut-turut terhadap dua garis sejajar menghasilkan translasi. Dua refleksi terhadap dua garis berpotongan menghasilkan rotasi.
Komposisi Transformasi dengan Matriks
Untuk menentukan matriks komposisi dari beberapa transformasi yang masing-masing memiliki matriks:
(M₁ adalah matriks transformasi yang diterapkan pertama kali)
Contoh Soal: Komposisi Transformasi
Mudah Contoh 1–5
Contoh 1:
Tentukan bayangan titik A(2, 3) oleh translasi T₁ = (1, 4) dilanjutkan translasi T₂ = (−3, 2).
Pembahasan:
Komposisi dua translasi: T = (1 + (−3), 4 + 2) = (−2, 6)
A'(2 + (−2), 3 + 6) = A'(0, 9)
Jawaban: A'(0, 9)
Contoh 2:
Tentukan bayangan titik B(−1, 5) oleh refleksi sumbu-x dilanjutkan refleksi sumbu-y.
Pembahasan:
Langkah 1 – Refleksi sumbu-x: B₁(−1, −5)
Langkah 2 – Refleksi sumbu-y: B'(1, −5)
Jawaban: B'(1, −5)
Contoh 3:
Tentukan bayangan titik C(4, 0) oleh dilatasi pusat O, k = 2 dilanjutkan translasi T = (1, 3).
Pembahasan:
Langkah 1 – Dilatasi: C₁(8, 0)
Langkah 2 – Translasi: C'(8 + 1, 0 + 3) = C'(9, 3)
Jawaban: C'(9, 3)
Contoh 4:
Tentukan bayangan titik D(3, −2) oleh translasi T = (−1, 5) dilanjutkan refleksi terhadap garis y = x.
Pembahasan:
Langkah 1 – Translasi: D₁(3 + (−1), −2 + 5) = D₁(2, 3)
Langkah 2 – Refleksi y = x: D'(3, 2)
Jawaban: D'(3, 2)
Contoh 5:
Tentukan bayangan titik E(6, 2) oleh refleksi sumbu-y dilanjutkan dilatasi pusat O, k = 3.
Pembahasan:
Langkah 1 – Refleksi sumbu-y: E₁(−6, 2)
Langkah 2 – Dilatasi k = 3: E'(−18, 6)
Jawaban: E'(−18, 6)
Sedang Contoh 6–10
Contoh 6:
Tentukan matriks komposisi dari refleksi terhadap sumbu-x dilanjutkan rotasi 90° (berlawanan arah jarum jam terhadap O).
Pembahasan:
M₁ (refleksi sumbu-x) = ((1, 0), (0, −1))
M₂ (rotasi 90°) = ((0, −1), (1, 0))
M_komposisi = M₂ × M₁ = ((0, −1), (1, 0)) × ((1, 0), (0, −1))
= ((0×1 + (−1)×0, 0×0 + (−1)×(−1)), (1×1 + 0×0, 1×0 + 0×(−1)))
= ((0, 1), (1, 0))
Jawaban: M = ((0, 1), (1, 0)) yang sama dengan matriks refleksi terhadap y = x
Contoh 7:
Tentukan bayangan garis y = 2x − 1 oleh rotasi 90° terhadap O(0,0) dilanjutkan refleksi sumbu-y.
Pembahasan:
Rotasi 90°: x₁ = −y, y₁ = x → invers: x = y₁, y = −x₁
Refleksi sumbu-y: x’ = −x₁, y’ = y₁ → invers: x₁ = −x’, y₁ = y’
Gabungan invers: x = y’, y = −(−x’) = x’
Substitusi ke y = 2x − 1: x’ = 2y’ − 1
y’ = (x’ + 1)/2
Jawaban: y = (x + 1)/2 atau 2y = x + 1
Contoh 8:
Tentukan bayangan titik (−2, 4) oleh rotasi 90° terhadap O dilanjutkan rotasi 90° terhadap O lagi.
Pembahasan:
Rotasi 90° + Rotasi 90° = Rotasi 180°
Rotasi 180° terhadap O: P'(−x, −y)
Bayangan: (−(−2), −4) = (2, −4)
Jawaban: (2, −4)
Contoh 9:
Tentukan bayangan titik (5, 1) oleh refleksi garis y = x dilanjutkan dilatasi pusat O, k = −2, dilanjutkan translasi T = (4, −3).
Pembahasan:
Langkah 1 – Refleksi y = x: (1, 5)
Langkah 2 – Dilatasi k = −2: (−2×1, −2×5) = (−2, −10)
Langkah 3 – Translasi T = (4, −3): (−2 + 4, −10 + (−3)) = (2, −13)
Jawaban: (2, −13)
Contoh 10:
Tentukan matriks komposisi dari dilatasi k = 3 dilanjutkan refleksi terhadap garis y = x.
Pembahasan:
M₁ (dilatasi k = 3) = ((3, 0), (0, 3))
M₂ (refleksi y = x) = ((0, 1), (1, 0))
M_komposisi = M₂ × M₁ = ((0, 1), (1, 0)) × ((3, 0), (0, 3))
= ((0×3 + 1×0, 0×0 + 1×3), (1×3 + 0×0, 1×0 + 0×3))
= ((0, 3), (3, 0))
Jawaban: M = ((0, 3), (3, 0))
Sulit Contoh 11–15
Contoh 11:
Tentukan bayangan kurva y = x² − 4 oleh refleksi sumbu-x dilanjutkan rotasi 90° terhadap O(0,0) dilanjutkan dilatasi pusat O, k = 2.
Pembahasan:
M₁ (refleksi sumbu-x) = ((1, 0), (0, −1))
M₂ (rotasi 90°) = ((0, −1), (1, 0))
M₃ (dilatasi k = 2) = ((2, 0), (0, 2))
M = M₃ × M₂ × M₁ = ((2, 0), (0, 2)) × ((0, −1), (1, 0)) × ((1, 0), (0, −1))
M₂ × M₁ = ((0, 1), (1, 0))
M = ((2, 0), (0, 2)) × ((0, 1), (1, 0)) = ((0, 2), (2, 0))
Dari M(x, y)ᵀ = (x’, y’)ᵀ: x’ = 2y, y’ = 2x
Invers: x = y’/2, y = x’/2
Substitusi: x’/2 = (y’/2)² − 4 → x’/2 = y’²/4 − 4 → x’ = y’²/2 − 8
Jawaban: x = y²/2 − 8
Contoh 12:
Suatu titik A setelah dirotasi 90° terhadap O menghasilkan bayangan A'(−3, 5). Tentukan koordinat A.
Pembahasan:
Rotasi 90°: x’ = −y, y’ = x → maka x = y’, y = −x’
A’ = (−3, 5), maka: x = y’ = 5, y = −x’ = −(−3) = 3
Jawaban: A(5, 3)
Contoh 13:
Titik P(a, b) ditranslasikan T = (2, −1) menghasilkan P₁. Kemudian P₁ direfleksikan terhadap garis y = x menghasilkan P'(4, 7). Tentukan a + b.
Pembahasan:
P'(4, 7) adalah hasil refleksi y = x dari P₁, maka P₁ = (7, 4)
P₁ = P + T → (7, 4) = (a + 2, b − 1)
a + 2 = 7 → a = 5
b − 1 = 4 → b = 5
a + b = 10
Jawaban: a + b = 10
Contoh 14:
Tentukan bayangan kurva x² + y² − 6x + 4y − 12 = 0 oleh translasi T = (3, −2) dilanjutkan dilatasi pusat O, k = 2.
Pembahasan:
Translasi: x₁ = x + 3, y₁ = y − 2 → x = x₁ − 3, y = y₁ + 2
Dilatasi k = 2: x’ = 2x₁, y’ = 2y₁ → x₁ = x’/2, y₁ = y’/2
Gabungan invers: x = x’/2 − 3, y = y’/2 + 2
Substitusi:
(x’/2 − 3)² + (y’/2 + 2)² − 6(x’/2 − 3) + 4(y’/2 + 2) − 12 = 0
x’²/4 − 3x’ + 9 + y’²/4 + 2y’ + 4 − 3x’ + 18 + 2y’ + 8 − 12 = 0
x’²/4 + y’²/4 − 6x’ + 4y’ + 27 = 0
x’² + y’² − 24x’ + 16y’ + 108 = 0
Jawaban: x² + y² − 24x + 16y + 108 = 0
Contoh 15:
Diketahui transformasi T₁ adalah refleksi terhadap sumbu-y dan T₂ adalah rotasi 270° terhadap O. Tentukan bayangan kurva y = (x−1)² + 2 oleh T₂ ∘ T₁.
Pembahasan:
M₁ (refleksi sumbu-y) = ((−1, 0), (0, 1))
M₂ (rotasi 270°): cos 270° = 0, sin 270° = −1 → M₂ = ((0, 1), (−1, 0))
M = M₂ × M₁ = ((0, 1), (−1, 0)) × ((−1, 0), (0, 1)) = ((0, 1), (1, 0))
Dari M(x, y)ᵀ = (x’, y’)ᵀ: x’ = y, y’ = x
Invers: x = y’, y = x’
Substitusi: x’ = (y’ − 1)² + 2
Jawaban: x = (y − 1)² + 2
Latihan Soal: Komposisi Transformasi
Mudah
- Tentukan bayangan titik (4, −1) oleh translasi T₁ = (2, 3) dilanjutkan T₂ = (−5, 1).
- Tentukan bayangan titik (−3, 7) oleh refleksi sumbu-x dilanjutkan refleksi sumbu-y.
- Tentukan bayangan titik (2, −4) oleh dilatasi pusat O, k = 3 dilanjutkan translasi T = (−1, 2).
- Tentukan bayangan titik (5, 0) oleh refleksi garis y = x dilanjutkan translasi T = (2, −3).
- Tentukan bayangan titik (1, 6) oleh translasi T = (3, −2) dilanjutkan dilatasi pusat O, k = 2.
Sedang
- Tentukan matriks komposisi dari refleksi sumbu-y dilanjutkan rotasi 90° terhadap O.
- Tentukan bayangan garis y = 3x + 2 oleh refleksi sumbu-x dilanjutkan translasi T = (0, 4).
- Tentukan bayangan titik (−2, 3) oleh rotasi 90° terhadap O dilanjutkan refleksi garis y = −x.
- Tentukan matriks komposisi dari dilatasi k = 2 dilanjutkan refleksi garis y = −x.
- Tentukan bayangan kurva y = x² oleh translasi T = (1, −2) dilanjutkan refleksi sumbu-y.
Sulit
- Tentukan bayangan kurva y = 2x² − x + 1 oleh refleksi sumbu-y dilanjutkan rotasi 90° dilanjutkan dilatasi k = 3.
- Titik Q(a, b) setelah dirotasi 90° terhadap O lalu ditranslasikan T = (1, −2) menghasilkan Q'(−1, 3). Tentukan a dan b.
- Tentukan bayangan lingkaran (x−2)² + (y+1)² = 4 oleh dilatasi pusat O, k = 3, dilanjutkan refleksi garis y = x.
- Tentukan bayangan kurva y = sin x oleh refleksi sumbu-x dilanjutkan translasi T = (π/2, 1).
- Diberikan T₁ adalah rotasi 60° terhadap O dan T₂ adalah rotasi 120° terhadap O. Tentukan T₂ ∘ T₁ dan bayangan titik (1, 0) oleh komposisi tersebut.
E. Aplikasi Transformasi dalam Persamaan Fungsi
Transformasi geometri memiliki aplikasi penting dalam menganalisis dan memanipulasi grafik fungsi. Berikut adalah hubungan antara transformasi dan perubahan pada persamaan fungsi:
| Transformasi | Perubahan pada y = f(x) |
|---|---|
| Translasi (a, b) | y = f(x − a) + b |
| Refleksi sumbu-x | y = −f(x) |
| Refleksi sumbu-y | y = f(−x) |
| Dilatasi vertikal k | y = k·f(x) |
| Dilatasi horizontal k | y = f(x/k) |
Kegiatan: Mencoba
Gambarkan grafik y = x² pada kertas berpetak. Kemudian gambar juga y = (x−2)² + 3. Bandingkan kedua grafik tersebut. Apa yang terjadi? Grafik kedua adalah bayangan grafik pertama oleh translasi (2, 3).
Kegiatan: Mengkomunikasikan
Jelaskan kepada teman mengapa y = f(x − a) menggeser grafik ke kanan (bukan ke kiri). Petunjuk: titik yang sebelumnya di x = 0 sekarang berada di x = a agar f(a − a) = f(0) menghasilkan nilai yang sama.
Contoh Soal: Aplikasi Transformasi pada Fungsi
Mudah Contoh 1–5
Contoh 1:
Diketahui f(x) = x² + 1. Tentukan persamaan bayangan setelah ditranslasikan (3, 0).
Pembahasan:
Translasi (3, 0): y = f(x − 3) = (x − 3)² + 1 = x² − 6x + 9 + 1 = x² − 6x + 10
Jawaban: y = x² − 6x + 10
Contoh 2:
Diketahui f(x) = 2x + 3. Tentukan bayangan setelah refleksi sumbu-x.
Pembahasan:
Refleksi sumbu-x: y = −f(x) = −(2x + 3) = −2x − 3
Jawaban: y = −2x − 3
Contoh 3:
Diketahui f(x) = x³. Tentukan bayangan setelah refleksi sumbu-y.
Pembahasan:
Refleksi sumbu-y: y = f(−x) = (−x)³ = −x³
Jawaban: y = −x³
Contoh 4:
Diketahui f(x) = x². Tentukan bayangan setelah translasi (0, 5).
Pembahasan:
Translasi (0, 5): y = f(x) + 5 = x² + 5
Jawaban: y = x² + 5
Contoh 5:
Diketahui f(x) = |x|. Tentukan bayangan setelah translasi (−2, 4).
Pembahasan:
Translasi (−2, 4): y = f(x − (−2)) + 4 = |x + 2| + 4
Jawaban: y = |x + 2| + 4
Sedang Contoh 6–10
Contoh 6:
Grafik y = x² − 2x + 3 digeser 2 satuan ke kanan dan 1 satuan ke bawah. Tentukan persamaan baru.
Pembahasan:
Translasi (2, −1): y = f(x − 2) − 1
f(x − 2) = (x−2)² − 2(x−2) + 3 = x² − 4x + 4 − 2x + 4 + 3 = x² − 6x + 11
y = x² − 6x + 11 − 1 = x² − 6x + 10
Jawaban: y = x² − 6x + 10
Contoh 7:
Grafik y = sin x direfleksikan terhadap sumbu-x lalu ditranslasikan (π/2, 0). Tentukan persamaan bayangan.
Pembahasan:
Langkah 1 – Refleksi sumbu-x: y = −sin x
Langkah 2 – Translasi (π/2, 0): y = −sin(x − π/2) = −(−cos x) = cos x
Jawaban: y = cos x
Contoh 8:
Grafik y = 1/x didilatasikan secara vertikal dengan faktor 2 lalu ditranslasikan (0, 3). Tentukan persamaan bayangan.
Pembahasan:
Langkah 1 – Dilatasi vertikal k = 2: y = 2·(1/x) = 2/x
Langkah 2 – Translasi (0, 3): y = 2/x + 3
Jawaban: y = 2/x + 3
Contoh 9:
Diketahui grafik y = √x. Tentukan persamaan bayangan setelah refleksi sumbu-y dilanjutkan translasi (4, 0).
Pembahasan:
Langkah 1 – Refleksi sumbu-y: y = √(−x)
Langkah 2 – Translasi (4, 0): y = √(−(x − 4)) = √(4 − x)
Jawaban: y = √(4 − x)
Contoh 10:
Grafik y = 2ˣ digeser 3 satuan ke kiri dan 1 satuan ke atas. Tentukan persamaan baru.
Pembahasan:
Translasi (−3, 1): y = f(x − (−3)) + 1 = 2^(x+3) + 1
Jawaban: y = 2^(x+3) + 1
Sulit Contoh 11–15
Contoh 11:
Grafik y = x² − 4x + 7 ditranslasikan sehingga titik puncaknya berpindah ke (5, −1). Tentukan vektor translasi dan persamaan baru.
Pembahasan:
y = x² − 4x + 7 = (x − 2)² + 3, titik puncak (2, 3)
Puncak baru (5, −1), maka vektor translasi T = (5−2, −1−3) = (3, −4)
Persamaan baru: y = (x − 5)² − 1 = x² − 10x + 25 − 1 = x² − 10x + 24
Jawaban: T = (3, −4), y = x² − 10x + 24
Contoh 12:
Grafik y = x² dicerminkan terhadap sumbu-x lalu didilatasikan vertikal k = 1/2, kemudian ditranslasikan (1, 4). Tentukan persamaan akhir.
Pembahasan:
Langkah 1 – Refleksi sumbu-x: y = −x²
Langkah 2 – Dilatasi vertikal k = 1/2: y = (1/2)(−x²) = −x²/2
Langkah 3 – Translasi (1, 4): y = −(x−1)²/2 + 4
y = −(x² − 2x + 1)/2 + 4 = −x²/2 + x − 1/2 + 4 = −x²/2 + x + 7/2
Jawaban: y = −(x−1)²/2 + 4 atau y = −x²/2 + x + 7/2
Contoh 13:
Diketahui f(x) = x² + 2x − 8. Bayangan kurva oleh suatu translasi T = (a, b) adalah g(x) = x² − 4x − 1. Tentukan nilai a dan b.
Pembahasan:
f(x) = (x + 1)² − 9, puncak (−1, −9)
g(x) = (x − 2)² − 5, puncak (2, −5)
T = (2 − (−1), −5 − (−9)) = (3, 4)
Verifikasi: g(x) = f(x − 3) + 4 = (x−3)² + 2(x−3) − 8 + 4 = x² − 6x + 9 + 2x − 6 − 4 = x² − 4x − 1 ✓
Jawaban: a = 3, b = 4
Contoh 14:
Grafik y = log₂(x) direfleksikan sumbu-y lalu ditranslasikan (8, 2). Tentukan domain dan persamaan bayangan.
Pembahasan:
Langkah 1 – Refleksi sumbu-y: y = log₂(−x), domain x < 0
Langkah 2 – Translasi (8, 2): y = log₂(−(x−8)) + 2 = log₂(8−x) + 2
Domain: 8 − x > 0 → x < 8
Jawaban: y = log₂(8−x) + 2, domain x < 8
Contoh 15:
Kurva y = 2x² + 3x − 5 ditransformasikan oleh matriks M = ((2, 0), (0, 2)) dilanjutkan translasi T = (−1, 3). Tentukan persamaan bayangan.
Pembahasan:
Matriks M = ((2, 0), (0, 2)) adalah dilatasi k = 2 pusat O.
Dilatasi k = 2: x₁ = 2x, y₁ = 2y → x = x₁/2, y = y₁/2
Translasi (−1, 3): x’ = x₁ − 1, y’ = y₁ + 3 → x₁ = x’ + 1, y₁ = y’ − 3
Gabungan: x = (x’ + 1)/2, y = (y’ − 3)/2
Substitusi: (y’−3)/2 = 2((x’+1)/2)² + 3((x’+1)/2) − 5
(y’−3)/2 = 2(x’+1)²/4 + 3(x’+1)/2 − 5
(y’−3)/2 = (x’+1)²/2 + 3(x’+1)/2 − 5
y’ − 3 = (x’+1)² + 3(x’+1) − 10
y’ − 3 = x’² + 2x’ + 1 + 3x’ + 3 − 10
y’ = x’² + 5x’ − 3
Jawaban: y = x² + 5x − 3
Latihan Soal: Aplikasi Transformasi pada Fungsi
Mudah
- Diketahui f(x) = 3x − 2. Tentukan bayangan setelah translasi (1, 4).
- Diketahui f(x) = x² − 1. Tentukan bayangan setelah refleksi sumbu-x.
- Diketahui f(x) = x² + 3x. Tentukan bayangan setelah refleksi sumbu-y.
- Diketahui f(x) = 2x². Tentukan bayangan setelah translasi (0, −3).
- Diketahui f(x) = |x − 1|. Tentukan bayangan setelah translasi (2, 0).
Sedang
- Grafik y = x² + 2x − 3 digeser 1 satuan ke kanan dan 4 satuan ke atas. Tentukan persamaan baru.
- Grafik y = cos x ditranslasikan (π/4, −1). Tentukan persamaan bayangan.
- Grafik y = √x direfleksikan sumbu-y lalu ditranslasikan (3, 0). Tentukan persamaan dan domain bayangan.
- Grafik y = 1/(x+1) didilatasikan vertikal k = 3 lalu ditranslasikan (0, −2). Tentukan persamaan bayangan.
- Grafik y = 3ˣ direfleksikan sumbu-x lalu ditranslasikan (0, 5). Tentukan persamaan bayangan.
Sulit
- Bayangan kurva y = x² − 6x + 5 oleh translasi T = (a, b) adalah y = x² − 2x − 3. Tentukan a dan b.
- Grafik y = x² dicerminkan sumbu-x, didilatasikan vertikal k = 3, lalu ditranslasikan (−2, 5). Tentukan persamaan akhir.
- Kurva y = 2x² − 8x + 10 ditransformasikan oleh matriks ((3, 0), (0, 3)) dilanjutkan translasi T = (0, −6). Tentukan persamaan bayangan.
- Grafik y = ln(x) direfleksikan sumbu-y, ditranslasikan (5, 0), lalu didilatasikan vertikal k = 2. Tentukan persamaan dan domain bayangan.
- Diketahui bayangan y = ax² + bx + c oleh refleksi sumbu-y dilanjutkan translasi (2, −3) adalah y = 2x² − 12x + 16. Tentukan a, b, dan c.
F. Ringkasan
- Translasi T = (a, b): P'(x + a, y + b)
- Refleksi: Gunakan tabel refleksi sesuai sumbu/garis pencerminan
- Rotasi θ pusat O: P'(x cos θ − y sin θ, x sin θ + y cos θ)
- Dilatasi k pusat O: P'(kx, ky)
- Bayangan kurva: Gunakan metode invers (nyatakan x, y lama dalam x’, y’ baru)
- Komposisi: Matriks komposisi = M_terakhir × … × M_pertama
- Aplikasi fungsi: Translasi (a, b) → y = f(x−a) + b