Kalkulus

Bilangan Real Nilai Absolut Fungsi Limit fungsi Derivatif Fungsi Trigonometri Fungsi Eksponen Integral

Pengertian Fungsi

Diketahui $D$ dan $Y$ himpunan bagian bilangan real. Fungsi dari himpunan $D$ ke himpuan $Y$ adalah suatu aturan yang menghubungkan setiap anggota $D$ dengan satu anggota $Y$. Himpunan $D$ dinamakan domain atau daerah definisi dan $Y$ dinamakan kodomain. Jika $x$ oleh $f$ dihubungkan dengan $y \in Y$ maka $y$ dinamakan nilai fungsi $f$ di $x$, dituliskan \[ f(x)=y. \] Cara lain membaca "$f(x)=y$" adalah "f(x) sama dengan y" atau "peta x adalah y" atau prapeta y adalah x. Himpunan semua nilai fungsi dinamakan range $f$.

Contoh

Diberikan himpunan-himpunan $D=\{-1,0,1,2,3\}$ dan $Y=\{0,1,2,3,4,5,9\}$. Fungsi $f$ dari $D$ ke $Y$ dinyatakan dengan \[ f(x)=x^2.\]

Nilai-nilai fungsi tersebut adalah \begin{eqnarray*} f(-1)&=(-1)^2=1\\ f(0)&=0^2=0\\ f(1)&=1^2=1\\ f(2)&=2^2=4\\ f(3)&=3^2=9\\ \end{eqnarray*}

Perhatikan bahwa nilai fungsi tersebut di $-1$ dan $1$ adalah sama, yakni $f(-1)=f(1)=1$. Rangenya adalah \[ \text{range } f = \{0,1,4,9\}. \]

Dalam pembahasan selanjutnya, jika tidak disebutkan secara khusus, domain fungsi $f$ adalah himpunan semua bilangan real $x$ sehingga $f(x)$ ada nilainya.

Contoh

Diketahui $f$ fungsi dengan domain interval $\{x:0 \leq x \leq 5\}$ dengan aturan \[ f(x)= 3x. \] Range $f$ adalah $\{x:0\leq x \leq 15\}$. Nilai fungsi pada beberapa titik misalnya adalah \begin{eqnarray*} f(0)&=& 3 \cdot 0 = 0 \\ f(2)&=& 3 \cdot 2 =6\\ f(0,5)&=& 3 \cdot (0,5) = 1,5\\ f(a)&=& 3a \\ f(a+b)&=& 3(a+b)=3a+3b\\ f(x^2)&=& 3x^2\\ f(t-2)&=& 3(t-2)=3t-6. \end{eqnarray*}

CONTOH

Fungsi $f(t)=\sqrt{t}$ adalah fungsi yang nilainya ada hanya jika $t$ bukan bilangan negatif. Dengan demikian domainya adalah semua bilangan real tidak negatif dan rangenya adalah semua bilangan real tidak negatif, \[\text{domain } f = \{t:t \geq 0\}, \] \[\text{range } f = \{t:t \geq 0\}. \]

CONTOH. Carilah domain fungsi $g(x)=\sqrt{x-1}$.

PENYELESAIAN. Fungsi ini ada nilainya jika bilangan di dalam tanda akar lebih besar atau sama dengan $0$. Oleh karena itu domainnya adalah himpunan semua bilangan $x$ sehingga $x-1 \geq 0$ yang berarti himpunan semua $x$ sehingga $x\geq 1$, yakni \[\text{domain } g = \{x:x \geq 1\}. \]

CONTOH. Carilah domain fungsi \[ h(x) = \frac{1}{x-3}. \]

PENYELESAIAN. Fungsi tersebut ada nilainya kecuali jika penyebutnya $0$. Oleh karena itu domainya adalah semua bilangan real sehingga $x-3 \neq 0$, \[\text{domain } h = \{x:x \neq 3\}\]

Grafik Fungsi

Jika $f$ adalah fungsi dan $a$ anggota domain $f$, maka nilai fungsi di titik $a$ adalah $f(a)$. Pasangan terurut $a$ dan $f(a)$ dituliskan \[(a,f(a)). \] Telah diketahui bahwa pasangan terurut $(a,f(a))$ pada bidang $xy$ menyatakan suatu titik. Grafik fungsi $f$ adalah himpunan semua titik-titik $(x,f(x))$ dengan $x$ anggota domain $f$.

Contoh

Diketahui fungsi dengan aturan $f(x)=x^2$ dan domain $\{x:-2\le x\le 3\}$. Untuk mengambarkan grafik fungsi ini, terlebih dahulu dihitung nilai fungsi pada beberapa titik, misalnya seperti pada tabel berikut.
x-2-3/2-1-1/201/213/225/23
f(x)4 9/4 1 1/4 0 1/419/4425/49
Dari tabel tersebut diperoleh titik-titik:

(-2,4), (-3/2,9/4), (-1,1), (-1/2,1/4), (0,0),(1/2,1/4), (1,1),(3/2, 9/4), (2,4),(5/2,25/4) dan (3,9).

Titik-titik ini selanjutnya ditempatkan pada bidang-$xy$, sehingga diperoleh sketsa grafik fungsi seperti gambar di sebalah.

Untuk memperoleh gambar grafik yag lebih baik, jumlah titik-titik $(x,f(x))$ dapat dibuat lebih banyak, sehingga dapat diperoleh grafik seperti di samping berikut.

Fungsi Linear

Fungsi linear adalah fungsi yang dapat dituliskan dalam bentuk \begin{equation} \label{deflinfunc} f(x)=mx+c, \end{equation} dengan $m$ dan $c$ konstanta.

CONTOH. Fungsi $y-3x+5=0$ merupakan fungsi linear, sebab fungsi ini dapat dituliskan dalam bentuk $y=3x-5$.

Grafik fungsi linear berupa garis, konstanta $m$ dinamakan kemiringan atau slope, konstanta $c$ dinamakan intersep. Oleh karena itu persamaan linear juga dinamakan persamaan garis dengan kemiringan $m$ dan intersep $c$.

Substitusi $x=0$ ke persamaan linear, diperoleh $f(x)=c$, sehingga garis tersebut melewati titik $(0,c)$. Dengan demikian intersep merupakan titik dimana garis tersebut berpotongan dengan sumbu $y$.

CONTOH.

Grafik fungsi linear $f(x)=2x+3$ berupa garis dengan kemiringan $2$, yang berarti jika $x$ bertambah $1$ satuan maka $f(x)$ bertambah $2$ satuan. Garis ini memiliki intersep $3$, yang berarti garis ini berpotongan dengan sumbu $y$ di titik $(0,3)$.

CONTOH.

Diberikan fungsi $f(x) = -\frac{1}{2} x + 1$. Grafik fungsi ini berupa garis dengan kemiringan $-\frac{1}{2}$, yang berarti jika $x$ bertambah $1$ satuan maka $f(x)$ berkurang $\frac{1}{2}$ satuan. Garis ini berpotongan dengan sumbu vertikal pada titik $(0,1)$.

Kemiringan garis ditentukan oleh koefisien $m$. Semakin besar nilai $m$ semakin curam garisnya. Jika $m$ bertanda positif maka garis miring ke kanan, jika $m$ bertanda negatif maka garis miring kekiri. Garis horisontal memiliki kemiringan $m=0$ dan garis vertikal memiliki kemiringan tak hingga.

Perhatikan kembali persamaan umum fungsi linear \[ f(x)=mx+c.\] Misalkan grafik fungsi ini melalui titik $(x_0,y_0)$ dan $(x_1,y_1)$. Ini berarti \begin{eqnarray*} y_0=mx_0+c\\ y_1=mx_1+c. \end{eqnarray*} Persamaan kedua dikurangi persamaan pertama menghasilkan \[y_1-y_0=mx_1-mx_0. \] Dengan demikian kemiringan garis ini dapat dituliskan \begin{equation} m=\frac{y_1-y_0}{x_1-x_0} \label{slope} \end{equation} Karena $y_1-y_0$ adalah perubahan tinggi dan $x_1-x_0$ adalah perubahan maju, maka persamaan di atas menyatakan bahwa kemiringan garis merupakan perbandingan perubahan tinggi dan perubahan maju.

Diketahui suatu garis memiliki kemiringan $m$ dan melalui titik $(x_0,y_0)$. Misalkan $(x,y)$ sebarang titik pada garis tersebut. Berlaku \[ m=\frac{y-y_0}{x-x_0} \] dan dapat disusun menjadi

$$\begin{equation} \label{lineeq} y-y_0=m(x-x_0) \end{equation}$$
yang dinamakan persamaan garis dengan kemiringan $m$ yang melewati titik $(x_0,y_0)$.

CONTOH. Suatu garis melalui titik $(1,2)$ dan $(-1,8)$. Carilah kemiringan dan persamaan garis tersebut.

PENYELESAIAN. Kemiringan garis tersebut adalah \[ m = \frac{8-2}{-1-1}=-3\] Persamaan garis ini dapat dicari dengan mamasukan $m=-3$, $x_0=1$ dan $y_0=2$ kedalam persaamaan (\ref{lineeq}): \begin{eqnarray*} y-2&=&(-3)(x-1)\\ &=&-3x+3. \end{eqnarray*} Dengan demikian persamaan garis tersebut adalah \[y=-3x+5.\]

Operasi pada fungsi

Dua fungsi $f(x)$ dan $g(x)$ dapat dioperasikan dengan operasi penjumlahan, pengurangan, perkalian dan pembagian. Operasi pada fungsi dilakukan dengan cara seperti di sebalah. Domain operasi dua fungsi adalah irisan domain kedua fungsi, dan untuk fungsi $f/g$ domainnya juga tidak boleh mencakup bilangan $x$ dimana $g(x)=0$.
  • $(f+g)(x)=f(x)+g(x)$
  • $(f-g)(x)=f(x)-g(x)$
  • $(f\cdot g)(x)=f(x)g(x)$
  • $\left(\frac{f}{g}\right)(x)=\frac{f(x)}{g(x)}$
CONTOH. Diketahui fungsi $f(x)=\sqrt{x+2}$ dan $g(x)=\sqrt{7-x}$. Domain $f$ adalah $[-2,\infty)$ dan domain $g$ adalah $(-\infty,7]$.
CONTOH. Fungsi $f(x)=x^2+2x$ memiliki domain semua bilangan real dan fungsi $g(x)=\sqrt{x}+x^2$ memiliki domain interval $[0,\infty)$.

Fungsi Komposisi

Diketahui nilai fungsi $f$ di $x$ adalah $y$, yakni $y=f(x)$. Jika nilai fungsi $g$ di $y$ adalah $g(y)$, maka dengan mengganti $y=f(x)$, fungsi $g(y)$ dapat dinyatakan dengan \[ g(y)=g(f(x)).\]
Fungsi komposisi $f$ dan $g$ dituliskan $g \circ f$, didefinisikan \begin{equation} (g \circ f) (x) = g(f(x)) \end{equation}

Demikian pula fungsi komposisi $f \circ g$ didefinisikan \[ (f \circ g) (x) = f(g(x)) \]

CONTOH. Diketahui $f(x)=x^2$ dan $g(x)=2x+5$. Nilai fungsi komposisi $g \circ f$ pada beberapa nilai $x$ dapat dicari, misalnya: \[ (g \circ f) (2) =g(f(2))=g(2^2)=g(4)=2\cdot 4 +5 = 13\] \[ (g \circ f) (-1)=g(f(-1))=g((-1)^2)=g(1)=2\cdot 1 +5 =7\] Secara umum nilai fungsi $g \circ f$ pada bilangan $x$ adalah \[ (g \circ f) (x) = g(f(x))=g(x^2)=2x^2+5 \] Demikian pula, nilai fungsi $f \circ g$ pada bilangan $x$ adalah \[ (f \circ g) (x) = f(g(x))=f(2x+5)=(2x+5)^2=4x^2+20x+25\]

CONTOH. Tuliskan fungsi $h(x)=(x^2+1)^{7}$ dalam bentuk fungsi komposisi.

PEYELESAIAN. Fungsi $h(x)$ dapat ditulis menjadi \[ h(x)=g(f(x))\quad \text{dimana} \quad g(x)=x^7 \quad \text{dan} \quad f(x)=x^2+1.\]

Beberapa jenis fungsi

Fungsi konstan

Fungsi konstan adalah fungsi berbentuk \[ f(x) = c\] dimana $c$ konstanta. Dengan demikian, berapapun nilai $x$, nilai fungsi konstan tidak berubah. Grafik fungsi konstan berupa garis horisontal yang melalui titik $y=c$. Sebagai contoh, fungsi $f(x)=3$ merupakan fungsi konstan. Grafik fungsi ini adalah garis yang sejajar dengan sumbu horisontal dan melalui titik $y=3$.

Fungsi Pangkat

Fungsi pangkat adalah fungsi berbentuk \[f(x) = x^a \] dengan $a$ konstanta. Untuk $a=1$,fungsi pangkat dinamakan fungsi identitas, yaitu fungsi berbentuk \[ f(x)=x.\] Grafik fungsi identitas berupa garis yang melalui titik $(0,0)$ dengan kemiringan $1$. Grafik $f(x)=x^a$ dengan $a=1,2,3,4$ digambarkan di dalam gambar di samping.

Grafik $f(x)=x^a$ dengan $a=-1$ terbagi atas dua bagian dan tidak terdefinisi untuk $x=0$. Bagian pertaman berada pada kuadran pertama, dimana nilai fungsi semakin menuju tak hingga jika $x$ mendekati nol, dan mendekati nol jika $x$ semakin besar. Bagian kedua berada pada kuadrat ketiga dengan pola nilai fungsi semaki kecil untuk $x$ mendekati minus tak hingga dan semakin mendekati minus tak hingga untuk $x$ mendekati nol. Untuk $a=\sqrt{2}$, domainnya adalah semua bilangan real non negatif. Untuk nilai $x$ semakin besar, grafik fungsi $f(x)=x^{1/2}=\sqrt{x}$ naik dan kenaikanya semakin kecil untuk $x$ sebakin besar.

Fungsi Polinom

Fungsi polinom adalah fungsi yang dapat dinyatakan dengan \[f(x)=a_nx^n+a_{n-1}x^{n-1}+ \cdots + a_1x+a_0 \] dengan $n$ bilangan bulat tidak negatif dan $a_0,a_1, \cdots , a_n$ konstanta. Jika $a_n \neq 0$ maka fungsi polinom tersebut dinamakan polinom berderajat $n$. Sebagai contoh,
  • Fungsi $f(x) =\frac{x^3}{3}-\frac{x^2}{2}-2x+1$ merupakan polinom berderajat $3$
  • fungsi $f(x) = x^4-3x^3-9x^2+4x-1$ merupakan polinom berderajat $4$.

Fungsi Rasional

Fungsi rasional adalah fungsi yang berbentuk \[ f(x) =\frac{p(x)}{q(x)} \] dengan $p(x)$ dan $q(x)$ polinom, dan $q(x)\neq 0$. Sebagai contoh, fungsi $$f(x) = \frac{x^3+1}{x-1}$$ merupakan fungsi rasional. Perhatikan bahwa domain fungsi ini adalah semua bilangan real selain $1$, pada titik $x=1$ fungsi ini tidak terdefinisi. Grafik fungsi ini dapat dilihat pada gambar di samping.

Tes formatif

Fungsi $h(x)=\sqrt{x^3+1}$ dapat dinyatakan sebagai fungsi komposisi menjadi $h(x)=g(f(x))$ dimana

Diketahui $f(x)=x^2+1$ dan $g(x)=\sqrt{x}$. Nilai $(g \circ f) (2)=$

Diketahui $f(x)=x+2$ dan $g(x)=x^2$. Nilai $(f \circ g) (1)=$

Diketahui $f(x)=x^2+x$ dan $g(x)=1/(x+1)$. Nilai $(f+g) (1)=$

Diketahui $f(x)=x^2+1$ dan $g(x)=(x+1)$. Nilai $(f-g) (2)=$

Diketahui $f(x)=x^2+\sqrt{x}$ dan $g(x)=1/(x+1)$. Domai $f+g$ adalah

Diketahui $f(x)=-17$. Nilai $f(100)=$

Diketahui $f(x)=x^3+x$ dan $g(x)=(x+3)^3$. Fungsi $(f\circ g)(x)=$

Diketahui $f(x)=\frac{1}{x^2-1}$ dan $g(x)=\sqrt{x}$. Domain fungsi $f+g$ adalah

Jika $f(x)=(x+1)^3$ dan $g(x)=x+5$, maka $(g \circ f)(x)=$