Catatan Kuliah MA1223 Kalkulus Elementer II Oki Neswan,Ph.D.,
Departemen Matematika-ITB
Bab 16 Integral di Ruang-n Integral Integral Integral Integral
Ganda atas persegi panjang Berulang Ganda atas Daerah sebarang Ganda Koordinat Polar
1
Catatan Kuliah MA1223 Kalkulus Elementer II
Pendahuluan Masalah-masalah yang dipecahkan oleh integral dengan dua variabel atau lebih serupa dengan yang dipecahkan oleh integral satu variabel, hanya lebih umum. Seperti halnya pada turunan fungsi n variabel, integral inipun dibangun berdasarkan pengalaman kita pada integral satu variabel. Hubungan antara integral dan turunan untuk fungsi multivariabel juga sangat erat seperti halnya fungsi satu variabel. Di sini kita dapat mereduksi integral menjadi beberapa integral fungsi satu variabel sehingga Teorema Dasar Kalkulus dapat kembali berperan dalam konteks yang lebih umum ini.
Oki Neswan, Ph.D. – Departemen Matematika ITB
2
1
Catatan Kuliah MA1223 Kalkulus Elementer II
1. Integral Ganda atas Persegi Panjang Ingat kembali pada fungsi satu variabel f (x), kita membagi interval [a,b] menjadi interval-interval dengan panjang ∆xk, k=1,2,…,n, berdasarkan partisi P : x1 < x2 < < xk , memilih titik sampel xk dari interval ke k, kemudian
∫ f ( x ) dx = lim
n
b
a
P →0
∑ f ( x ) ∆x k =1
k
k
Diberikan fungsi f (x,y) kontinu pada himpunan berbentuk persegi panjang: R = {(x,y) : a ≤ x ≤ b dan c ≤ y ≤ d}. Kita akan membangun integral dengan cara serupa seperti pada integral fungsi satu variabel. Oki Neswan, Ph.D. – Departemen Matematika ITB
3
Catatan Kuliah MA1223 Kalkulus Elementer II
Daerah berbentuk persegi panjang R dibagi oleh garis-garis yang sejajar dengan kedua sumbu koordinat, menjadi beberapa persegi panjang kecil dengan luas ∆A = ∆x∆y. Tiap persegi panjang tersebut diberi indeks, ∆A1 , ∆A2 ,… , ∆An .
Pilih sebarang titik ( xk , yk ) dari tiap ∆Ak . Bentuklah jumlah Riemann n
Sn = ∑ f ( xk , yk ) ∆Ak k =1
Oki Neswan, Ph.D. – Departemen Matematika ITB
4
2
Catatan Kuliah MA1223 Kalkulus Elementer II
Definisi Misalkan f dua variabel kontinu terdefinisi pada persegi panjang R. Jika n
lim P →0 ∑ f ( xk , yk ) ∆Ak k =1
ada, maka f terintegral atas R, dan nilai limit ini disebut integral ganda dari f atas R. n
lim P →0 ∑ f ( xk , yk ) ∆Ak = ∫∫ f ( x, y ) dA. k =1
R
( xk , yk ) Jika f kontinu, partisi diperhalus dengan membuat ∆x dan ∆y mendekati nol, maka jumlah Riemann akan konvergen menuju limit yang disebut integral ganda (integral lipat) dari f pada daerah R. Oki Neswan, Ph.D. – Departemen Matematika ITB
5
Catatan Kuliah MA1223 Kalkulus Elementer II
Catatan : Limit pada definisi di atas berbeda dengan limit yang telah kita pelajari, walaupun ide dasarnya tetap sama. 1. Untuk tiap partisi P, P adalah panjang diagonal terpanjang dari persegi panjang bagian yang dibentuk oleh P. Ini adalah ukuran halus-kasarnya pembagian R oleh partisi P. 2. Nilai limit tidak bergantung pada pilihan titik sampel ( xk , yk ) . 3. Untuk tiap ε > 0, terdapat δ > 0 sehingga: untuk setiap partisi dengan P < δ , berlaku
n
∑ f ( x , y ) ∆A − ∫∫ f ( x, y ) dA < ε . k =1
k
k
k
R
Oki Neswan, Ph.D. – Departemen Matematika ITB
6
3
Catatan Kuliah MA1223 Kalkulus Elementer II
Hampiran Volume
Bila f nonnegatif, maka jumlah Riemann di atas memberikan jumlah dari volume kotak atau balok dengan alas ∆Ak dan tinggi f ( xk , yk ) Oki Neswan, Ph.D. – Departemen Matematika ITB
7
Catatan Kuliah MA1223 Kalkulus Elementer II
Jika f ( x, y ) ≥ 0, ∫∫ f ( x, y ) dA menyatakan volume benda pada dibawah R
permukaan z = f ( x, y ) dan di atas persegi panjang R.
Volume = lim n→∞ S n = ∫∫ f ( x, y ) dA R
dengan ∆Ak → 0 ketika n → ∞ ∈ .
Oki Neswan, Ph.D. – Departemen Matematika ITB
8
4
Catatan Kuliah MA1223 Kalkulus Elementer II
Eksistensi Tidak semua fungsi dua variabel terintegral atas sebuah persegi panjang R. Khususnya fungsi-fungsi yang tak terbatas tidak terintegral.
Teorema Eksistensi Jika f ( x, y ) terbatas dan kontinu pada persegi panjang R, kecuali pada berhingga buah kurva mulus, maka f terintegral pada R. Khususnya, jika f kontinu pada R, maka f terintegral pada R.
Oki Neswan, Ph.D. – Departemen Matematika ITB
9
Catatan Kuliah MA1223 Kalkulus Elementer II
Teorema Sifat - sifat Integral Ganda 1. Integral Ganda Bersifat Linear. a.
∫∫ kf ( x, y ) dA = k ∫∫ f ( x, y ) dA R
b.
R
∫∫ ⎡⎣ f ( x, y ) + g ( x, y )⎤⎦ dA = ∫∫ f ( x, y ) dA + ∫∫ g ( x, y ) dA R
R
R
2. Sifat Dominasi. Jika f ( x, y ) ≤ g ( x, y ) untuk tiap ( x, y ) ∈ R, maka
∫∫ f ( x, y ) dA ≤ ∫∫ g ( x, y ) dA R
R
3. Sifat Additif pada persegi panjang
∫∫ f ( x, y ) dA = ∫∫ f ( x, y ) dA + ∫∫ f ( x, y ) dA
R1 ∪ R2
R1
R2
Oki Neswan, Ph.D. – Departemen Matematika ITB
10
5
Catatan Kuliah MA1223 Kalkulus Elementer II
2. Integral Berulang Masalah integral erat kaitannya dengan volume. Maka kita coba mendekati masalah menghitung integral dengan masalah menghitung volume. Misalkan kita ingin menentukan volume benda pejal dibawah bidang z=f(x,y) di atas persegi panjang R: a ≤ x ≤ b, c ≤ y ≤ d, dengan mengirisnya seperti pada bab 6. Misalnya benda tersebut diiris tegak lurus terhadap sb-x. selebar ∆x. Misalkan luas penampang irisan benda pejal dengan bidang x adalah A(x).
Oki Neswan, Ph.D. – Departemen Matematika ITB
11
Catatan Kuliah MA1223 Kalkulus Elementer II
Misalkan interval [ a, b ] dibagi oleh partisi P : a = x0 ≤ x1 ≤
≤ xn = b.
Bidang-bidang x = xi membagi benda menjadi n buah keping yang tebalnya ∆xi = xi +1 − xi dan volumenya ∆Vi . Hampirannya ∆Vi ≈ A ( xi ) ∆xi ,
xi sebarang titik pada selang [ xi −1 , xi ] . A ( xi ) adalah luas daerah dibawah grafik z = f ( x, y ) pada bidang x = xi . Kita dapat memilih xi = xi , sehingga ∆Vi ≈ A ( xi ) ∆xi = ∫
y =d y =c
f ( xi , y ) dy
Jadi, volume benda adalah n
n
i =1
i =1
V = ∑ ∆Vi ≈ ∑ A ( xi ) ∆xi Apabila norm dari partisi menuju nol, maka V =∫
x =b
x=a
A ( x ) dx = ∫
x =b
x=a
(∫
y=d y =c
)
f ( xi , y ) dy dx
Kembali kita baru saja melakukan proses/strategi yang sering digunakan dalam integral: slice - approximate - integrate. Oki Neswan, Ph.D. – Departemen Matematika ITB
12
6
Catatan Kuliah MA1223 Kalkulus Elementer II
Tentu saja volume juga dapat dihitung dengan membagi selang [c, d ]. Dengan cara urutan pengintegralan dibalik menjadi V =∫
y =d
A ( y ) dy = ∫
y =c
y =d y =c
(∫
x =b
x=a
)
f ( x, y ) dx dy
Teorema Teorema Integral Berulang Fubini Jika f ( x, y ) kontinu pada persegi panjang R : a ≤ x ≤ b, c ≤ y ≤ d , maka
∫∫ f ( x, y ) dA = ∫
x =b
x=a
R
(∫
y =d y =c
)
f ( x, y ) dy dx = ∫
y =d y =c
(∫
x =b
x=a
)
f ( x, y ) dx dy
Contoh Hitunglah
∫∫ f ( x, y ) dA R
jika f ( x, y ) = 1 − 6 x 2 y atas persegi panjang
R : 0 ≤ x ≤ 2, −1 ≤ y ≤ 1.
Oki Neswan, Ph.D. – Departemen Matematika ITB
13
Catatan Kuliah MA1223 Kalkulus Elementer II
Contoh Tentukan volume benda pejal dibawah bidang z = 4 – x – y, di atas persegi panjang R: 0 ≤ x ≤ 2, 0 ≤ y ≤ 1. Lakukan dengan integral terhadap y kemudian terhadap x. Kemudian dengan urutan dibalik.
Penyelesaian Maka volume adalah
∫
x=2
x =0
A ( x ) dx
di mana A ( x ) adalah luas penampang di x. Untuk tiap x, luas penampang adalah A( x) = ∫
y =1 y =0
( 4 − x − y ) dy,
yaitu luas daerah dibawah kurva z = 4 − x − y pada bidang irisan x. Jadi, pada A ( x ) , x dianggap konstan. Oki Neswan, Ph.D. – Departemen Matematika ITB
14
7
Catatan Kuliah MA1223 Kalkulus Elementer II
Dengan demikian, Volume = ∫
x=2
=∫
x=2
x =0
x =0
A ( x ) dx = ∫
x=2
x =0
(∫
y =1 y =0
( 4 − x − y ) dy
) dx
y =1
x=2 ⎡ y2 ⎤ ⎢ 4 y − xy − 2 ⎥ dx = ∫x =0 ( 7 2 − x ) dx =5 ⎣ ⎦ y =0
Oki Neswan, Ph.D. – Departemen Matematika ITB
15
Catatan Kuliah MA1223 Kalkulus Elementer II
3. Integral Ganda (umum) Di sini kita akan membicarakan integral ganda atas daerah atau himpunan R yang lebih umum. Lihat gambar berikut. Untuk membangun definisinya, kembali himpunan tersebut dipartisi menjadi persegi-persegi panjang bagian dengan luas ∆Ai = ∆xi ·∆yi (setelah diberi indeks). Pilih persegi panjang yang termuat dalam R. Pilih sebarang titik sampel ( xi , yi ) dari tiap persegi panjang. Maka diperoleh jumlah Riemann n
S n = ∑ f ( xi , yi ) ∆Ai i =1
Jadi
∫∫
R
n
f ( x, y )dA = lim P →0 ∑ f ( xi , yi ) ∆Ai i =1
Oki Neswan, Ph.D. – Departemen Matematika ITB
16
8
Catatan Kuliah MA1223 Kalkulus Elementer II
Interpretasi sebagai Volume Jika f(x,y) ≥ 0, maka integral ganda dari f memberikan volume dari benda pejal dibawah permukaan di atas daerah R.
Sifat-sifat (a) linear, (b) dominansi, dan (c) aditif juga berlaku.
Oki Neswan, Ph.D. – Departemen Matematika ITB
17
Catatan Kuliah MA1223 Kalkulus Elementer II
Teorema Sifat - sifat Integral Ganda Diberikan f ( x, y ) , g ( x, y ) kontinu dan k bilangan real. 1. Integral Ganda Bersifat Linear. a.
∫∫ kf ( x, y ) dA = k ∫∫ f ( x, y ) dA R
b.
R
∫∫ ⎡⎣ f ( x, y ) + g ( x, y )⎤⎦ dA = ∫∫ f ( x, y ) dA + ∫∫ g ( x, y ) dA R
R
R
2. Sifat Dominasi. Jika f ( x, y ) ≤ g ( x, y ) untuk tiap ( x, y ) ∈ R, maka
∫∫ f ( x, y ) dA ≤ ∫∫ g ( x, y ) dA R
R
3. Sifat Additif: jika R1 dan R2 tidak bertumpang tindih (irisannya maksimal berupa kurva, lihat gambar), maka
∫∫ f ( x, y ) dA = ∫∫ f ( x, y ) dA + ∫∫ f ( x, y ) dA
R1 ∪ R2
R1
R2
Oki Neswan, Ph.D. – Departemen Matematika ITB
18
9
Catatan Kuliah MA1223 Kalkulus Elementer II
Menghitung Integral Ganda Integral Ganda yang akan dibicarakan adalah integral ganda dari fungsi f ( x, y ) atas daerah yang dibatasi oleh dua kurva, yaitu di bawah oleh y = g1 ( x ) dan di atas oleh y = g 2 ( x ) . Pada Bab 6 telah kita pelajari bahwa volume benda pejal yang terletak antara x = a dan x = b, dengan luas penampang A ( x ) adalah integral V = ∫ A ( x ) dx b
a
Untuk tiap nilai x, luas penampang yang diperoleh jika benda diiris tegak lurus sb-x untuk tiap nilai x diketahui, misal sebagai fungsi A ( x ) = ∫
y = g2 ( x ) y = g1 ( x )
f ( x, y ) dy.
Oki Neswan, Ph.D. – Departemen Matematika ITB
19
Catatan Kuliah MA1223 Kalkulus Elementer II
Maka, volume adalah integral (disebut integral berulang) V =∫
x =b
x=a
A ( x ) dx = ∫
x =b
x=a
⎡ y = g2 ( x ) f ( x, y ) dy ⎤ dx. ⎣⎢ ∫y = g1 ( x ) ⎦⎥
Oki Neswan, Ph.D. – Departemen Matematika ITB
20
10
Catatan Kuliah MA1223 Kalkulus Elementer II
Bila daerah R dibatasi oleh kurva-kurva x = h1 ( y ) dan x = h2 ( y ) , maka dengan cara serupa, volume dihitung dengan integral berulang V =∫
y =d y =c
⎡ x = h2 ( y ) f ( x, y ) dx ⎤ dy ⎣⎢ ∫h = h1 ( y ) ⎦⎥
dimana integral A ( y ) = ∫
x = h2 ( y )
h = h1 ( y )
f ( x, y ) dx. adalah
luas dari penampang bila benda diiris sepanjang bidang tegak lurus sb-y.
Kedua integral di atas adalah konsekuensi dari Teorema Fubini untuk Integral Berulang sebagai berikut.
Oki Neswan, Ph.D. – Departemen Matematika ITB
21
Catatan Kuliah MA1223 Kalkulus Elementer II
Oki Neswan, Ph.D. – Departemen Matematika ITB
22
11
Catatan Kuliah MA1223 Kalkulus Elementer II
Teorema Teorema Integral Berulang Fubini (versi 2) Diberikan f ( x, y ) kontinu pada daerah R. 1.
Jika R = {( x, y ) : a ≤ x ≤ b, g1 ( x ) ≤ y ≤ g 2 ( x )} , g1 dan g 2 kontinu pada [ a, b ] , maka x =b
y = g2 ( x )
x=a
y = g1 ( x )
∫∫ f ( x, y ) dA = ∫ ∫ R
f ( x, y ) dy dx
2. Jika R = {( x, y ) : c ≤ y ≤ d , h1 ( y ) ≤ x ≤ h2 ( y )} , h1 dan h2 kontinu pada [ c, d ] , maka y =d
x = h2 ( y )
y =c
h = h1 ( y )
∫∫ f ( x, y ) dA = ∫ ∫ R
f ( x, y ) dx dy
Oki Neswan, Ph.D. – Departemen Matematika ITB
23
Catatan Kuliah MA1223 Kalkulus Elementer II
Menentukan Batas Pengintegralan Dua macam daerah pengintegralan yang dibicarakan di sini adalah : I: a ≤ x ≤ b, g1(x) ≤ y ≤ g2(x). II: c ≤ y ≤ d, h1(y) ≤ x ≤ h2(y). Apabila daerah pengintegralan sudah diberikan secara eksplisit maka integral dapat dilakukan dengan batas sesuai dengan definisinya (lihat Teorema Fubini). Catatan: suatu daerah pengintegralan bisa saja tipe I maupun tipe II.
Oki Neswan, Ph.D. – Departemen Matematika ITB
24
12
∫
y = g2 ( x ) y = g1 ( x )
f ( x, y ) dy dx
Catatan Kuliah MA1223 Kalkulus Elementer II
Penentuan batas integral menjadi masalah bila yang diberikan adalah grafik daerah pengintegralannya. Bila daerah dipandang sebagai tipe I, maka penentuan batas, dibantu dengan membuat garis vertikal. x =b
y = g2 ( x )
x=a
y = g1 ( x )
∫ ∫
f ( x, y ) dy dx
Batas y: garis vertikal memasuki daerah R melalui grafik y=g1(x) dan keluar melalui grafik y = g2(x). Batas x: nilai terkecil dan nilai terbesar x yang membatasi daerah R masing-masing adalah a dan b. x =b
y = g2 ( x )
x=a
y = g1 ( x )
∫ ∫
f ( x, y ) dy dx
Oki Neswan, Ph.D. – Departemen Matematika ITB
25
Catatan Kuliah MA1223 Kalkulus Elementer II
Bila daerah dipandang sebagai tipe II, maka penentuan batas , dibantu dengan membuat garis horizontal: y =d
x = h2 ( y )
y =c
x = h1 ( y )
∫ ∫
f ( x, y ) dx dy
Batas x : garis lingkaran memasuki daerah melalui grafik x = h1(y) dan keluar melalui grafik x = h2(y). Batas y: nilai terkecil dan nilai terbesar y yang membatasi daerah masing-masing adalah c dan d.
y =1
x = 1− y 2
y =0
x =1− y
∫ ∫
f ( x, y ) dx dy
Oki Neswan, Ph.D. – Departemen Matematika ITB
26
13
Catatan Kuliah MA1223 Kalkulus Elementer II
Contoh Menentukan Volume Benda Hitunglah volume prisma yang dasarnya adalah segitiga pada bidang-xy dibatasi oleh sumbu − x dan garis-garis y = x dan x = 1. Sedangkan atapnya adalah bidang z = f ( x, y ) = 3 − x − y.
Oki Neswan, Ph.D. – Departemen Matematika ITB
27
Catatan Kuliah MA1223 Kalkulus Elementer II
Penyelesaian Untuk tiap x antara 0 dan 1, jangkauan nilai y adalah dari y = 0 sampai y = x. Oleh karena itu, V =∫
x =1
x=0
y=x
x =1
y =0
x =0
∫ ( 3 − x − y ) dy dx = ∫
= ∫ ( 3x − 32 x 2 ) dx = ⎡⎣ 32 x 2 − 12 x 3 ⎤⎦
y=x
⎡⎣3 y − xy − 12 y 2 ⎤⎦ dx y =0
1
x =1
0
x=0
=1
Apabila urutan pengintegralan dibalik maka integral volume adalah y =1
V =∫
y =0
=∫
y =0
=∫
y =0
y =1
y =1
x =1
y =1
x= y
y =0
∫ ( 3 − x − y ) dx dy = ∫
((3 − (
5 2
1 2
x =1
⎡⎣3x − 12 x 2 − xy ⎤⎦ dy x= y
)
− y ) − ( 3 y − 12 y 2 − y 2 ) dy
− 4 y + 32 y 2 ) dy = ⎡⎣ 52 y − 2 y 2 + 12 y 3 ⎤⎦ = 1 y =0 y =1
Oki Neswan, Ph.D. – Departemen Matematika ITB
28
14
Catatan Kuliah MA1223 Kalkulus Elementer II
Contoh Hitunglah volume benda pejal pada oktan I ( x ≥ 0, y ≥ 0, z ≥ 0 ) , yang dibatasi oleh paraboloida sirkular z = x 2 + y 2 , silinder x 2 + y 2 = 4, dan bidang-bidang koordinat.
Oki Neswan, Ph.D. – Departemen Matematika ITB
29
Catatan Kuliah MA1223 Kalkulus Elementer II
Contoh Gambarlah daerah pengintegralan dari integral
2
2x
0
x2
∫ ∫ ( 4 x + 2 ) dy dx.
Kemudian tulislah integral yang sama dengan urutan dibalik ( dx dy ) .
Oki Neswan, Ph.D. – Departemen Matematika ITB
30
15
Catatan Kuliah MA1223 Kalkulus Elementer II
4. Integral Ganda: Polar Banyak integral yang lebih mudah dihitung bila dengan menggunakan koordinat polar. Pada bagian akan dipelajari mengubah integral menjadi koordinat polar dalam koordinat polar dan menghitungnya. Misalkan f(r, ) terdefinisi pada himpunan R yang dibatasi oleh sinar = α dan = β, kurva-kurva kontinu r=g1() dan r=g2() dengan 0 ≤ g1() ≤ g2() ≤ a. Jadi R termuat dalam persegi panjang polar Q: α ≤ ≤ β, 0 ≤ r ≤ a. berbentuk kipas. Himpunan Q dapat dibagi menjadi beberapa persegi panjang polar bagian (lihat Gambar)
Oki Neswan, Ph.D. – Departemen Matematika ITB
31
Catatan Kuliah MA1223 Kalkulus Elementer II
a β −α , . ∆θ = m m' Diperoleh n buah persegi panjang polar dengan luas ∆A1 , ∆A2 ,… , ∆An . ∆r =
Pilih titik pusat masing-masing persegi panjang polar: ( rk , θ k ) . Maka jumlah Riemann nya adalah n
S n = ∑ f ( rk , θ k ) ∆Ak . k =1
Jika f kontinu pada R maka jumlah Riemann tersebut akan konvergen menuju sebuah limit, ketika ∆r → 0 dan ∆θ → 0. Limit ini disebut integral ganda dari f atas R. lim n→∞ S n = ∫∫ f ( r , θ ) dA. R
Oki Neswan, Ph.D. – Departemen Matematika ITB
32
16
Catatan Kuliah MA1223 Kalkulus Elementer II
Bagaimana menentukan ∆Ak ? Radius luar dan radius dalam yang membatasi persegi panjang polar adalah rk + ∆r 2 dan rk − ∆r 2. Sementara itu, sudut yang mengapit adalah ∆θ . Maka 2
luas sektor luar =
∆r ⎞ 1⎛ ⎜ rk + ⎟ ∆θ 2⎝ 2 ⎠
luas sekor dalam =
1⎛ ∆r ⎞ ⎜ rk − ⎟ ∆θ 2⎝ 2 ⎠
2
Maka diperoleh ∆Ak =
∆θ 2
2 2 ⎡⎛ ∆r ⎞ ⎛ ∆r ⎞ ⎤ r − − ⎢⎜ rk + ⎟ ⎜ k ⎟ ⎥ = rk ∆r ∆θ . Akibatnya 2 ⎠ ⎝ 2 ⎠ ⎦⎥ ⎣⎢⎝
n
S n = ∑ f ( rk , θ k ) rk ∆r ∆θ k =1
Oki Neswan, Ph.D. – Departemen Matematika ITB
33
Catatan Kuliah MA1223 Kalkulus Elementer II
Teorema Fubini menyimpulkan bahwa limit dari jumlah Riemann ini adalah integral berulang terhadap r dan θ : lim n→∞ S n = ∫∫ f ( r ,θ ) dA = ∫
θ =β
θ =α
R
∫
r = g 2 (θ )
r = g1 (θ )
f ( r , θ )rdr dθ
Teorema Luas dalam Koordinat Polar Luas daerah tertutup dan terbatas R dalam koordinat bidang polar adalah A = ∫∫ dA = ∫∫ rdrdθ R
R
Contoh Tentukan volume benda pejal di atas persegi panjang polar R :1 ≤ r ≤ 3, 0 ≤ θ ≤ π 4 dan di bawah permukaan z = e x
2
+ y2
.
Oki Neswan, Ph.D. – Departemen Matematika ITB
34
17
Catatan Kuliah MA1223 Kalkulus Elementer II
Menentukan batas-batas Integral
Dua macam daerah pengintegralan yang dibicarakan di sini adalah : I: α ≤ ≤ β, g1() ≤ r ≤ g2().
II: a ≤ r ≤ b, h1(r) ≤ ≤ h2(r).
Apabila daerah pengintegralan sudah diberikan secara θ =β r = g (θ ) eksplisit maka integral dapat I: ∫ ∫ f ( r ,θ )rdr dθ θ =α r = g (θ ) dilakukan dengan batas sesuai r =b θ = h (θ ) f ( r ,θ )rdθ dr II: ∫ ∫ dengan definisinya: r = a θ = h (θ ) 2
1
2
1
Oki Neswan, Ph.D. – Departemen Matematika ITB
35
Catatan Kuliah MA1223 Kalkulus Elementer II
Catatan: suatu daerah pengintegralan bisa saja tipe I maupun tipe II. (contoh: R adalah himpunan yang dibatasi oleh lingkaran r=2, garis y=2, sumbu-y.) Penentuan batas integral menjadi masalah bila yang diberikan adalah grafik daerah pengintegralannya. Bila daerah dipandang sebagaiy x tipe I, maka penentuan batas, dibantu dengan membuat sinar L dari titik asal.
Batas r: sinar L memasuki daerah melalui grafik r=g1() dan keluar melalui grafik r = g2(). Batas : nilai terkecil dan nilai terbesar yang membatasi daerah masing-masing adalah α dan β.
Oki Neswan, Ph.D. – Departemen Matematika ITB
36
18
Catatan Kuliah MA1223 Kalkulus Elementer II
Bila daerah dipandang sebagai tipe II, maka penentuan batas , dibantu dengan membuat lingkaran. Batas : lingkaran memasuki daerah melalui grafik =h1(r) dan keluar melalui grafik = h2(r). Batas r: nilai terkecil dan nilai terbesar r yang membatasi daerah masing-masing adalah a dan b.
Contoh Tentukan batas pengintegralan fungsi f ( r , θ ) atas daerah R pada gambar berikut π 2
∫π ∫ −
r =1+ cosθ
f ( r , θ ) r dr dθ
2 r =2
Oki Neswan, Ph.D. – Departemen Matematika ITB
37
Catatan Kuliah MA1223 Kalkulus Elementer II
Contoh Hitunglah luas daerah yang dibatasi oleh lemniscate r 2 = 4 cos 2θ .
Penyelesaian Luas total adalah 4 kali luas pada kuadran I. Jadi, Luas = 4 ∫
π 4
0
∫
4 cos 2θ
0
rdr dθ = 4∫
π 4
0
⎡r ⎤ ⎢⎣ 2 ⎥⎦ 0
4 cos 2θ
dθ = 4 ∫
π 4
0
2 cos 2θ dθ
= 4sin 2θ ]0 = 4 π 4
Oki Neswan, Ph.D. – Departemen Matematika ITB
38
19
Catatan Kuliah MA1223 Kalkulus Elementer II
Latihan Hitunglah integral
∫∫
S
ydA dengan S adalah daerah pada kuadran I di luar
lingkaran r = 2 dan di dalam kardioda r = 2 (1 + cos θ ) .
Oki Neswan, Ph.D. – Departemen Matematika ITB
39
Catatan Kuliah MA1223 Kalkulus Elementer II
Contoh Carilah volume benda pejal di bawah permukaan z = x 2 + y 2 , di atas bidang-xy dan di dalam silinder x 2 + y 2 = 2 y. π/2 2sin θ
V = 2∫ 0
∫ (x
0
+ y 2 ) rdrdθ
0
π/2 2sin θ
= 2∫
2
∫
r 2 rdrdθ
0
Oki Neswan, Ph.D. – Departemen Matematika ITB
40
20
Catatan Kuliah MA1223 Kalkulus Elementer II
Contoh Carilah volume benda pejal yang dibatasi di atas oleh permukaan 2 x 2 + 2 y 2 + z 2 = 18, di bawah oleh bidang z = 0 dan dikelilingi oleh silinder x 2 + y 2 = 4. π 2
V = 2 ∫ ∫ 18 − 2r 2 rdrdθ 0 0
Oki Neswan, Ph.D. – Departemen Matematika ITB
41
Catatan Kuliah MA1223 Kalkulus Elementer II
Perubahan Cartesian->Polar Prosedur perubahan integral Cartesius f(x,y)dxdy menjadi integral polar memiliki dua langkah:
Substitusi x = r cos dan y=r sin , ganti dx dy menjadi r dr d. Sesuaikan batas pengintegralan dengan menuliskan batas daerah dalam koordinat polar. R f(x,y)dxdy menjadi G f(rcos, rsin) r dr d G adalah daerah pengintegralan dalam koordinat polar.
Oki Neswan, Ph.D. – Departemen Matematika ITB
42
21
Catatan Kuliah MA1223 Kalkulus Elementer II
Contoh Tuliskan integral
1
∫∫
1− x 2
0 0
(x
2
+ y 2 ) dydx dalam
koordinat polar, dan hitunglah.
Contoh Hitunglah integral
∫∫ e
x2 + y 2
dydx dalam koordinat
R
polar.
Oki Neswan, Ph.D. – Departemen Matematika ITB
43
Catatan Kuliah MA1223 Kalkulus Elementer II
Soal-soal PR Bab 16 16.1: 1, 4, 15. 16.2: 3, 4, 12-4, 19-21, 32. 16.3: 3, 4, 10, 16, 17, 21, 24, 28, 34, 37-39. 16.4: 1, 6, 9, 11, 12, 16, 21, 26.
Oki Neswan, Ph.D. – Departemen Matematika ITB
44
22