Integration Danang Mursita
http://danangmursita.staff.telkomuniversity.ac.id/
Integration • • • •
The Indefinite Integral The Definite Integral The Fundamental Theorem of Calculus Application of Integration : Area between two curves
http://danangmursita.staff.telkomuniversity.ac.id/
The Indefinite Integral • Definition : A function F(x) is called an antiderivative of a function f(x) if the derivative of F(x) is f(X) or F ‘(x) = f(x) • Examples : 1. F(x) = x2 + 3 f(x) = 2x 2. F(x) = x2 – 10 f(x) = 2x 3. F(x) = x2 + 15 f(x) = 2x
• If F ‘(x) = f(x) then the functions of the form F(x) + C are antiderivative of f(x) • The process for finding antiderivative is called antidifferentiation or integration. • Notation : f(x) dx F(x) C http://danangmursita.staff.telkomuniversity.ac.id/
Integration Formula d 1. sin x cos x cos x dx sin x C dx 2.... 3....etc
d a. x 1 dx x C dx d xr 1 b. ... dx r 1
r1 x r x dx r 1 C r 1
http://danangmursita.staff.telkomuniversity.ac.id/
Problems 1) 2)
sin x cos 2 x cos x 2 sin x
dx
6) sec xtan x cos x dx
dx
sin 2x 7) dx cos x 8) dx
3) x dx 3 2 4) x dx
5)
1 x3
dx
3 2 9) x 2 x dx
10)
x2 3 x3
dx
http://danangmursita.staff.telkomuniversity.ac.id/
The Properties of Indefinite Integral
1) cf(x) dx c f(x) dx
2) f(x) g(x)dx f(x) dx g(x) dx Examples : 1. x 2 x 1dx 2. x x 12 dx 3.
x 2 sin x x x2
dx
http://danangmursita.staff.telkomuniversity.ac.id/
Integration by Substitution • Let y = (fog)(x). The derivative of y with respect to x is y ‘ = (fog)’(x) = f ‘(g(x)) g’(x) [ The Chain rule] • If u = g(x) then the formula of integration is du f(u)u' dx f(u) dx dx f(u) du F(u) C Fg(x) C
http://danangmursita.staff.telkomuniversity.ac.id/
Problems 6) 1 2x 5 dx
1) 2x x 2 1 dx
2) cos 1 x 2 x dx 3)
x 1 x 2 2x 1
7)
dx
4) sin x cos 2 x dx 5) cos x sin2 x dx
8)
sin 2x
5 cos 2x 3 x2 x3 1
dx
dx
sin 1x 9) dx 2 x
10) x 2 sec 2 x 3 dx http://danangmursita.staff.telkomuniversity.ac.id/
Problem : The Definite Integral • How to find the area of a region D bounded below by the x-axis, on the sides by the lines x = a and x = b , and above by a curve y = f(x), where f(x) is continuous on [a,b] and f(x) ≥ 0 for all x in (a,b) • D = { (x,y) | a ≤ x ≤ b, 0 ≤ y ≤ f(x) }
http://danangmursita.staff.telkomuniversity.ac.id/
Steps : The Definite Integral 1. Divide [a,b] into n subintervals by choosing points x1, x2, …,xn such that a < x1 < x2 < …< xn < b. These points are said to form a partition of [a,b]. Let x1, x2, …, xn are the length of the partition. 2. Choose the any point x1,x2,…,xn in subinterval and we have a Riemann sum : n f(x1) x1 + f(x2) x2 + … + f(xn) xn = f xk xk k 1 3. Increase n ( n ) in such a way the length of the partition approaches zero (xk 0 ) and form the n n limit lim
f xk xk
xk0 k1
lim
f xk xk
n k1
http://danangmursita.staff.telkomuniversity.ac.id/
Illustration : The Definite Integral
y = f(x)
Y
xk
a
X b
Xk-1
xk
http://danangmursita.staff.telkomuniversity.ac.id/
Movie : The Definite Integral
http://danangmursita.staff.telkomuniversity.ac.id/
Definition : The Definite Integral • If a function f(x) is defined on [a,b], then the Definite Integral of f(x) from a to b is defined to be (provided the limit exits) b
f(x)dx
a
n
lim
f xk xk
xk0 k 1
n
lim
f xk xk
n k 1
• If the limit exits then the function f(x) is said integrable on [a,b] • The values a and b are called respectively lower and upper limits of integration and f(x) is called the Integrand. http://danangmursita.staff.telkomuniversity.ac.id/
The First Fundamental Theorem • If f(x) is continuous on [a,b] and F(x) is antiderivative of f(x) on [a,b] then b
b f(x) dx F(x) a F(b) F(a)
a
Examples : 2
(1) x dx 1
2
(2) cos x dx 0
http://danangmursita.staff.telkomuniversity.ac.id/
The Properties of Definite Integral b
b
b
a a
a
a
(1) p f(x) qg(x)dx p f(x) dx q g(x) dx (2) f(x) dx 0 a b
a
a b
b c
a b
a
(3) f(x) dx f(x) dx (4)
(5)
b
f(x) dx f(x) dx f(x) dx c g(b)
fog (x) g' (x) dx f(u) du
a
g(a)
http://danangmursita.staff.telkomuniversity.ac.id/
Problems 3
(1)
1 x2
2
dx
1 9
(2) 2x x dx 4 4
3 3 (3) 5 x x 2 dx 1 x
2
(4) t dt 2 sin t 2
6
2
1 2
(7) x 8 x 2 dx 1 3
x2
(8)
x 2 4x 7
1
4
dx
tan t sec 2 t dt
(9)
0
(5) 2x 3 dx 0
(6) 2 x dx
4
(10)
0
cos 2t dt 7 3 sin 2t
http://danangmursita.staff.telkomuniversity.ac.id/
The Second Fundamental Theorem • Let f(x) is continuous on open interval I and a I. If G(x) is defined by x
G(x) f(t) dt a
Then G’(x) = f(x) at each point x in interval I G(x)
v(x)
f(t) dt
G' (x) f v(x) v' (x) f u(x)u' (x)
u(x)
http://danangmursita.staff.telkomuniversity.ac.id/
Problems x
(1) G(x) 3t 2 1 dt G' (2) and G"(2) 2 x
cos t
(2)H(x)
0 x
(3)F(x)
0
t2 3 t3
t2 7
dt H' (0) and H" (0) dt x
(a) find x where F(x) attains its minimum value (b) find open int erval which F(x) is only increa sin g x3
(4)F(x) sin2 t dt F' (x) and F" (x) x2
http://danangmursita.staff.telkomuniversity.ac.id/
Area of Region (1) • Let D is region that bounded below by the x-axis, on the sides by the lines x = a and x = b , and above by a curve y = f(x), where f(x) is continuous on [a,b] and f(x) ≥ 0 for all x in (a,b) or D = { (x,y) | a ≤ x ≤ b, 0 ≤ y ≤ f(x) } • Then the area of D bis A f(x) dx a
http://danangmursita.staff.telkomuniversity.ac.id/
Area of Region (2) • Let D is region that bounded below by the x-axis, on the sides by the lines x = a and x = b , and above by a curve y = f(x), where f(x) is continuous on [a,b] and f(x) ≤ 0 for all x in (a,b) or D = { (x,y) | a ≤ x ≤ b, f(x) ≤ y ≤ 0 } • Then the area of D is b
A f(x) dx a http://danangmursita.staff.telkomuniversity.ac.id/
Example # 1 • Find the area of region that bounded by the curve y = sin x, x-axis, and on the sides by the lines x = 0 and x = 3π/2
http://danangmursita.staff.telkomuniversity.ac.id/
Area of Region (3) • Let D is region that bounded below by the line y = c , on the sides by the y-axis and a curve x = g(y), and above by the line y = d, where g(y) is continuous on [c,d] and g(y) ≥ 0 for all y in (c,d) or D = { (x,y) | 0 ≤ x ≤ g(y), c ≤ y ≤ d } • Then the area of D is d
A g(y) dy c
http://danangmursita.staff.telkomuniversity.ac.id/
Area of Region (4) • Let D is region that bounded below by the line y = c , on the sides by the y-axis and a curve x = g(y), and above by the line y = d, where g(y) is continuous on [c,d] and g(y) ≤ 0 for all y in (c,d) or D = { (x,y) | g(y) ≤ x ≤ 0, c ≤ y ≤ d } • Then the area of D is d
A g(y) dy c
http://danangmursita.staff.telkomuniversity.ac.id/
Example # 2 • Find the area of region that bounded by g(y) = y3 – 2y2 – 3y , y-axis and on the sides by the lines y = -1 and y = 4.
-1
- 1/3
3
4
http://danangmursita.staff.telkomuniversity.ac.id/
Area between two curves (1) • Let D is region that bounded below by a curve y = g(x), on the sides by the lines x = a and x = b , and above by a curve y = f(x), where g(x) and f(x) are continuous on [a,b] or D = { (x,y) | a ≤ x ≤ b, g(x) ≤ y ≤ f(x) } • Then the area of D is b
A f(x) g(x)dx a
http://danangmursita.staff.telkomuniversity.ac.id/
Area between two curves (2) • Let D is region that bounded below by the line y = c , on the sides by a curve x = g(y) and a curve x = f(y), and above by the line y = d, where g(y) and f(y) are continuous on [c,d] and f(y) ≥ g(y) for all y in (c,d) or D = { (x,y) | g(y) ≤ x ≤ f(y), c ≤ y ≤ d } • Then the area of D is d
A f(y) g(y)dy c
http://danangmursita.staff.telkomuniversity.ac.id/
Examples 1. Find the area of the region enclosed by the curves y = x2 and y = 4x by integrating a) With respect to x b) With respect to y
2. Sketch the region enclosed by the curves and find its area by any method a) y = x2 + 4 and x + y = 6 b) y = x3, y = - x and y = 8
http://danangmursita.staff.telkomuniversity.ac.id/
Problems Sketch the region and find its area by any methods 1. y = x3 – 4x, y = 0, x = 0, x = 2 2. x = y2 – 4y, x = 0, y = 0, y = 4 3. x2 = y, x = y – 2 4. y2 = - x, y = x – 6, y = - 1, y = 4 5. y = x3 – 2x2, y = 2x2 – 3x, x = 0, x = 3
http://danangmursita.staff.telkomuniversity.ac.id/
Menghitung volume benda putar Metoda Cakram a. Daerah
D ( x, y) | a x b , 0 y f ( x)
diputar terhadap sumbu x
f(x)
D
a
b
Daerah D
Benda putar 29
http://danangmursita.staff.telkomuniversity.ac.id/
Untuk menghitung volume benda putar gunakan pendekatan Iris , hampiri, jumlahkan dan ambil limitnya.
Jika irisan berbentuk persegi panjang dengan tinggi f(x) dan alas xdiputar terhadap sumbu x akan diperoleh suatu cakram lingkaran dengan tebal x dan jari-jari f(x).
f(x)
D
x
a
b
sehingga
V f 2 ( x) x
f(x) b
V f 2 ( x) dx x
a
30
http://danangmursita.staff.telkomuniversity.ac.id/
Contoh: Tentukan volume benda putar yang terjadi jika daerah D yang dibatasi oleh y x 2, sumbu x, dan garis x=2 diputar terhadap sumbu x
Jika irisan diputar terhadap sumbu x akan diperoleh cakram dengan jari-jari x 2 dan tebal x
y x2
x2 x
2
Sehingga
V ( x 2 ) 2 x x 4 x Volume benda putar
x2
2
32 V x dx x | 5 5 0 4
x
5 2 0
31
http://danangmursita.staff.telkomuniversity.ac.id/
b. Daerah
D ( x, y) | c y d , 0 x g ( y)
diputar terhadap sumbu y
d d x=g(y)
D c
c
Daerah D
Benda putar
32
http://danangmursita.staff.telkomuniversity.ac.id/
Untuk menghitung volume benda putar gunakan pendekatan Iris , hampiri, jumlahkan dan ambil limitnya.
Jika irisan berbentuk persegi panjang dengan tinggi g(y) dan alas ydiputar terhadap sumbu y akan diperoleh suatu cakram lingkaran dengan tebal y dan Jari-jari g(y).
d
y
x=g(y)
D
sehingga
c
V g 2 ( y ) y g ( y)
d
y
V g 2 ( y ) dy c
33
http://danangmursita.staff.telkomuniversity.ac.id/
Contoh : Tentukan volume benda putar yang terjadi jika daerah yang dibatasi oleh y x 2garis y = 4, dan sumbu y diputar terhadap sumbu y Jika irisan dengan tinggi y dan tebal y diputar terhadap sumbu y akan diperoleh cakram dengan jari-jari y dan tebal y
4
y y
y x2
x
y
Sehingga
V ( y ) 2 y y y Volume benda putar 4
y
y
V ydy 0
http://danangmursita.staff.telkomuniversity.ac.id/
2
y 2 | 04 8
34
7.2.2 Metoda Cincin a. Daerah
D ( x, y) | a x b , g ( x) y h( x)
diputar terhadap sumbu x h(x) D
g(x)
a
b
Daerah D
Benda putar
35 http://danangmursita.staff.telkomuniversity.ac.id/
Untuk menghitung volume benda putar gunakan pendekatan Iris , hampiri, jumlahkan dan ambil limitnya. h(x)
Jika irisan berbentuk persegi panjang dengan tinggi h(x)-g(x) dan alas xdiputar terhadap sumbu x akan diperoleh suatu cincin dengan tebal x dan jari –jari luar h(x) dan jari-jari dalam g(x).
D
g(x) a
h(x)
x
b
sehingga
V (h 2 ( x) g 2 ( x))x
x g(x)
b
V (h 2 ( x) g 2 ( x)) dx a
36 http://danangmursita.staff.telkomuniversity.ac.id/
Contoh: Tentukan volume benda putar yang terjadi jika daerah D yang dibatasi oleh y x 2, sumbu x, dan garis x=2 diputar terhadap garis y=-1
Jika irisan diputar terhadap garis y=1 Akan diperoleh suatu cincin dengan Jari-jari dalam 1 dan jari-jari luar 1 x 2 y x2
Sehingga
V (( x 2 1) 2 12 )x
1 x2
D x
2
1
( x 4 2 x 2 1 1)x y=-1
( x 4 2 x 2 )x
Volume benda putar : 2
V x 4 2 x 2 dx ( 15 x 5 23 x 3 | 02 ) ( 325 163 ) 186 15 0
37 http://danangmursita.staff.telkomuniversity.ac.id/
Metoda Kulit Tabung Diketahui
D ( x, y) | a x b , 0 y f ( x)
Jika D diputar terhadap sumbu y diperoleh benda putar
f(x) D a
b
Daerah D
Benda putar Volume benda putar ?
38 http://danangmursita.staff.telkomuniversity.ac.id/
Untuk menghitung volume benda putar gunakan pendekatan Iris , hampiri, jumlahkan dan ambil limitnya. Jika irisan berbentuk persegi panjang dengan tinggi f(x) dan alas xserta berjarak x dari sumbu y diputar terhadap sumbu y akan diperoleh suatu kulit tabung dengan tinggi f(x), jari-jari x, dan tebal x
f(x)
D a
x
b
sehingga
x
x
V 2 x f ( x) x f(x)
x
b
V 2 xf ( x)dx a
39 http://danangmursita.staff.telkomuniversity.ac.id/
Contoh: Tentukan volume benda putar yang terjadi jika daerah D yang dibatasi oleh y x 2 , sumbu x, dan garis x=2 diputar terhadap sumbu y 2
Jika irisan dengan tinggi x ,tebal x dan berjarak x dari sumbu y diputar terhadap sumbu y akan diperoleh kulit tabung dengan tinggi x 2, tebal xdan jari jari x
y x2
x2
D x
x
2
Sehingga
V 2 x x 2 x 2 x 3 x Volume benda putar 2
V 2 x dx 3
0
40 http://danangmursita.staff.telkomuniversity.ac.id/
2
x 4 | 02 8
Catatan : -Metoda cakram/cincin
Irisan dibuat tegak lurus terhadap sumbu putar - Metoda kulit tabung
Irisan dibuat sejajar dengan sumbu putar Jika daerah dan sumbu putarnya sama maka perhitungan dengan menggunakan metoda cakram/cincin dan metoda kulit tabung akan menghasilkan hasil yang sama Contoh Tentukan benda putar yang terjadi jika daerah D yang dibatasi Oleh parabola y x 2,garis x = 2, dan sumbu x diputar terhadap a. Garis y = 4 b. Garis x = 3
41 http://danangmursita.staff.telkomuniversity.ac.id/
a. Sumbu putar y = 4 (i) Metoda cincin
y=4
(4 x ) 2
Jari-jari dalam = rd (4 x 2 ) 4
y x2
Jika irisan diputar terhadap garis y=4 akan diperoleh cincin dengan
Jari-jari luar = rl 4 Sehingga
D
x 2
V ((4) 2 (4 x 2 ) 2 )x
(8 x 2 x 4 )x
Volume benda putar 2
V (8 x 2 x 4 )dx ( 83 x 3 15 x 5 ) | 02 ( 643 325 ) 0
42 http://danangmursita.staff.telkomuniversity.ac.id/
224 15
(ii) Metoda kulit tabung
y=4 4 y
yx
Jika irisan diputar terhadap garis y=4 akan diperoleh kulit tabung dengan Jari-jari = r =
2
Tinggi = h =
y D 2 y
y
2
Tebal =
4 y 2 y
y
Sehingga
V 2 (4 y )(2 y )y Volume benda putar 4
V 2 (8 4 y 2 y y y )dy 0
2 (8 4 y 2 y y y )y
2 (8 y 83 y 3 / 2 y 2 52 y 5 / 2 ) |04
43 http://danangmursita.staff.telkomuniversity.ac.id/
224 15
b. Sumbu putar x=3 (i) Metoda cincin
x=3
Jika irisan diputar terhadap garis x=3 diperoleh cincin dengan Jari-jari dalam =
Jari-jari luar = rl 3 y
y x2
y
1 y
D
rd 1
Sehingga
3 y
V ((3 y ) 2 (1) 2 )y
2
(8 6 y y )y
3 Volume benda putar 4
V (8 6 y y )dy (8 y 4 y 3 / 2 8 |04 ) 8 0
44 http://danangmursita.staff.telkomuniversity.ac.id/
(ii) Metoda kulit tabung x=3 Jika irisan diputar terhadap garis x=3 diperoleh kulit tabung dengan yx
2
x
2
Tinggi = h =
x2
Jari-jari = r = Tebal = x
3-x
D
x 2 3-x
x 3
Sehingga
V 2 (3 x) x 2 x 2 (3x 2 x 3 )x
Volume benda putar 2
V 2 (3x 2 x 3 )dx 2 ( x 3 14 x 4 ) |02 2 (8 4) 8 0
45 http://danangmursita.staff.telkomuniversity.ac.id/
Soal Latihan Hitung volume benda putar dari daerah yang terletak di kuadran pertama yang dibatasi oleh y2 = x3 , garis y = 8 dan sumbu Y, bila diputar mengelilingi 1. Sumbu Y 2. Sumbu X 3. Garis x = 4 4. Garis y = 8
http://danangmursita.staff.telkomuniversity.ac.id/
http://danangmursita.staff.telkomuniversity.ac.id/