Soal 1
Titik pusat lingkaran yang menyinggung garis y = 2 di (3, 2) dan menyinggung garis \(y = -x\sqrt{3}+2\) adalah…
(A) \((3, \sqrt{3})\)
(B) \((3, 3\sqrt{3})\)
(C) \((3, 2 + \sqrt{3})\)
(D) \((3, 2 + 2\sqrt{3})\)
(E) \((3, 2 + 3\sqrt{3})\)
Jawaban: E

Persamaan garis singgung lingkaran berpusat di titik \((a, b)\), berjari-jari \(r\), dan gradien garis singgung diketahui \(m\) adalah:
\(y\:-\:b =m( x\:-\:a) \pm r\sqrt{1 + m^2}\)
Salah satu persamaan garis singgung lingkaran yang diketahui adalah \(y = -x\sqrt{3} + 2\). Garis singgung ini memiliki gradien sebesar \(-\sqrt{3}\). (gradien merupakan koefisien dari x).
\(y\:-\:b = -\sqrt{3}(x\:-\:3) \pm (2\:-\:b)\sqrt{1 + (-\sqrt{3})^2}\)
\(y\:-\:b = -x\sqrt{3} + 3\sqrt{3} \pm (2\:-\:b)\sqrt{1 + 3}\)
\(y = -x\sqrt{3} + \color{blue} b + 3\sqrt{3} \pm 2(2\:-\:b)\)
samakan koefisien dengan persamaan garis \(y = -x\sqrt{3} + \color{blue}2\)
\(b + 3\sqrt{3} \pm 2(2\:-\:b) = 2\)
Kemungkinan 1:
\(b + 3\sqrt{3} + 2(2\:-\:b) = 2\)
\(b + 3\sqrt{3} + 4 \:-\:2b = 2\)
\(-b = -2 \:-\:3\sqrt{3}\)
\(b = 2 + 3\sqrt{3}\)
Jadi, pusat lingkaran \((3, 2 + 3\sqrt{3})\)
Soal 2
Diberikan koordinat titik \(\text{O}(0, 0)\), \(\text{B}(-3, \sqrt{7})\), dan \(\text{A}(a, 0)\) dengan \(a > 0\). Jika pada segitiga AOB, ∠OAB = α dan ∠OBA = β, maka \(\cos \frac{1}{2}(\alpha + \beta) = \dotso\)
(A) \(\dfrac{1}{4}\)
(B) \(\dfrac{1}{4}\sqrt{2}\)
(C) \(\dfrac{1}{4}\sqrt{6}\)
(D) \(\dfrac{1}{4} \sqrt{7}\)
(E) \(\dfrac{1}{4}\sqrt{14}\)
Jawaban: E

\(\overrightarrow{\text{OB}} = \left(\begin{array}{c}-3\\ \sqrt{7}\end{array}\right)\:-\:\left(\begin{array}{c}0\\ 0\end{array}\right) = \left(\begin{array}{c}-3\\ \sqrt{7}\end{array}\right)\)
\(\overrightarrow{\text{OA}} = \left(\begin{array}{c}a\\ 0\end{array}\right)\:-\:\left(\begin{array}{c}0\\ 0\end{array}\right) = \left(\begin{array}{c}a\\ 0\end{array}\right)\)
\(\cos \gamma = \dfrac{\overrightarrow{\text{OB}}\cdot \overrightarrow{\text{OA}} }{|\overrightarrow{\text{OB}}|\cdot |\overrightarrow{\text{OA}}|}\)
\(\cos [180^{\circ}\:-\:(\alpha + \beta)] = \dfrac{\left(\begin{array}{c}-3\\ \sqrt{7}\end{array}\right)\cdot \left(\begin{array}{c}a\\ 0\end{array}\right)}{\sqrt{(-3)^2 + (\sqrt{7})^2}\cdot \sqrt{a^2 + 0^2}}\)
\(-\cos (\alpha + \beta) = \dfrac{-3a + 0}{\sqrt{16}\cdot \sqrt{a^2}}\)
\(\cos (\alpha + \beta) = \dfrac{3a}{4a}\)
\(\cos (\alpha + \beta) = \dfrac{3}{4}\)
\(\cos (\alpha + \beta) = 2\cos^2\dfrac{1}{2}(\alpha + \beta) \:-\:1\)
\(\dfrac{3}{4} = 2\cos^2\dfrac{1}{2}(\alpha + \beta) \:-\:1\)
\(2\cos^2\dfrac{1}{2}(\alpha + \beta) = \dfrac{7}{4}\)
\(\cos^2\dfrac{1}{2}(\alpha + \beta) = \dfrac{7}{8}\)
\(\cos \dfrac{1}{2}(\alpha + \beta) = \sqrt{\dfrac{7}{8}}\)
\(\cos \dfrac{1}{2}(\alpha + \beta) = \dfrac{\sqrt{7}}{2\sqrt{2}}\times \color{red} \dfrac{\sqrt{2}}{\sqrt{2}}\)
\(\cos \dfrac{1}{2}(\alpha + \beta) = \dfrac{1}{4}\sqrt{14}\)
Soal 3
Diketahui vektor-vektor \(\vec{u} = (a, 1, -a)\) dan \(\vec{v} = (1, a, a)\). Jika \(\vec{u}_1\) vektor proyeksi \(\vec{u}\) pada \(\vec{v}\),\(\:\vec{v}_1\) vektor proyeksi \(\vec{v}\) pada \(\vec{u}\), dan \(\theta\) sudut antara \(\vec{u}\) dan \(\vec{v}\) dengan \(\cos \theta = \dfrac{1}{3}\), maka luas jajargenjang yang dibentuk oleh \(\vec{u}_1\) dan \(\vec{v}_1\) adalah…
(A) \(\dfrac{2}{9}\sqrt{2}\)
(B) \(\dfrac{2}{9}\sqrt{6}\)
(C) \(\dfrac{2}{3}\sqrt{2}\)
(D) \(\dfrac{2}{3}\sqrt{6}\)
(E) \(2\)
Jawaban: A
\(\cos \theta = \dfrac{\vec{u}\cdot \vec{v}}{|\vec{u}|\cdot |\vec{v}|}\)
\(\dfrac{1}{3} = \dfrac{(a, 1, -a) \cdot (1, a, a)}{\sqrt{a^2 + 1^2 + (-a)^2}\cdot \sqrt{1 + a^2 + a^2}}\)
\(\dfrac{1}{3} = \dfrac{a + a\:-\:a^2}{\sqrt{1 + 2a^2}\cdot \sqrt{1 + 2a^2}}\)
\(\dfrac{1}{3} = \dfrac{2a\:-\:a^2}{1 + 2a^2}\)
Kali silang,
\(1 + 2a^2 = 3(2a\:-\:a^2)\)
\(1 + 2a^2 = 6a\:-\:3a^2\)
\(5a^2 \:-\: 6a + 1 = 0\)
\((5a \:-\: 1)(a \:-\: 1) = 0\)
\(5a \:-\: 1 = 0 \rightarrow a = \dfrac{1}{5}\)
\(a \:-\: 1 = 0 \rightarrow a = 1\)
Untuk \(a = 1\), maka \(\vec{u} = (1, 1, -1)\) dan \(\vec{v} = (1, 1, 1)\)
\(\vec{u}_1\) adalah vektor proyeksi \(\vec{u}\) pada \(\vec{v}\)
\(\vec{u}_1 = \dfrac{\vec{u}\cdot \vec{v}}{(|\vec{v}|)^2}\times \vec{v}\)
\(\vec{u}_1 = \dfrac{(1, 1, -1)\cdot (1, 1, 1)}{1^2 + 1^2 + 1^2}\times (1, 1, 1)\)
\(\vec{u}_1 = \dfrac{1 + 1 \:-\:1}{3}\times (1, 1, 1)\)
\(\vec{u}_1 = \dfrac{1}{3}(1, 1, 1)\)
\(\vec{u}_1 = \left(\dfrac{1}{3}, \dfrac{1}{3}, \dfrac{1}{3}\right)\)
\(\vec{v}_1\) adalah vektor proyeksi \(\vec{v}\) pada \(\vec{u}\)
\(\vec{v}_1 = \dfrac{\vec{v}\cdot \vec{u}}{(|\vec{u}|)^2}\times \vec{u}\)
\(\vec{v}_1 = \dfrac{(1, 1, 1)\cdot (1, 1, -1)}{1^2 + 1^2 + (-1)^2}\times (1, 1, -1)\)
\(\vec{v}_1 = \dfrac{1 + 1 \:-\:1}{3}\times (1, 1, -1)\)
\(\vec{v}_1 = \dfrac{1}{3}\times (1, 1, -1)\)
\(\vec{v}_1 = \left(\dfrac{1}{3}, \dfrac{1}{3}, -\dfrac{1}{3}\right)\)
Luas jajargenjang = \(\color{blue} |\vec{u}_1 \times \vec{v}_1 |\)
\(\vec{u}_1 \times \vec{v}_1 = \begin{vmatrix}\textbf{i}&\textbf{j}&\textbf{k}\\\frac{1}{3} & \frac{1}{3} & \frac{1}{3}\\\frac{1}{3} & \frac{1}{3} & -\frac{1}{3}\end{vmatrix}\)
\(\vec{u}_1 \times \vec{v}_1 =\begin{vmatrix}\frac{1}{3} & \frac{1}{3}\\ \frac{1}{3} & -\frac{1}{3}\end{vmatrix}\textbf{i}\:-\:\begin{vmatrix}\frac{1}{3} & \frac{1}{3}\\ \frac{1}{3} & -\frac{1}{3}\end{vmatrix}\textbf{j} + \begin{vmatrix}\frac{1}{3} & \frac{1}{3}\\ \frac{1}{3} & \frac{1}{3}\end{vmatrix}\textbf{k}\)
\(\vec{u}_1 \times \vec{v}_1 =(\frac{1}{3}\cdot -\frac{1}{3}\:-\:\frac{1}{3}\cdot \frac{1}{3})\textbf{i}\:-\:(\frac{1}{3}\cdot -\frac{1}{3}\:-\:\frac{1}{3}\cdot \frac{1}{3})\textbf{j} + (\frac{1}{3}\cdot \frac{1}{3}\:-\:\frac{1}{3}\cdot \frac{1}{3})\textbf{k}\)
\(\vec{u}_1 \times \vec{v}_1 =(-\frac{1}{9}\:-\:\frac{1}{9})\textbf{i}\:-\:(-\frac{1}{9}\:-\:\frac{1}{9})\textbf{j} + (\frac{1}{9}\:-\:\frac{1}{9})\textbf{k}\)
\(\vec{u}_1 \times \vec{v}_1 =-\frac{2}{9}\textbf{i} +\frac{2}{9}\textbf{j} + (0)\textbf{k}\)
\(|\vec{u}_1 \times \vec{v}_1 | = \sqrt{\left( -\dfrac{2}{9} \right)^2 + \left( \dfrac{2}{9} \right)^2}\)
\(|\vec{u}_1 \times \vec{v}_1 | = \sqrt{\dfrac{4}{81} + \dfrac{4}{81}}\)
\(|\vec{u}_1 \times \vec{v}_1 | = \sqrt{\dfrac{8}{81}}\)
\(|\vec{u}_1 \times \vec{v}_1 | = \dfrac{2}{9}\sqrt{2}\)
Jadi, luas jajargenjang yang dibentuk oleh \(\vec{u}_1\) dan \(\vec{v}_1\) adalah \( \dfrac{2}{9}\sqrt{2}\)
Soal 4
Panjang rusuk kubus PQRS.TUVW adalah 6 cm. Titik X pada TW. Y pada UV dan Z pada QR. Jika |TX| : |XW| = 1 : 2. |UY| : |YV| = 2 : 1, dan PXYZ berbentuk bidang datar, maka volume bangun TUYX.PQZ adalah…
(A) 108 cm³
(B) 80 cm³
(C) 72 cm³
(D) 60 cm³
(E) 36 cm³
Jawaban: C
Bangun TUYX.PQZ dianggap sebagai sebuah prisma dengan luas alas adalah rata-rata luas TUYZ dan PQZ.
Volume TUYX.PQZ = [(luas TUYZ + luas PQZ) ÷ 2] × tinggi
Luas TUYZ (trapezium siku-siku) = [(TX + UY) ÷ 2] × TU
Luas TUYZ (trapezium siku-siku) = [(2 + 4) ÷ 2] × 6
Luas TUYZ (trapezium siku-siku) = 18
Luas PQZ = ½ × QZ × PQ
Luas PQZ = ½ × 2 × 6
Luas PQZ = 6 cm²
Volume TUYX.PQZ = [(18 + 6) ÷ 2] × 6
Volume TUYX.PQZ = 12 × 6
Volume TUYX.PQZ = 72 cm³
Soal 5
Diketahui limas beraturan T.ABCD dengan alas berbentuk persegi dan tinggi limas \(2\sqrt{3}\) cm. Jika T’ proyeksi T pada bidang alas dan titik P adalah perpotongan garis berat segitiga TBC, maka panjang sisi alas limas agar T’P tegak lurus segitiga TBC adalah…
(A) 2 cm
(B) \(2\sqrt{6}\) cm
(C) \(\sqrt{8}\) cm
(D) 3 cm
(E) 4 cm
Jawaban: B
Pada segitiga TBC, garis berat TQ membagi ruas garis BC sama besar. Titik P merupakan titik potong garis-garis berat pada segitiga TBC. Perbandingan TP : PQ = 2 : 1.
Perhatikan segitiga TT’Q
Panjang TT’ (tinggi limas) adalah \(2\sqrt{3}\) cm
Panjang T’Q dimisalkan \(x\)
Panjang TQ dapat dicari menggunakan rumus Pythagoras.
\(\text{TQ}^2 = \text{TT’}^2 + \text{T’Q}^2\)
\(\text{TQ}^2 = (2\sqrt{3})^2 + x^2\)
\(\text{TQ}^2 = 12 + x^2\)
\(\text{TQ} = \sqrt{12 + x^2}\)
Selanjutnya perhatikan segitiga siku-siku T’PQ
Panjang PQ = \(\dfrac{1}{3}\times \text{TQ}\)
Panjang PQ = \(\dfrac{1}{3}\sqrt{12 + x^2}\)
Panjang T’Q = \(x\)
Panjang T’P dapat dicari menggunakan rumus Pythagoras.
\(\text{T’Q}^2 = \text{T’P}^2 + \text{PQ}^2\)
\(x^2 = \text{T’P}^2 + \left(\dfrac{1}{3}\sqrt{12 + x^2}\right)^2\)
\(x^2 = \text{T’P}^2 + \dfrac{1}{9}(12 + x^2)\)
\(x^2 = \text{T’P}^2 + \dfrac{4}{3} + \dfrac{1}{9} x^2\)
\(\text{T’P}^2 = x^2\:-\:\dfrac{1}{9} x^2\:-\:\dfrac{4}{3}\)
\(\text{T’P}^2 = \dfrac{8}{9} x^2\:-\:\dfrac{4}{3}\)
\(\text{T’P} = \sqrt{\dfrac{8}{9} x^2\:-\:\dfrac{4}{3}}\)
Dengan menggunakan kesamaan mencari luas segitiga TT’Q
\(\cancel{\dfrac{1}{2}}\cdot \text{T’Q} \cdot \text{TT’} = \cancel{\dfrac{1}{2}}\cdot \text{TQ} \cdot \text{T’P}\)
\(x \cdot 2\sqrt{3} = \sqrt{12 + x^2} \cdot \sqrt{\dfrac{8}{9} x^2\:-\:\dfrac{4}{3}}\)
Kuadratkan kedua ruas,
\(12x^2 = (12 + x^2)(\frac{8}{9} x^2\:-\:\frac{4}{3})\)
\(12x^2 = \frac{32}{3}x^2 \:-\:16 + \frac{8}{9}x^4\:-\:\frac{4}{3}x^2\)
\(108x^2 = 96x^2\:-\:144 + 8x^4 \:-\:12x^2\)
\(24x^2 = 8x^4 \:-\:144\)
\(3x^2 = x^4\:-\:18\)
\(x^4\:-\:3x^2\:-\:18 = 0\)
\((x^2\:-\:6)(x^2 + 3)= 0\)
\(x^2 = 6\)
\(x = \sqrt{6}\)
Panjang AB = \(2\sqrt{6}\) cm
Jadi, panjang sisi alas limas haruslah \(2\sqrt{6}\) cm
Soal 6
Garis g merupakan garis singgung kurva \(y = 2x^2\:-\:x\:-\:1\) dengan gradien m. Jika garis g membentuk sudut 45° terhadap garis \(2x\:-\:y + 4 = 0\), dan \(0 < m < 2\), maka persamaan garis g adalah…
(A) \(3x + 9y + 11 = 0\)
(B) \(3x + 9y \:-\:11 = 0\)
(C) \(-3x + 9y + 11 = 0\)
(D) \(-3x + 9y \:-\:11 = 0\)
(E) \(3x \:-\:9y \:-\:11 = 0\)
Jawaban: C
Langkah 1: Menentukan gradien garis \(2x\:-\:y + 4 = 0\)
\(y = 2x + 4\)
Gradien garis \(m_1 = 2\)
Gradien merupakan ukuran kemiringan garis terhadap sumbu \(x\) positif, \(m_1 = 2\) juga dapat dinyatakan sebagai \(\tan \theta_1 = 2\).
\(\theta_1\) sudut antara garis dengan sumbu \(x\) positif.
Langkah 2: Menentukan gradien garis g
Misalkan garis g membentuk sudut sebesar \(\theta_2\) terhadap sumbu \(x\) positif. Gradien garis g dapat ditulis \(m_2 = \tan \theta_2\)
Garis g dan garis \(2x\:-\:y + 4 = 0\) membentuk sudut 45°, sehingga dapat ditulis:
\(\tan (\theta_1\:-\:\theta_2) = \dfrac{\tan \theta_1 \:-\: \tan \theta_2}{1 + \tan \theta_1 \cdot \tan \theta_2}\)
\(\tan 45^{\circ} =\dfrac{2 \:-\: m_2}{1 + 2\cdot m_2}\)
\(1 =\dfrac{2 \:-\: m_2}{1 + 2m_2 }\)
\(1 + 2m_2 = 2\:-\:m_2\)
\(3m_2 = 1\)
\(m_2 = \dfrac{1}{3}\)
Langkah 3: Menentukan titik singgung
Gradien garis singgung pada kurva \(y = 2x^2\:-\:x\:-\:1\) adalah \(m_2\).
\(m_2 = y’\)
\(m_2 = 4x\:-\:1\)
\(\dfrac{1}{3} = 4x\:-\:1\)
\(4x = \dfrac{4}{3}\)
\(x = \dfrac{1}{3}\)
Substitusikan nilai \(x\) ini ke persamaan kurva untuk mendapatkan ordinatnya.
\(y = 2\left(\dfrac{1}{3}\right)^2\:-\:\dfrac{1}{3}\:-\:1\)
\(y = 2\left(\dfrac{1}{9}\right)\:-\:\dfrac{1}{3}\:-\:1\)
\(y = -\dfrac{10}{9}\)
Titik singgung berada di \(\left( \dfrac{1}{3}, -\dfrac{10}{9}\right)\)
Langkah 4: Menentukan persamaan garis g
Persamaan garis singgung melalui titik \(\left( \dfrac{1}{3}, -\dfrac{10}{9}\right)\) dan bergradien \(m_2 = \dfrac{1}{3}\) adalah:
\(y + \dfrac{10}{9} = \dfrac{1}{3}\left(x\:-\: \dfrac{1}{3}\right)\)
Kalikan kedua ruas dengan 9
\(9y + 10 = 3\left(x\:-\: \dfrac{1}{3}\right)\)
\(9y + 10 = 3x\:-\:1\)
\(-3x + 9y + 11 = 0\)
Jadi, persamaan garis g adalah \(-3x + 9y + 11 = 0\)