Benang Lurus
Soal 01: Fungsi Linear
Diberikan fungsi linear \( f(x) = 3x \:-\: 5 \) dengan daerah asal dibatasi, yaitu \( D_f = \{x \mid -2 \le x < 3, x \in \mathbb{R}\} \). Tentukan daerah hasil (range) dari fungsi tersebut!
Fungsi \( f(x) = 3x \:-\: 5 \) merupakan fungsi linear berderajat satu. Karena koefisien arahnya (gradien) positif (\( m = 3 > 0 \)), fungsi ini bersifat monoton naik. Artinya, nilai minimum terjadi pada batas terkecil daerah asal dan nilai maksimum terjadi pada batas terbesar daerah asal.
Dengan melihat sebaran nilai \( y \) pada grafik di atas, daerah hasil (\( R_f \)) dari fungsi tersebut adalah:
\[ R_f = \{y \mid -11 \le y < 4, y \in \mathbb{R}\} \]
Soal 02: Fungsi Kuadrat
Tentukan daerah asal (domain) dan daerah hasil (range) dari fungsi kuadrat \( f(x) = x^2\:-\: 6x + 8 \)!
Menentukan Daerah Asal (\( D_f \))
Fungsi kuadrat merupakan fungsi polinom yang selalu terdefinisi untuk setiap nilai real \( x \) tanpa batasan. Maka, daerah asalnya adalah:
\[ D_f = \{x \mid x \in \mathbb{R}\} \]
Menentukan Daerah Hasil (\( R_f \))
Dari persamaan \( f(x) = x^2 \:-\: 6x + 8 \), kita peroleh \( a = 1 \), \( b = -6 \), dan \( c = 8 \).
Karena \( a = 1 > 0 \), kurva parabola terbuka ke atas, yang berarti nilai puncak parabola merupakan nilai minimum (\( y_{\text{min}} \)).
Pertama, cari absis titik puncak (\( x_p \)):
\[ x_p = -\dfrac{b}{2a} = -\dfrac{-6}{2(1)} = 3 \]
Substitusikan nilai \( x_p = 3 \) ke dalam fungsi untuk menemukan nilai minimum (\( y_{\text{min}} \)):
\[ y_{\text{min}} = f(3) = (3)^2\:-\: 6(3) + 8 = 9 \:-\: 18 + 8 = -1 \]
Berdasarkan grafik di atas, kurva meluas ke atas mulai dari koordinat \( y = -1 \). Dengan demikian, daerah hasilnya adalah:
\[ R_f = \{y \mid y \ge -1, y \in \mathbb{R}\} \]
Soal 03: Fungsi Kuadrat
Diberikan fungsi kuadrat \( f(x) = -x^2 + 4x + 5 \) dengan daerah asal yang dibatasi oleh interval \( D_f = \{x \mid -1 \le x \le 5, x \in \mathbb{R}\} \). Tentukan daerah hasil (range) dari fungsi tersebut!
Untuk fungsi kuadrat dengan domain terbatas, kita wajib memeriksa apakah absis titik puncak (\( x_p \)) terletak di dalam interval daerah asal atau di luarnya.
Dari fungsi \( f(x) = -x^2 + 4x + 5 \), diperoleh \( a = -1 \), \( b = 4 \), dan \( c = 5 \).
Absis titik puncak (\( x_p \)):
\[ x_p = -\dfrac{b}{2a} = -\dfrac{4}{2(-1)} = 2 \]
Karena \( x_p = 2 \) berada di dalam selang daerah asal (\( -1 \le 2 \le 5 \)), nilai puncak ini menjadi batas maksimum daerah hasil karena parabola terbuka ke bawah (\( a = -1 < 0 \)):
\[ y_{\text{maks}} = f(2) = -(2)^2 + 4(2) + 5 = -4 + 8 + 5 = 9 \]
Selanjutnya, hitung nilai fungsi pada ujung-ujung interval daerah asal:
Dari grafik di atas, nilai terendah fungsi pada selang ini adalah \( 0 \) dan nilai tertinggi adalah \( 9 \). Maka daerah hasilnya adalah:
\[ R_f = \{y \mid 0 \le y \le 9, y \in \mathbb{R}\} \]
Soal 04: Fungsi Rasional
Tentukan daerah asal (domain) dan daerah hasil (range) dari fungsi rasional \( f(x) = \dfrac{2x + 4}{x\:-\: 3} \)!
Menentukan Daerah Asal (\( D_f \))
Agar fungsi pecahan terdefinisi pada bilangan real, nilai penyebut pecahan tidak boleh nol:
\[ x \:-\: 3 \ne 0 \implies x \ne 3 \]
Artinya, kurva tidak akan pernah memotong garis vertikal \( x = 3 \) (disebut asimtot tegak). Maka daerah asalnya:
\[ D_f = \{x \mid x \ne 3, x \in \mathbb{R}\} \]
Menentukan Daerah Hasil (\( R_f \))
Kita ubah bentuk fungsi \( y = f(x) \) menjadi persamaan \( x = g(y) \):
\[ y = \dfrac{2x + 4}{x \:-\: 3} \implies y(x \:-\: 3) = 2x + 4 \implies yx\:-\: 3y = 2x + 4 \] \[ yx \:-\: 2x = 3y + 4 \implies x(y \:-\: 2) = 3y + 4 \implies x = \dfrac{3y + 4}{y \:-\: 2} \]
Agar nilai \( x \) bernilai real, penyebut baru ini tidak boleh sama dengan nol:
\[ y \:-\: 2 \ne 0 \implies y \ne 2 \]
Secara grafik, kurva tidak pernah menyentuh garis mendatar \( y = 2 \) (asimtot datar). Maka daerah hasilnya:
\[ R_f = \{y \mid y \ne 2, y \in \mathbb{R}\} \]
Soal 05: Fungsi Rasional
Tentukan daerah asal (domain) dan daerah hasil (range) dari fungsi rasional \( f(x) = \dfrac{4x\:-\: 1}{2x + 6} \)!
Menentukan Daerah Asal (\( D_f \))
Syarat agar fungsi terdefinisi adalah penyebut tidak boleh nol:
\[ 2x + 6 \ne 0 \implies 2x \ne -6 \implies x \ne -3 \] \[ D_f = \{x \mid x \ne -3, x \in \mathbb{R}\} \]
Menentukan Daerah Hasil (\( R_f \))
Nyatakan fungsi dalam bentuk persamaan \( x \):
\[ y = \dfrac{4x\:-\: 1}{2x + 6} \implies y(2x + 6) = 4x \:-\: 1 \implies 2xy + 6y = 4x \:-\: 1 \] \[ 2xy\:-\: 4x = -6y \:-\: 1 \implies x(2y \:-\: 4) = -(6y + 1) \implies x = -\dfrac{6y + 1}{2y\:-\: 4} \]
Syarat agar \( x \) bernilai real:
\[ 2y \:-\: 4 \ne 0 \implies 2y \ne 4 \implies y \ne 2 \]
Sesuai dengan asimtot datar \( y = 2 \) pada grafik di atas, nilai \( y = 2 \) tidak pernah dicapai oleh kurva. Maka daerah hasilnya:
\[ R_f = \{y \mid y \ne 2, y \in \mathbb{R}\} \]
Soal 06: Fungsi Irrasional
Tentukan daerah asal (domain) dan daerah hasil (range) dari fungsi irrasional berbentuk akar \( f(x) = \sqrt{3x\:-\: 12} \)!
Menentukan Daerah Asal (\( D_f \))
Nilai di bawah akar pangkat dua harus bernilai positif atau nol (tidak boleh negatif):
\[ 3x \:-\: 12 \ge 0 \implies 3x \ge 12 \implies x \ge 4 \]
Grafik di atas terbukti berawal dari titik absis \( x = 4 \) ke arah kanan. Maka daerah asalnya:
\[ D_f = \{x \mid x \ge 4, x \in \mathbb{R}\} \]
Menentukan Daerah Hasil (\( R_f \))
Berdasarkan sifat akar kuadrat utama, nilai keluaran fungsi ini selalu bernilai positif atau nol. Terlihat pada grafik bahwa grafik membentang dari sumbu \( y = 0 \) ke atas:
\[ f(x) \ge 0 \implies y \ge 0 \] \[ R_f = \{y \mid y \ge 0, y \in \mathbb{R}\} \]
Soal 07: Fungsi Irrasional Bentuk Kuadrat
Tentukan daerah asal (domain) dan daerah hasil (range) dari fungsi irrasional berbentuk kuadrat di bawah tanda akar berikut: \( f(x) = \sqrt{16 \:-\: x^2} \)!
Perhatikan grafik fungsi Kartesius berikut:
Menentukan Daerah Asal (\( D_f \))
Syarat nilai di bawah tanda akar harus non-negatif:
\[ 16\:-\: x^2 \ge 0 \implies x^2 \le 16 \implies -4 \le x \le 4 \]
Grafik di atas membentuk kurva setengah lingkaran dengan bentang horizontal dari \( x = -4 \) hingga \( x = 4 \). Maka daerah asalnya:
\[ D_f = \{x \mid -4 \le x \le 4, x \in \mathbb{R}\} \]
Menentukan Daerah Hasil (\( R_f \))
Karena rentang daerah asal berada pada selang \( -4 \le x \le 4 \), nilai kuadrat \( x^2 \) berada pada kisaran \( [0, 16] \).
Sesuai dengan grafik vertikal kurva di atas, daerah hasil terletak di antara batas terendah \( 0 \) dan tertinggi \( 4 \):
\[ R_f = \{y \mid 0 \le y \le 4, y \in \mathbb{R}\} \]
Soal 08: Fungsi Eksponensial
Tentukan daerah asal (domain) dan daerah hasil (range) dari fungsi eksponensial \( f(x) = 2^{x\:-\: 3} + 1 \)!
Menentukan Daerah Asal (\( D_f \))
Fungsi eksponensial tidak memiliki batasan input nilai real \( x \) sehingga kurva membentang tanpa batas ke kiri dan kanan. Maka:
\[ D_f = \{x \mid x \in \mathbb{R}\} \]
Menentukan Daerah Hasil (\( R_f \))
Nilai dari fungsi dasar eksponensial \( 2^{x – 3} \) akan selalu bernilai positif (lebih besar dari nol):
\[ 2^{x\:-\: 3} > 0 \]
Jika kedua ruas kita jumlahkan dengan konstanta pergeseran \( 1 \), diperoleh:
\[ 2^{x\:-\: 3} + 1 > 0 + 1 \implies f(x) > 1 \]
Kurva secara visual mendekati garis putus-putus \( y = 1 \) dari atas namun tidak akan pernah menyentuhnya (asimtot datar). Maka daerah hasilnya:
\[ R_f = \{y \mid y > 1, y \in \mathbb{R}\} \]
Soal 09: Fungsi Logaritma
Tentukan daerah asal (domain) dan daerah hasil (range) dari fungsi logaritma \( f(x) = \log_3(2x\:-\: 8) \)!
Menentukan Daerah Asal (\( D_f \))
Fungsi logaritma mensyaratkan numerus harus bernilai positif murni (lebih besar dari nol):
\[ 2x \:-\: 8 > 0 \implies 2x > 8 \implies x > 4 \]
Grafik di atas memperlihatkan bahwa kurva dibatasi di sebelah kiri oleh asimtot tegak \( x = 4 \) dan membentang ke kanan. Maka daerah asalnya:
\[ D_f = \{x \mid x > 4, x \in \mathbb{R}\} \]
Menentukan Daerah Hasil (\( R_f \))
Kurva logaritma membentang secara vertikal tanpa batasan menuju negatif tak hingga (\( -\infty \)) ke bawah dan positif tak hingga (\( \infty \)) ke atas. Maka daerah hasilnya adalah seluruh himpunan bilangan real:
\[ R_f = \{y \mid y \in \mathbb{R}\} \]
Soal 10: Rangkaian Campuran Rasional dan Irrasional
Tentukan daerah asal (domain) dan daerah hasil (range) dari fungsi kombinasi rasional-irrasional berikut: \( f(x) = \dfrac{5}{\sqrt{x \:-\: 2}} \)!
Menentukan Daerah Asal (\( D_f \))
Terdapat dua syarat bentuk aljabar yang harus dipenuhi secara bersamaan:
(1) Syarat irrasional di bawah tanda akar:
\[ x \:-\: 2 \ge 0 \implies x \ge 2 \]
(2) Syarat penyebut pecahan tidak boleh nol:
\[ \sqrt{x \:-\: 2} \ne 0 \implies x\:-\: 2 \ne 0 \implies x \ne 2 \]
Irisan dari kedua kondisi ini menghasilkan daerah asal \( x > 2 \), yang secara grafik dibatasi oleh asimtot tegak \( x = 2 \):
\[ D_f = \{x \mid x > 2, x \in \mathbb{R}\} \]
Menentukan Daerah Hasil (\( R_f \))
Karena pembilang bernilai positif (\( 5 \)) dan penyebut \( \sqrt{x \:-\: 2} \) selalu menghasilkan nilai positif murni pada domainnya, hasil pecahan dipastikan selalu positif murni:
\[ f(x) > 0 \]
Ketika \( x \) mendekati \( 2 \) dari arah kanan (\( x \to 2^+ \)), penyebut mengecil mendekati nol, menyebabkan nilai pecahan membesar menuju tak hingga (\( y \to \infty \)).
Ketika \( x \) membesar tanpa batas (\( x \to \infty \)), penyebut membesar menuju tak hingga, menyebabkan nilai pecahan mengecil mendekati nol (\( y \to 0 \)).
Sesuai bentangan vertikal grafik di atas, kurva hanya berada di atas sumbu \( x \) (\( y = 0 \)). Maka daerah hasilnya:
\[ R_f = \{y \mid y > 0, y \in \mathbb{R}\} \]