Bab 9 Pembezaan


Bab 9 Pembezaan

9.2.1 Terbitan Pertama untuk Fungsi Polinomial (Contoh)

Contoh:
Cari dy/dbagi setiap fungsi yang berikut:
(a) y = 12
(b) y = x4
(c) y = 3x
(d) y = 5x3
(e) y = 1 x (f) y = 2 x 4 (g) y = 2 5 x 2 (h) y = 3 x (i) y = 4 x 3


Penyelesaian
:
(a) y = 12
 dy/d= 0

(b)
y = x4
 dy/d= 4x3

(c)
y = 3x
 dy/d= 3

(d)
y = 5x3
 dy/d= 15x2

(e)
y = 1 x = x 1 d y d x = x 1 1 = 1 x 2

(f)
y = 2 x 4 = 2 x 4 d y d x = 4 ( 2 x 4 1 ) = 8 x 5 = 8 x 5

(g)
y = 2 5 x 2 = 2 x 2 5 d y d x = 2 ( 2 x 2 1 5 ) = 4 x 3 5 = 4 5 x 3

(h)
y = 3 x = 3 ( x ) 1 2 d y d x = 1 2 ( 3 x 1 2 1 ) = 3 2 x 1 2 = 3 2 x

(i)
y = 4 x 3 = 4 ( x 3 ) 1 2 = 4 x 3 2 d y d x = 3 2 ( 4 x 3 2 1 ) = 6 x 1 2 = 6 x

Bab 9 Pembezaan


9.4.1 Pembezaan Peringkat Kedua, Titik Pusingan: Titik Maksimum dan Titik Minimum (Contoh)

Contoh 1 (Nilai Maksimum suatu fungsi kuadratik)
Diberi bahawa = 3x (4 –  x), hitungkan
(a) nilai x apabila y adalah maksimum,
(b) nilai maksimum y.

Penyelesaian:
y = 3x (4 –  x)
y = 12x – 3x2
dy dx =126x Apabila y ialah maksimum,  dy dx =0  
0 = 12 – 6x
x = 2

y
= 12x – 3x2
apabila x = 2,
y = 12 (2) – 3 (2)2
y = 12


Contoh 2 (Menentukan titik pusingan dan ujian terbitan kedua)
Cari koordinat titik-titik pusingan bagi lengkung y = 2x3 + 3x2 – 12x + 7 dan tentukan jenis titik itu.

Penyelesaian:
y = 2 x 3 + 3 x 2 12 x + 7 d y d x = 6 x 2 + 6 x 12 di titik pusingan, d y d x = 0  
6x2 + 6x – 12 = 0
x2 + x – 2 = 0
(x – 1) (x + 2) = 0
x = 1 atau x = –2

apabila x = 1
y = 2 (1)3 + 3 (1)2 – 12 (11) + 7
y = 0
(1, 0) ialah suatu titik pusingan.

apabila x = –2
y = 2 (–2)3 + 3 (–2)2 – 12 (–2) + 7
y = 27
(-2, 27) ialah suatu titik pusingan.


d 2 y d x 2 =12x+6 Apabila x=1, d 2 y d x 2 =12( 1 )+6=18>0 (positif) Oleh itu, titik pusingan ( 1, 0 ) adalah titik minimum.


Apabila x=2, d 2 y d x 2 =12( 2 )+6=18<0 (negatif) Oleh itu, titik pusingan ( -2, 27 ) adalah titik maksimum.


9.8.5 Pembezaan, SPM Praktis (Kertas 2)


Soalan 9 (6 markah):
Rajah 4 menunjukkan pandangan hadapan sebahagian daripada laluan ‘roller coaster’ di sebuah taman replika.

Bahagian lengkung laluan ‘roller coaster’ itu diwakili oleh persamaan y= 1 64 x 3 3 16 x 2 , dengan titik A sebagai asalan.
Cari jarak tegak terpendek, dalam m, dari laluan itu ke aras tanah.


Penyelesaian:
y= 1 64 x 3 3 16 x 2  ............... ( 1 ) dy dx =3( 1 64 ) x 2 2( 3 16 ) x 1     = 3 64 x 2 3 8 x Pada titik pusingan,  dy dx =0 3 64 x 2 3 8 x=0 x( 3 64 x 3 8 )=0 x=0  atau 3 64 x 3 8 =0 3 64 x= 3 8 x= 3 8 × 64 3 x=8 Gantikan nilai-nilai x ke dalam (1): Apabila x=0, y= 1 64 ( 0 ) 3 3 16 ( 0 ) 2 y=0 Apabila x=8, y= 1 64 ( 8 ) 3 3 16 ( 8 ) 2 y=4 Oleh itu, titik-titik pusingan : ( 0, 0 ) dan ( 8,4 )

dy dx = 3 64 x 2 3 8 x d 2 y d x 2 =2( 3 64 )x 3 8       = 3 32 x 3 8 Apabila x=0, d 2 y d x 2 = 3 32 ( 0 ) 3 8       = 3 8 ( <0 ) ( 0, 0 ) ialah titik maksimum. Apabila x=8, d 2 y d x 2 = 3 32 ( 8 ) 3 8       = 3 8 ( >0 ) ( 8,4 ) ialah titik minimum. Jarak tegak terpendek dari laluan ke aras tanah adalah pada titik minimum. Jarak tegak terpendek =54 =1 m


9.8.4 Pembezaan, SPM Praktis (Kertas 2)


Soalan 7:
Diberi persamaan suatu lengkung ialah y = 2x (1 – x)4 dan lengkung itu melalui (2, 4).
Cari
(a) kecerunan lengkung pada titik T.
(b) persamaan garis normal kepada lengkung pada titik T.

Penyelesaian:
(a)
y=2x ( 1x ) 4 dy dx =2x×4 ( 1x ) 3 ( 1 )+ ( 1x ) 4 ×2     =8x ( 1x ) 3 +2 ( 1x ) 4 Pada T( 2,4 ),x=2. dy dx =16( 1 )+2( 1 )     =16+2     =18

(b)
Persamaan normal kepada lengkung: y y 1 = 1 dy dx ( x x 1 ) y4= 1 18 ( x2 ) 18y72=x+2 x+18y=74



Soalan 8 (7 markah):
Diberi bahawa persamaan suatu lengkung ialah  y= 5 x 2 .  
(a) Cari nilai  dy dx  apabila x = 3.
(b) Seterusnya, anggarkan nilai bagi  5 ( 2.98 ) 2 .  

Penyelesaian:
(a)
y= 5 x 2 =5 x 2 dy dx =10 x 3 = 10 x 3 Apabila x=3 dy dx = 10 3 3 = 10 27

(b)
δx=2.983=0.02 δy= dy dx .δx = 10 27 ×( 0.02 ) =0.007407 Nilai bagi  5 ( 2.98 ) 2 =y+δy = 5 x 2 +( 0.007407 ) = 5 3 2 +( 0.007407 ) =0.56296


9.8.3 Pembezaan, SPM Praktis (Kertas 2)


Soalan 5:
Suatu wayar dengan panjang 88cm dibengkokkan untuk membentuk satu bulatan. Apabila wayar dipanaskan, panjangnya bertambah dengan kadar 0.3cms-1.
(a) Hitung kadar perubahan jejari bulatan.
(b) Seterusnya, hitung jejari bulatan selepas 5s.

Penyelesaian:
Panjang lilitan bulatan,
L = 2πj
dL dr =2π

(a)
Diberi  dL dt =0.3 Kadar perubahan jejari bulatan= dj dt dj dt = dj dL × dL dt dj dt = 1 2π ×0.3 dj dt =0.0477  cms 1  

(b)
2πj=88 j= 88 2π = 44 π Oleh itu, jejari bulatan selepas 5s = 44 π +5( 0.0477 ) =14.24 cm


Soalan 6:
Diberi persamaan suatu lengkung ialah:
y = x2 (x – 3) + 1
(a) Cari kecerunan lengkung itu apabila x = –1.
(b) Cari koordinat-koordinat titik pusingan.

Penyelesaian:
(a)
y= x 2 ( x3 )+1 y= x 3 3 x 2 +1 dy dx =3 x 2 6x Apabila x=1 dy dx =3 ( 1 ) 2 6( 1 )      =9 Keceruan lengkung ialah 9.

(b)
Pada titik pusingan, dy dx =0
3x2 – 6x = 0
x2 – 2x = 0
x (x – 2) = 0
x = 0, 2

y = x2 (x – 3) + 1
Apabila x = 0, y = 1
Apabila x = 2,
y = 22 (2 – 3) + 1
y = 4 (–1) + 1 = –3
Maka, koordinat bagi titik-titik pusingan ialah (0, 1) dan (2, –3).

9.7.7 Pembezaan, SPM Praktis (Kertas 1)


Soalan 21:
Jika jejari bagi suatu bulatan menokok daripada 4cm kepada 4.01cm, cari perubahan kecil dalam luas.

Penyelesaian:
Luas bulatan, L= πj2
d A d r = 2 π r Perubahan kecil dalam luas kepada jejari, δ A δ r d A d r δ A = d A d r × δ r
δA = (2πj) × (4.01 – 4)
δA = [2π (4)] × (0.01)
δA = 0.08π cm2



Soalan 22 (3 markah):
Cari nilai bagi
( a )  had x1 ( 7 x 2 ), ( b ) f''( 2 ) jika f'( x )=2 x 3 4x+3.

Penyelesaian:
(a)
had x1 ( 7 x 2 ) =7 ( 1 ) 2 =6

(b)
 f'( x )=2 x 3 4x+3 f''( x )=6 x 2 4 f''( 2 )=6 ( 2 ) 2 4   =244   =20



Soalan 23 (4 markah):
Diberi bahawa L = 4t t2 dan x = 3 + 6t.
(a) Ungkapkan  dL dx  dalam sebutan t.
(b) Cari perubahan kecil bagi x, apabila L berubah daripada 3 kepada 3.4 pada ketika t = 1.

Penyelesaian:
(a)
Diberi L=4t t 2  dan x=3+6t L=4t t 2 dL dt =42t x=3+6t dx dt =6 dL dx = dL dt × dt dx dL dx =( 42t )× 1 6     = 42t 6     = 2t 3


(b)
δL=3.43=0.4 δL δx dL dx δx=δL÷ δL δx δx=δL× δx δL =0.4× 3 2t = 2 5 × 3 2t = 6 5( 2t ) Apabila t=1,  δx= 6 5( 21 ) = 6 5

9.7.6 Pembezaan, SPM Praktis (Kertas 1)


Soalan 18:
Garis normal kepada lengkung y = x2 + 3x pada titik P adalah selari dengan garis lurus y = –x + 12. Cari persamaan garis normal kepada lengkung itu pada titik P.

Penyelesaian:
Diberi normal kepada lengkung di titik P adalah selari kepada garis lurus y = –x + 12.
Maka, kecerunan normal lengkung itu = –1.
Seterusnya, kecerunan tangen kepada lengkung = 1

y = x2 + 3x
dy/dx = 2x + 3
2x + 3 = 1
2x = –2
x = –1
y = (–1)2+ 3(–1)
y = –2
Titik P = (–1, –2).

Persamaan garis normal kepada lengkung itu pada titik P ialah,
y – (–2) = –1 (x – (–1))
y + 2 = – x – 1
y = – x – 3





Soalan 19:
Diberi y = 3 4 x 2 , cari perubahan kecil dalam x yang akan menyebabkan menyusut daripada 48 kepada 47.7.

Penyelesaian:
y= 3 4 x 2 dy dx =( 2 ) 3 4 x= 3 2 x δy=47.748=0.3 perubahan kecil dalam x kepada y δx δy dx dy δx= dx dy ×δy δx= 2 3x ×( 0.3 ) δx= 2 3( 8 ) ×( 0.3 ) y=48 3 4 x 2 =48 x 2 =64 x=8 δx=0.025


Soalan 20:
Isipada air, Icm3, dalam satu bekas diberi oleh I = 1 5 h 3 + 7 h , dengan keadaan h cm ialah tinggi air dalam bekas itu. Air dituang ke dalam bekas itu dengan kadar 15cm3s-1. Cari kadar perubahan tinggi air, dalam cms-1, pada ketika tingginya ialah 3cm.

Penyelesaian:
I = 1 5 h 3 + 7 h d I d h = 3 5 h 2 + 7 = 3 h 2 + 35 5  

Diberi  dI dt =15h=3 Kadar perubahan tinggi air= dh dt dh dt = dh dI × dI dt Petua rantai dh dt = 5 3 h 2 +35 ×15 dh dt = 75 62  cms 1

Bab 9 Pembezaan

9.8 Pembezaan, SPM Praktis (Kertas 2)

Soalan 1:
Diberi y=15x+ 24 x 3    
(a) Cari nilai dy/dx apabila x = 2,
(b) Ungkapkan dalam sebutan k, perubahan kecil bagi y apabila x berubah daripada 2 kepada 2 + k, dengan keadaan k ialah satu nilai kecil.

Penyelesaian:
(a)
y=15x+ 24 x 3 y=15x+24 x 3 dy dx =1572 x 4 dy dx =15 72 x 4 Apabila x=2 dy dx =15 72 2 4 =10.5

(b)
Perubahan kecil bagi ykepada x dalam sebutan k,
δy δx dy dx δy= dy dx ×δx  
δy = 10.5 × (2 + k – 2)
δy = 10.5k


Soalan 2:
Diberi y =3t + 5t2dan x = 5t -1.
(a) Cari dy dx  dalam sebutan x,
(b) Jika x menokok daripada 5 kepada 5.01, cari perubahan kecil dalam t.

Penyelesaian:
y = 3t + 5t2
dy dt =3+10t x=5t1 dx dt =5

(a)
dy dx = dy dt × dt dx dy dx =( 3+10t )× 1 5 dy dx = 3+10( x+1 5 ) 5 x=5t1 t= x+1 5 dy dx = 3+2x+2 5 dy dx = 5+2x 5  

(b)
Perubahan kecil dalam t,
δt= dt dx ×δx δt= 1 5 ×( 5.015 ) δt=0.002  

Bab 9 Pembezaan

9.7 Pembezaan, SPM Praktis (Kertas 1)

Soalan 19:
Diberi y= 3 4 x 2 , cari perubahan kecil dalam x yang akan menyebabkan ymenyusut daripada 48 kepada 47.7.

Penyelesaian:
y= 3 4 x 2 dy dx =( 2 ) 3 4 x= 3 2 x δy=47.748=0.3 perubahan kecil dalam x kepada y δx δy dx dy δx= dx dy ×δy δx= 2 3x ×( 0.3 ) δx= 2 3( 8 ) ×( 0.3 ) y=48 3 4 x 2 =48 x 2 =64 x=8 δx=0.025


Soalan 20:
Isipada air, Icm3, dalam satu bekas diberi oleh I= 1 5 h 3 +7h , dengan keadaan h cm ialah tinggi air dalam bekas itu. Air dituang ke dalam bekas itu dengan kadar 15cm3s-1. Cari kadar perubahan tinggi air, dalam cms-1, pada ketika tingginya ialah 3cm.

Penyelesaian:
I= 1 5 h 3 +7h dI dh = 3 5 h 2 +7     = 3 h 2 +35 5  

Diberi  dI dt =15h=3 Kadar perubahan tinggi air= dh dt dh dt = dh dI × dI dt Petua rantai dh dt = 5 3 h 2 +35 ×15 dh dt = 75 62  cms 1



Soalan 21:
Jika jejari bagi suatu bulatan menokok daripada 4cm kepada 4.01cm, cari perubahan kecil dalam luas.

Penyelesaian:
Luas bulatan, L= πj2
dA dr =2πr Perubahan kecil dalam luas kepada jejari, δA δr dA dr δA= dA dr ×δr
δA = (2πj) × (4.01 – 4)
δA = [2π (4)] × (0.01)
δA = 0.08π cm2


Bab 9 Pembezaan

9.6 Perubahan Kecil dan Penghampiran


      δy = perubahan kecil dalam y   
      δx = perubahan kecil dalam x   


1. Jika δx sangat kecil, δy δx  adalah penghampiran kepada dy dx .

δy δx dy dx δy dy dx ×δx

Simbol ‘≈’ bermakna ‘hampir kepada’.

2. δx dan δy ialah dua kuantiti yang berasingan manakala dy dx  ialah satu kuantiti sahaja.


Contoh:
Diber bahawa y = 3x2 + 2x – 4. Guna pembezaan untuk mencari perubahan kecil dalam y apabila x menokok daripada 2 kepada 2.02.

Penyelesaian:
y=3 x 2 +2x4 dy dx =6x+2  

Perubahan kecil dalam yditandakan dengan δy manakala perubahan kecil dalam kuantiti kedua  x ditandakan dengan δx.

δy δx dy dx δy= dy dx ×δx  
δy = (6x +2) × (2.02 – 2)
                        ↑
                     (δx = x baru – x asal)
     = (6(2) +2) × 0.02
            ↑
       (gantikan x dengan nilai asal x, iaitu 2)
δy = 0.28