BAB 3
PENGGUNAAN PEMBEZAAN
Diberi
(3.1)
Perhatikan
bahawa
tidak sekali-kali sama dengan f¢(x),
tetapi apabila dx
cukup kecil, nilai bagi
merupakan penghampiran bagi f¢(x),
dan ditulis sebagai
atau
(3.2)
atau
(3.3)
dengan df
(x)= f (x+dx)
- f (x)
Rumus (3.2)
dan (3.3) boleh digunakan untuk mencari nilai hampiran f (x+dx) dengan menggunakan nilai tepat f (x), f¢
(x) dan dx
iaitu tokokan kecil f (x) yang dihasilkan daripada tokokan kecil x.
Jika y suatu
fungsi x, maka
merupakan kadar perubahan y terhadap x. Sebagai contoh jika r
mewakili jejari dalam meter dan t mewakili masa dalam saat, r
ialah fungsi t, maka
mewakili kadar perubahan jejari terhadap masa.
Nilai
yang positif mewakili kadar
perubahan menokok bagi y terhadap x manakala nilai
yang negatif mewakili kadar
perubahan menyusut bagi y terhadap x.
3.2.1 Kadar
Perubahan Malar
Misalkan
jejari r sm bagi sebuah bulatan pada masa t saat diberi oleh r
= 12 - 2t, dengan 0 £
t £
6. Oleh itu kadar perubahan r terhadap t,
= - 2 iaitu suatu nilai malar.
= - 2
ini dikenali juga sebagai kadar perubahan malar. Ini bermakna untuk
sebarang nilai t, 0 £
t £
6,
adalah tetap sama. Seterusnya untuk
kadar perubahan malar,
3.2.2 Kadar
Perubahan Terkait
Jika udara
diisikan ke dalam sebuah belon berbentuk sfera, jejari belon tersebut akan
menokok. Semakin udara diisi, semakin besarlah belon itu dan semakin menokoklah
jejarinya. Seterusnya isipadu belon V juga menokok. Jejari
dan isipadu belon ini menokok pada kadar yang tertentu dan kadar
perubahan ini pada masa t masing-masing ialah
dan
. Rumus isipadu sfera pula boleh ditulis sebagai
.
Rumus ini
menunjukkan terdapat kaitan antara jejari dengan isipadu. Seterusnya pasti wujud
kaitan antara kadar perubahan jejari terhadap masa,
dengan kadar perubahan isipadu
terhadap masa
. Masalah yang melibatkan kadar perubahan beberapa kuantiti yang berkaitan ini
dinamakan masalah kadar perubahan terkait. Pada amnya masalah-masalah mengenai
kadar perubahan yang melibatkan masa sebagai satu pembolehubah boleh
diselesaikan dengan menggunakan kaedah pembezaan fungsi gubahan iaitu
3.3 GERAKAN
PADA SUATU GARIS LURUS
Apabila
sebutir zarah bergerak maka kedudukannya akan berubah. Ini bererti zarah
beranjak dari kedudukan asal dan akan melibatkan jarak dan arah. Arah bagi
gerakan di sepanjang paksi-x positif ditandakan positif, manakala di
sepanjang paksi-x negatif ditandakan negaif. Oleh itu anjakan merupakan
suatu kuantiti vektor dengan jarak diukur dari suatu titik atau asalan. Ketika
zarah bergerak di sepanjang paksi-x, jika anjakan x ditentukan pada
setiap ketika bagi masa t, maka anjakan ini dapat dituliskan sebagai
suatu fungsi yang boleh dibezakan terhadap masa,
x = x(t)
dengan t = 0
halaju, v
bagi sebutir zarah ialah kadar perubahan anjakan x(t) terhadap masa, oleh
itu halaju merupakan terbitan pertama bagi anjakanterhadap masa t, iaitu
halaju
seketika ialah halaju zarah pada sebarang ketika bagi masa, dan tanda (positif
atau negatif) bagi halaju ini menunjukkan arah untuk gerakan di sepanjang suatu
garis lurus. Gerakan ke kanan adalah positif dan ke kiri adalah negatif.
Apabila halaju
bagi sebuah jasad yang bergerak dalam magnitud atau arah atau kedua-duanya,
jasad itu dikatakan memecut. Pecutan bagi sebutir zarah ialah kadar perubahan
halaju v terhadap masa t dan ditulis sebagai
oleh itu
pecutan merupakan terbitan kedua bagi anjakan terhadap masa t, iaitu
3.4
KECERUNAN LENGKUNG PADA SUATU TITIK
Kecerunan
lengkung di sebarang titik ditakrifkan sebagai kecerunan garis tangen pada
lengkung di titik tersebut. Kecerunan garis tangen pada lengkung berubah dan dan
boleh diperoleh dengan menggantikan koordinat titik itu ke dalam dy/dx.
3.4.1
Persamaan Garis Tangen Pada Lengkung
Persamaan
garis tangen pada suatu lengkung y = f (x) di sebarang titik P
ditakrifkan sebagai persamaan garis lurus PA yang hanya menyentuh lengkung di
titik P. Untuk mendapatkan persamaan garis tangen pada lengkung di titik P,
perlu dicari kecerunan bagi gairs tangen pada lengkung di titik tersebut.
3.4.2
Persamaan Garis Normal Pada Lengkung
persamaan
garis normal pada suatu lengkung y = f(x) di sebarang titik P ditakrifkan
sebagai persamaan garis lurus PB yang berserenjang dengan persamaan garis tangen
PA. Jika kecerunan garis tangen pada lengkung y = f(x) ialah m, maka
kecerunan garis normal ialah
.
Andaikan y
= f(x) ialah fungsi yang selanjar dan boleh dibezakan pada selang terbuka
a < x <
b
Jika f’(x) > 0, maka y = f(x) menokok pada selang a
< x < b
Jika f’(x) < 0, maka y = f(x) meyusut pada selang a
< x
Apabila suatu
fungsi menokok pada suatu selang , maka garis tangen kepada graf mempunyai
kecerunan positif di mana-mana pada selang itu. Seterusnya, apabila fungsi
menyusut pada suatu selang, maka garis tangen kapada kepada graf mempunyai
kecerunan negatif di mana-mana pada selang itu. Terdapat kemungkinan suatu
fungsi menokok pada selang dalam domainnya dan menyusut pada satu selang yang
lain.
TAKRIF
3.1 (Titik Genting) Titik
[c , f(c) ] pada suatu fungsi f(x) dikatakan titik genting
jiak berlaku f’(c) = 0 atau f’(c) tidak wujud. |
Perlu
diketahui bahawa jika f’ (x) ialah fungsi kuadratik atau peringkat
lebih tinggi, maka ada kemungkinan terdapat lebih daripada satu nilai genting.
UJIAN
TERBITAN PERTAMA Misalkan
y = f(x) merupakan lengkung yang diberi. 1.
f’(x) = 0 atau tidak wujud, x ialah titik genting. 2.
titik genting ialah titik maksimum jika f’(x) berubah
tanda dari pada positif kepada negatif
ketika x menokok melalui titik genting. Bentuk lengkung adalah
cembung. 3. titik genting ialah titik minimum jika f’(x) berubah tanda daripada negatif kepada positif ketika x menyusut melalui titik genting. Bentuk lengkung adalah cekung. |
TAKRIF
3.2 (Nilai Maksimum-Minimum Mutlak) Nilai Maksimum mutlak bagi suatu fungsi ialah titik di mana nilai terbesar bagi fungsi dicapai untuk seruluh domain fungsi tersebut. Sebaliknya nilai minimum mutlak bagi suatu fungsi ialah titik di mana nilai terkecil bagi fungsi dicapai untuk seluruh domain fungsi tersebut. |
UJIAN
TERBITAN KEDUA Katakan
lengkung y = f(x) mempunyai nilai genting di x = x0. 1.
jika f”(x0) < 0, graf berbentuk cembung
dan f(x) mempunyai nilai maksimum di x
= x0. 2.
jika f”(x0) > 0, graf
berbentuk cekung dan f(x) mempunyai nilai minimum di x
= x0. 3. jika f”(x0) = 0, atau tidak wujud, ujian terbitan kedua gagal dan ujian terbitan pertama mesti digunakan untk menentukan sifat graf di x = x0. |
TAKRIF
3.4 (Titik Lengkok Balas) Titik yang memisahkan bahagian cembung dengan bahagian cekung bagi suatu lengkung selanjar disebut titik lengkok balas. |
TEOREM
3.1 (Titik Lengkok Balas Dan Perubahan Tanda f” (x0)
) Misalkan suatu lengkung ditakrifkan sebagai y = f(x). Jika f”(x0) = 0 atau f”(x0) tidak wujud dan jika terbitan f”(x) berubah tanda ketika melalui x = x0, maka titik (x0 , f(x0)) pada lengkung merupakan titik lengkok balas. |
3.5.1 Nilai
Maksimum Dan Minimum Dalam Suatu Selang
Didapati
bahawa f(x) mempunyai nilai maksimum setempat dan nilai minimum setempat
masing-masing di P dan Q iaitu nilai maksimum atau minimum di kejiranan
titik-titik berkenaan sahaja. Ketika x menyusut dari P, nilai f(x)
akan menjadi lebih kecil daripada nilai di Q. Sebaliknya ketika x
menokokdari Q, nilai f(x) menjadi semakin besar daripada nilai di P.
Tanpa mengetahui bentuk keseluruhan graf, kedudukan titik maksimum atau minimum
mutlak tidak dapat ditentukan. Namun begitu dengan menghadkan domain boleh
ditentukan titik maksimum ataupun minimum mutlak tersebut.
3.5.2
Penggunaan Maksimum Dan Minimum Mutlak
Teori maksimum
dan minimum boleh digunakan dalam menentukan penyelesaian bagi masalah dalam
geometri, mekanik , fizik, industri, kejuruteraan, dan sebagainya.
Daripada
teorem had diketahui bahawa
dengan syarat
. Jika
maka teorem
had tidak boleh digunakan. Akan tetapi, had mungkin wujud bagi kes ini. Oleh itu
akan dipertimbangkan kes-kes yang had wujud.
Bentuk-bentuk
tak tentu yang mungkin bagi
ialah
a)
, apabila
dan
b)
, apabila i)
dan
ii)
dan
Had bagi
bentuk-bentuk tak tentu inilah yang akan dikaji dalam bahagian ini. Pengiraan
had akan dilakukan dengan penggunaan Petua L’Hospital. Petua ini telah
ditemukan oleh John Bernoulli untuk mengira had-had bagi pecahan yang mempunyai
penyebut dan pembilang yang menghampiri sifar. Namun demikian, orang yang
pertama memperkenalkan petua itu dalam sebuah buku kalkulus ialah seorang ahli
matematik Perancis, Guillaume Francois Antoine De L’Hospital.
TAKRIF
3.5 (Petau L’Hospital) Andaikan
f(x) dan g(x) ialah fungsi yang boleh dibezakan dalam
selang (a,b) yang mengandungi c kecuali (mungkin) pada
titik c sendiri. Jika
dengan
syarat
|
TUGASAN BKU KUiTTHO 2001. BVP. CHEE JUN WIE, KOK JIAN LING, LEE KOON MING |