GEOMETRI ANALITIK

GEOMETRI ANALITIK RUANG
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN MATEMATIKA
JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN IPA
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS JEMBER TAHUN 2012
Dr. Susanto, MPd

ii
KATA PENGANTAR
Puji syukur dipanjatkan kehadirat Alloh SWT atas segala rahmat, taufiq,
dan hidayah-Nya yang telah dilimpahkan, sehingga terselesaikannya buku
pegangan kuliah untuk mata kuliah Geometri Analitik Ruang. Mata Kuliah ini
memuat materi tentang garis lurus, persamaan bola, luasan putaran, dan luasan
berderajad dua.
Selanjutnya penulis menyadari bahwa buku ini masih belum sempurna;
untuk itu dimohon tanggapan baik berupa kritik dan saran kepada pembaca demi
kebaikan buku pegangan kuliah ini. Akhirnya mudah-mudahan buku ini
bermanfaat bagi pembaca.
Penulis

iii
DAFTAR ISI
Hal.
HALAMAN JUDUL ……………………………………………………………………………………….. i
KATA PENGANTAR ………………………………………………………………………………………. ii
DAFTAR ISI ………………………………………………………………………………………………….. iii
BAB I TITIK DAN VEKTOR DALAM RUANG DIMENSI TIGA ………………………. 1
Titik dalam Ruang Dimensi Tiga …………………………………………………… 1
Jarak Dua Titik …………………………………………………………………………….. 3
Vektor Dalam Ruang Dimensi Tiga ………………………………………………. 5
Hasil Kali Silang Dua Vektor …………………………………………………………. 9
BAB II GARIS LURUS ……………………………………………………………………………….. 12
Letak Garis Lurus Terhadap Bidang Datar …………………………………… 14
Jarak Dua Garis Bersilangan ……………………………………………………….. 19
BAB III PERSAMAAN BOLA ..........…………………………………………………………….. 21
Bidang Singgung Pada Bola …………………………………………………………. 24
BAB IV LUASAN PUTARAN ...…………………………………………………………………….. 27
Suatu Ellips di Bidang XOY Diputar Mengelilingi Sumbu X …………… 27
Suatu Parabola di Bidang XOY Diputar Mengelilingi Sumbu X………. 29
Suatu Hiperbola di Bidang XOY Diputar Mengelilingi Sumbu X........ 30
Suatu Garis Lurus di Bidang XOY Diputar Mengelilingi Sumbu X…… 32
Suatu Lingkaran di Bidang XOY Diputar Mengelilingi Sumbu X....... 34
Luasan Putaran Dengan Sumbu Putar Garis Sembarang ……………… 35
BAB IV LUASAN BERDERAJAT DUA ………………………………………………………….. 39
DAFTAR KEPUSTAKAAN ………………………………………………………………………………. 56

1
BAB I
TITIK DAN VEKTOR DALAM RUANG DIMENSI TIGA
1.1 Titik Dalam Ruang Dimensi Tiga
Ada beberapa cara menentukan letak suatu titik dalam ruang dimensi tiga.
Cara-cara tersebut didasarkan pada penetapan patokan mula yang digunakan.
Dalam tulisan ini dalam menentukan letak suatu titik menggunakan sistem
koordinat kartesius siku-siku. Patokan mula yang diambil dalam koordinat
kartesius dimensi tiga adalah tiga garis lurus yang saling tegak lurus yang
dinamakan sumbu x, sumbu y, dan sumbu z. Meskipun letak garis-garis yang
saling tegak lurus ini dapat diambil sesuka hati kita, namun diambil kesepakatan
sebagai berikut: sumbu y diambil mendatar, arah ke kanan merupakan arah
positif dan ke kiri merupakan arah negatif. Sumbu y dan sumbu z terletak pada
kertas kita; sedangkan sumbu x tegak lurus pada kertas dan melalui titik potong
sumbu y dan sumbu z. Sumbu x yang menuju kita sebagai arah positif dan arah
lawannya sebagai arah negatif. Pengaturan sistem seperti ini dinamakan sistem
tangan kanan. Hal ini karena jika empat jari tangan kanan dikepalkan sehingga
melengkung dari sumbu x positif ke arah sumbu y positif dan ibu jari akan
mengarah ke sumbu z positif. Ketiga sumbu tersebut menentukan tiga bidang,
yaitu bidang xy, bidang xz, dan bidang yz. Ketiga bidang ini membagi ruang
menjadi delapan oktan, yaitu oktan-oktan I, II, III, IV, ..., VIII. Oktan-oktan I, II, III,
dan IV di atas bidang xy, dan lainnya di bawah bidang xy. Oktan-oktan V, VI, VII,
dan VIII berturut-turut tepat di bawah oktan-oktan I, II, III, dan IV.
Letak suatu titik ditentukan oleh jarak titik itu ke bidang-bidang koordinat
yz, xz, dan xy, serta dilihat apakah arah positif atau negatif. Oleh karena itu suatu
titik tertentu oleh pasangan (tripel) tiga bilangan, misalnya titik P(x, y, z).
Pasangan pertama, yaitu x disebut koordinat x tau absis. Pasangan kedua, yaitu y
disebut koordinat y atau ordinat, dan pasangan ketiga disebut koordinat z atau

2
aplikat. Titik-titik P(2, 3, 4) dan Q(4, -2, 3) berturut-turut terletak dalam oktan I
dan II. Titik O(0, 0, 0) disebut titik asal. Setiap pada sumbu x, ordinat dan
aplikatnya nol, sedang suatu titik yang terletak pada bidang xy, aplikatnya nol.
Selanjutnya untuk menggambar sebuah titik, kita tidak perlu menggambar
balok, tetapi cukup dengan tiga ruas garis yang menyatakan panjang absis,
ordinat, dan aplikatnya. Sebagai contoh perhatikan koordinat T(3, 5, 4) sebagai
berikut.
Setiap titik yang aplikatnya positif terletak di atas bidang xy dan jika aplikatnya
negatif terletak di bawah bidang xy. Demikian juga untuk bidang-bidang yang lain
(xz dan yz).
Contoh 1.1. Titik A(1, -2,-4) terletak di oktan VI
Titik B(3, 4, -2) terletak di oktan V
Titik C(-2, -3, -5) terletak di oktan VII
Titik D(-4, -1, 6) terletak di oktan III
Gambar 1.1
Y
Z
X
T(3,5,4)

3
1.2 Jarak Dua Titik
Perhatikan gambar 1.2 dibawah ini. Akan ditentukan jarak titik asal O ke
titik P( .BPdan,AB,OA).,, 111111 zyxzyx 
Perhatikan OAB yang siku-siku di A, maka
2
1
2
1
222
yxABOAOB 
Selanjutnya pada OBP yang siku-siku di B berlaku bahwa
222
BPOBOP 
2
1
2
1
2
1
2
zyxOP 
Jarak titik O ke titik P( 111 ,, zyx ).
Selanjutnya akan ditentukan rumus jarak dua titik sebarang, misalnya titik-
titik P( 111 ,, zyx ) dan Q( 222 ,, zyx ). Perhatkan gambar 1.3 di bawah ini.
Y
Z
X
P( 111 ,, zyx )
Gambar 1.2
2
1
2
1
2
1 zyxOP 
P(x1, y1, z1)
Q(x2, y2, z2)
Z

4
12 xxAB 
12 yyBC 
12 zzDQ 
Segitiga ABC siku-siku di B, maka
222
BCABAC 
2
12
2
12
2
yyxxAC 
ACPD 
Segitiga PDQ siku-siku di D, maka
222
DQPDPQ 

2
PQ
2
12
2
12
2
12 zzyyxx 
2
12
2
12
2
12 zzyyxxPQ 
Rumus diatas adalah rumus jarak antara P( 111 ,, zyx ) dan Q( 222 ,, zyx ).
Contoh 1.2. Tentukan jarak antara titik-titik P(1, -2, 3) dan Q(5, 5, 7)
Jawab:
2
12
2
12
2
12 zzyyxxPQ 
222
)37()25()15( PQ
164916 PQ
9PQ
A
D
CB
Gambar 1.3
Y
X

5
1.3 Vektor Dalam Ruang Dimensi Tiga
Dalam ruang dimensi tiga suatu titik dinyatakan dengan tiga komponen,
yaitu absis, ordinat, dan aplikat. Misalnya titik D( 111 ,, zyx ); vektor posisi terhadap
titik O dari D ini adalah 111 ,, zyxd  = kzjyix 111  .
Vektor-vektor basis kji ,, berturut-turut adalah vektor-vektor satuan yang searah
dengan sumbu-sumbu x positif, y positif, dan z positif. Selanjutnya semua definisi
dan teorema vektor pada bidang sama dengan definisi dan teorema vektor dalam
ruang. Dalam bahasan ini hanya diberikan contoh-contoh untuk vektor dalam
ruang.
Contoh 1.3. Jika  4,2,3a dan  5,1,2b , maka
(1) 2a+ 3b = 2  4,2,3 = 3  5,1,2
=  7,7,0
(2) 5a – 2b =  30,8,19
Untuk rumus perbandingan berlaku bahwa jika 111 ,, zyxa  adalah vektor
posisi titik A, dan 222 ,, zyxb  adalah vektor posisi titik B, serta titik C terletak
pada ruas garis AB sedemikian hingga nmCBAC ::  , maka vektor posisi titik C
adalah
nm
bman
c



Apabila vektor posisi titik C adalah ccc zyxc ,, , maka diperoleh hubungan
nm
zyxmzyxn
zyx ccc


 222111 ,,,,
,,
212121 ,,
1
,, mznzmynymxnx
nm
zyx ccc 


nm
mznz
nm
myny
nm
mxnx
zyx ccc






 212121
,,,,

6
Jadi
nm
mznz
z
nm
myny
y
nm
mxnx
x ccc








 212121
;;
Contoh 1.4. Segitiga OAB dengan O titik asal, A(4, -2, 1) dan B(6, -3, -11). Titik D
terletak pada sisi AB sedemikian hingga 2:3: DBAD .
Tentukan koordinat titik D.
Jawab: Misalkan ),,( DDD zyxD , maka
5
1
5
23
6.34.2



Dx
5
3
2
23
)3.(3)2.(2



Dy
5
1
6
23
)11.(31.2



Dz
Jadi 






5
1
6,
5
3
2,
5
1
5D .
Apabila 321 ,, aaaa  , maka panjang vektor a yang ditulis dengan a adalah
2
3
2
2
2
1 aaaa 
Jika 321 ,, aaaa  adalah vektor posisi titik A dan 321 ,, bbbb  adalah vektor
posisi titik B, maka
AB ab 
 321 ,, bbb - 321 ,, aaa
332211 ,, ababab 
AB 2
33
2
22
2
11 )()()( ababab 
Jika  321321 ,,dan,, vvvvuuuu maka perkalian titiknya didefinisikan sama
dengan pada vektor di bidang, yaitu:
  0dengancosvuvu

7
Dan dengan mengingat  10,,0kdan,01,0,j,00,,1i , maka mudah
dimengerti bahwa:
1i
dan,0


kkjji
kikjji
Sehingga dapat diturunkan sebagai berikut:
 vu  321321 ,,.,, vvvuuu
 vu 332211 vuvuvu  dan hasil kali dua vektor ini berupa skalar.
Selanjutnya jika dua vektor saling tegak lurus, maka hasil kali titiknya sama
dengan nol; sebaliknya jika hasil kali titik dari dua vektor yang bukan vektor nol
sama dengan nol, maka dua vektor tersebut saling tegak lurus. Hal ini dapat ditulis
sebagai berikut:
0vatau0uatau0  vuvu
Contoh 1.5. Diketahui vektor-vektor
 4-1,2,cdan,53,-,1b,12,-3,a . Tunjukkan bahwa
ketiga vektor ini dapat merupakan sisi-sisi suatu segitiga siku-siku.
Jawab: Untuk menunjukkan bahwa ketiga vektor membentuk suatu
segitiga, ada dua pertimbangan, yaitu: (1) jumlah ketiga vektor
sama dengan vektor nol; atau (2) salah satu vektornya sama
dengan jumlah dua vektor lainnya.
Mengingat bahwa cba  . Maka ketiga vektor membentuk
segitiga. Selanjutnya ditunjukkan bahwasegitiga tersebut adalah
segitiga siku-siku.
Karena ca  = 3.2 + (-2).1 + 1.(-4) = 0, maka ca  , sehingga
segitiga tersebut adalah segitiga siku-siku.
Untuk menentukan besarnya sudut yang dibentuk oleh dua vektor
 321321 ,,dan,, vvvvuuuu yaitu:
vu
v

u
cos

8
atau
2
3
2
2
2
1
2
3
2
2
2
1
332211u
cos
vvvuuu
vuvuv



 adalah sudut yang dibentuk oleh vdanu
Contoh 1.6. Diketahui  22,-1,vdan1-3,2,u .
Nyatakan u sebagai jumlah suatu vektor yang sejajar v dan vektor
yang tegak lurus pada v .
Jawab: Gambar 1.4 berikut ini memberikan ilustrasi dari ketentuan-
ketentuan dalam soal dengan mengambil vva bdan// .
vpadauproyeksiadalaha , maka
v
v
ua 
3
2
22,-1,
3
1
1-3,2, a
v
v
a
3
2
 =  22,-1,
9
2
9
4
,
9
4
,
9
2
a
 aub -1-3,2, 
9
4
,
9
4
,
9
2
9
13-
,
9
23
,
9
20
b
Untuk memeriksa kebenaran perhitungan ini, tunjukkan bahwa a tegak lurus b ,
yaitu 0ba .
v
b
a
u
Gambar 1.4

9
1.4 Hasil Kali Silang Dua Vektor
Perhatikan gambar 1.5 berikut ini.
Diketahui kajaiaa 321  dan kbjbibb 321  serta  adalah sudut yang
dibentuk oleh a dan b dengan  0 . Hasil kali silang dari a dan b ditulis a
 b dibaca ” a silang b ” didefinisikan sebagai berikut:
a  b = uba sin
dengan u adalah vektor satuan yang tegak lurus dengan a dan b dan mengikuti
aturan pada sistem tangan kanan.
Memperhatikan definisi tersebut, karena u adalah vektor satuan, maka
a  b = sinba
Karena arah u ditentukan dengan aturan pada sistem aturan tangan kanan, maka
dapat disimpulkan bahwa:
b  a = )(.sin uab 
= - uba .sin
= -( a  b )
Sehingga diperoleh hubungan bahwa:
b  a = -( a  b ) (sifat anti komutatif)
Dari definisi di atas jika a dan b sejajar, yaitu  = 0, maka
Gambar 1.5
O
b
a
ba


10
a  b = uba sin
a  b = 0
Maka dapat disimpulkan bahwa dua vektor yang tidak nol adalah sejajar jika dan
hanya jika hasil kali silangnya sama dengan nol.
Hasil kali silang vektor-vektor bersifat distributif terhadap penjumlahan
vektor, yaitu: )()()( cabacba 
)()())( cbcacba  (buktikan sebagai latihan)
Selanjutnya akan diperoleh hasilkali silang untuk vektor-vektor satuan kdan,j,i ,
dengan menerapkan definisi hasil kali silang di atas sebagai berikut.
i  j = kji .
2
sin

i  j = k
Dengan cara yang sama diperoleh,
jik
ikj


jki
ijk
kij



0
0
0



kk
jj
ii
Sekarang akan dicari hasil kali silang dari
kajaiaa 321  dan kbjbibb 321 
a  b =  )( 321 kajaia )( 321 kbjbib 
= )( 321 kajaia   ib1 )( 321 kajaia   jb2 )( 321 kajaia  kb3
= 000 323123211312  ibajbaibakbajbakba
= )()()( 122113312332 babakbabajbabai 
a  b =
21
21
31
31
32
32
bb
aa
k
bb
aa
j
bb
aa
i 
a  b =
321
321
bbb
aaa
kji

11
Dengan mengingat kembali cara menghitung determinan dengan menggunakan
kofaktor-kofaktor baris pertama.
Selanjutnya dengan mengingat sifat determinan bahwa apabila dua baris
suatu determinan ditukarkan maka determinan yang lainnya negatif dari nilai
determinan semula.
b  a =
321
321
aaa
bbb
kji
= -
321
321
bbb
aaa
kji
= -( a  b ) (bukti sifat anti komutatif)
Contoh 1.7. Diketahui  14,,2,1-2,-,1 ba
Hitunglah ;ba  ;aba  .a bb 
Jawab: a  b =
142
121


kji
=
14
12 
i -
12
11


j +
42
21


k
=  kji 02 ji 2
aba  = ( ji 2 ) ( 0)2  kji
0)2()42(  jikjibab

12
BAB II
PERSAMAAN GARIS LURUS
Pada gambar dibawah ini l adalah garis yang melalui titik Po(xo, yo, zo) dan
sejajar dengan vektor .kcjbiav  Untuk menentukan persamaan garis l,
diambil sebarang titik P(x, y, z) pada garis l, maka vPPo // dan vtPPo  dengan t
bilangan real. Jika vektor-vektor posisi titik Po dan P terhadap O adalah
oooooo rrPPmakazyxrdanzyxr  ,,),, dan karena ,vtPPo  maka
vtrr o 
vtrr o 
Karena r adalah vektor posisi sebarang titik P pada garis l dan memenuhi
persamaan terakhir, maka setiap titik P pada garis l akan memenuhi persamaan
tersebut. Dengan kata lain, persamaan garis l yang melalui Po(xo, yo, zo) dan sejajar
vektor v = <a, b, c> adalah vtrr o 
Selanjutnya persamaan ini disebut persamaan vektor garis l
Atau
Z
r0
v
P0
r
P
Y
X

13
cbatzyxzyx ooo ,,,,,, 
tcztbytaxzyx ooo  ,,,,
tczztbyytaxx ooo  ;;
Selanjutnya persamaan ini disebut persamaan parametrik (kanonik) dari garis l.
Apabila parameter t dari persamaan parametrik ini dihilangkan, maka diperoleh
c
zz
b
yy
a
xx ooo 




. Selanjutnya disebut persamaan simetrik garis l dengan
bilangan arah a, b, c dan melalui titik (xo, yo, zo).
Persamaan parametrik tersebut terdiri dari dua persamaan yaitu
c
zz
b
yy
dan
b
yy
a
xx oooo 




Contoh
Tentukan persamaan simetrik dari garis potong bidang-bidang
2x – y – 5z = -14 dan 4x + 5y + 4z = 28.
Jawab
Dari dua persamaan bidang tersebut jika dihilangkan x, diperoleh y + 2z = 8. Jika
dihilangkan y, maka diperoleh x =
2
3
z – 3. Selanjutnya dari dua persamaan ini
dapat disusun persamaan simetriknya, yaitu
z
x
z
y





2
3
3
,
2
8
atauz
yx





2
8
2
3
3
24
8
3
3 zyx





.

14
Selanjutnya dapat dicari persamaan garis melalui dua titik. Misalkan titik A(x1, y1,
z1) dan B(x2, y2, z2). Vektor-vektor posisi titik-titik A dan B masing-masing adalah
a = <x1, y1, z1> dan b = <x2, y2, z2) dengan garis yang melalui A dan B. Dengan
mengambil sebarang titik R(x, y, z) pada garis tersebut yang vektor posisinya
adalah r = <x, y, z>. Maka persamaan vektor garis AB adalah
r = a + t(b – a) dengan t bilangan real.
<x, y, z> = <x1, y1, z1> + t<x2 – x1, y2 – y1, z2 – z1>
x = x1 + t(x2 – x1), y = y1 + t(y2 – y1), z = z1 + t(z2 – z1).
Selanjutnya persamaan ini disebut persamaan para metrik garis AB.
Dengan menghilangkan parameter t dari persamaan parametrik tersebut akan
diperoleh persamaan simetrik dari garis AB sebagai berikut
12
1
12
1
12
1
zz
zz
yy
yy
xx
xx








Contoh
Tentukan persamaan garis lurus yang melalui titik A(3, 2, 1) dan B(5, -1, -2)
Jawab
Persamaan garis lurus yang melalui A dan B adalah
12
1
21
2
35
3







 zyx
3
1
3
2
2
3






 zyx
Letak Garis Lurus Terhadap Bidang datar
Ada tiga kemungkinan yang terjadi, letak suatu garis terhadap suatu bidang datar,
yaitu garis memotong bidang, garis sejajar bidang, dan garis terletak pada bidang.
Perhatikan sebuah garis l =
c
zz
b
yy
a
xx 111 




Dan sebuah bidang  = Ax + By + Cz + D = 0

15
Misalkan garis l dan bidang  tersebut berpotongan, maka koordinat titik
potongnya dicari dengan menyelesaikan x, y, dan z dari tiga persamaan tersebut.
Salah satu cara menyelesaikannya dengan memisalkan bahwa
c
zz
b
yy
a
xx 111 




= t
x = x1 + at, y = y1 + bt, z = z1 + ct disubstitusikan pada persamaan bidang, maka
diperoleh
A(x1 + at) + B(y1 + bt) + C(z1 + ct) + D = 0
(Aa + Bb + Cc)t + Ax1 + By1 + Cz1 + D = 0
Apabila Aa + Bb + Cc  0, maka akan diperoleh nilai t, sehingga koordinat titik
potong garis dan bidang diperoleh dengan mensubstitusikan nilai t kedalam
persamaan garis yang memuat t.
Jika Ax1 + By1 + Cz1 + D = 0 dan Aa + Bb + Cc  0 maka titik potong garis dan bidang
adalah (x1, y1, z1).
Jika Aa + Bb + Cc = 0 dan Ax1 + By1 + Cz1 + D  0, maka garis dan bidang akan
sejajar.
Jika Aa + Bb + Cc = 0 dan Ax1 + By1 + Cz1 + D = 0, maka garis terletak pada bidang
Apakah syarat yang harus dipenuhi agar garis l tegaklurus pada bidang  ?
Garis l tegaklurus bidang , apabila vektor arah garis l sejajar dengan vektor
normal bidang . Vektor arah garis l adalah m = <a, b, c> dan vektor normal
bidang  adalah n = <A, B, C>. Maka garis l tegak lurus bidang ,
apabila m = kn dengan k suatu bilangan real.
Contoh
Carilah persamaan bidang yang memuat garis x = 1 + 2t, y = -1 + 3t, z = 4 + t dan
titik (1, -1, 5).

16
Jawab
Ambil dua titik pada garis dengan cara memberi harga t, misal t = 0 dan t = 1 akan
diperoleh titik-titik (1, -1, 4) dan (3, 2, 5). Selanjutnya persamaan bidang yang
dicari adalah persamaan bidang yang melalui titik-titik (1, -1, 5), (1, -1, 4), dan (3,
2, 5) yaitu
0
1523
1411
1511
1



zyx
3x – 2y – 5 = 0
Penyelesaian cara lain yaitu dengan menggunakan vektor arah garis, yaitu m = <2,
3, 1> dan sebuah titik (1, -1, 4) pada garis, serta titik (1, -1, 5) yang diketahui. Dua
titik ini menentukan vektor u = <0, 0, 1>.
Vektor normal bidang yang dicari adalah
m x u = ji
kji
23
100
132 
Maka persamaan bidang yang dicari adalah
3(x – 1) – 2(y + 1) = 0
3x – 2y – 5 = 0
Letak dua garis lurus dalam ruang dimensi tiga. Dua buah garis lurus dalam ruang
mungkin akan berpotongan, sejajar, berimpit, atau bersilangan.
Misalkan diketahui dua garis berikut ini
1
1
1
1
1
1
c
zz
b
yy
a
xx 




dan
2
2
2
2
2
2
c
zz
b
yy
a
xx 




sudut antara dua garis tersebut sama dengan sudut yang dibentuk oleh vektor-
vektor arahnya yaitu m1 = <a1, b1, c1> dan m2 = <a2, b2, c2>.
Jika  adalah sudut yang dibentuk oleh dua garis tersebut, maka

17
Cos  =
2
2
2
2
2
2
2
1
2
1
2
1
212121
cbacba
ccbbaa


Dua garis akan sejajar apabila vektor-vektor arahnya sejajar, yaitu m1 = tm2
dengan t suatu bilangan real. Sehingga bentuknya menjadi <a1, b1, c1> = t<a2, b2,
c2>, atau
2
1
2
1
2
1
c
c
b
b
a
a
 .
Dua garis saling tegak lurus apabila vektor-vektor arahnya saling tegak lurus, yaitu
m1.m2 = 0
<a1, b1, c1> . <a2, b2, c2> = 0
a1a2 + b1b2 + c1c2 = 0
Dua garis akan berpotongan apabila ada penyelesaian untuk x, y, dan z dari empat
persamaan bidang yang menyatakan dua persamaan garis tersebut.
Contoh
Tunjukkan bahwa garis-garis
6
2
1
1
1
2
2
4
3
2
4
1 











 zyx
dan
zyx
berpotongan, dan carilah persamaan bidang yang memuat dua garis tersebut.
Jawab
Dimisalkan bahwa:
k
zyx
dant
zyx















6
2
1
1
1
2
2
4
3
2
4
1
Atau x = 1 – 4t y = 2 + 3t z = -2 + 6k
X = 2 – k y = 1 + k z = -2 + 6k
Maka diperoleh persamaan:
1 – 4t = 2 – k, 2 + 3t = 1 + k, dan 4 – 2t = -2 + 6k
Dari k = 4t + 1, k = 3t + 1 diperoleh t = 0 dan k = 1 yang memenuhi
persamaan 4 – 2t = -2 + 6k.

18
Jadi titik potongnya adalah (1, 2, 4).
Untuk mencari persamaan bidang yang memuat dua garis tersebut
ditentukan vektor normalnya dulu, yaitu dengan perkalian silang dari vektor-
vektor arah garis, yaitu 6,1,12,3,4 21  mdanm
Vektor normal bidangnya adalah
611
23421


kji
mxmn
kjin  2620
Jadi persamaan bidang yang dicari adalah persamaan bidang yang melalui titik (1,
2, 4) dan tegak lurus n yaitu:
20(x – 1) + 26(y – 2) – (z – 4) = 0
20x + 26y – z = 68.
Telah diketahui bahwa garis dengan persamaan
c
zz
b
yy
a
xx 111 




,
mempunyai bilangan-bilangan arah a, b, dan c atau mempunyai vektor arah m =
<a, b, c>. Selanjutnya akan ditentukan bilangan-bilangan arah dari garis tersebut
ke dalam persamaan simetrik (kanonik), misalnya melenyapkan x, kemudian
melenyapkan y dari dua persamaan bidang tersebut.
Dengan melenyapkan x didapat
(A2B1 – A1B2)y + (a2C1 – A1C2)z + (a2D1 – A1D2) = 0
Dengan melenyapkan y diperoleh
(A1B2 – A2B1)x + (B2C1 – B1C2)z + (B2D1 – B1D2) = 0
Dari dua persamaan tersebut diperoleh
12212112
2112
1221
1221
1221
1221
BABA
z
CACA
BABA
DADA
y
CBCB
BABA
DBDB
x











Terlihat bahwa bilangan-bilangan arah (vektor arah) dari garis tersebut adalah
m = <B1C2 – B2C1, -A1C2 + A2C1, A1B2 – A2B1>

19
Atau dalam bentuk determinan menjadi
21
21
21
21
21
21
,,
BB
AA
CC
AA
CC
BB
m 
Jarak Dua Garis Bersilangan
Misalkan diketahui dua garis g1 dan g2, jarak garis g1 dan g2 ditentukan
dengan cara sebagai berikut. Dibuat bidang  melalui garis g2 dan sejajar g1. Pilih
suatu titik P pada garis g1. Maka jarak garis g1 dan g2 sama dengan jarak titik P ke
bidang .
Contoh
Berapakah jarak garis g1 : 7x – 4z – 38 = 0, 7y – 5z + 37 = 0 dan
garis g2 : 7x + 8z – 16 = 0, 7y – 3z = 15
Jawab
Persamaan bidang yang melalui garis g1 adalah anggota berkas bidang
(7x + 4z – 38) + t(7y – 5z + 37) = 0. Atau 7x + 7ty + (4 – 5t)z – 38 + 37t = 0.
Vektor normal bidang ini adalah n = <7, 7t, 4-5t>.
Sedangkan vektor arah garis g2 adalah
.49,21,56
70
07
,
30
87
,
37
80




m
Bidang yang melalui g1 sejajar g2, maka harus dipenuhi
0.,  nmyaitunm
<-56, 21, 49> . <7, 7t, 4-5t> = 0
-8 + 3t + 4 – 5t = 0
t = -2
Jadi bidang yang melalui g1 dan sejajar g2 adalah 7x – 14y + 14z – 112 = 0 yang
disederhanakan menjadi x – 2y + 2z – 16 = 0.
Pilih titik P(0, 3, 2) pada garis g2, maka jarak P ke bidang x – 2y + 2z – 16 = 0 adalah

20
d = 6
441
162.23.20



Jadi jarak garis-garis g1 dan g2 adalah 6.
Soal-soal
1. Carilah persamaan parameter dan persamaan simetrik garis lurus yang melalui
titik-titik (1, -2, 3) dan (4, 5, 6).
2. Carilah persamaan simetrik garis potong bidang-bidang x + y – z = 1 dan 3x –
3y + 7z = 9, serta tentukan vektor arahnya.
3. Carilah persamaan simetrik garis yang melalui titik (4, 0, 6) dan tegak lurus
pada bidang x – 5y + 2z = 10.
4. Carilah persamaan garis yang melalui titik (-5, 7, -2) dan tegak lurus pada
vektor-vektor <2, 1, -3> dan <5, 4, -1>.
5. Carilah persamaan garis yang melalui titik (5, -3, 4) dan memotong tegak lurus
sb x.
6. Carilah persamaan garis yang melalui titik (2, -4, 5) yang sejajar dengan bidang
3x + y – 2z = 5 dan tegak lurus pada garis g:
1
1
3
5
2
8





 zyx
7. Carilah persamaan bidang yang memuat garis-garis
g1 : x = -2 + 2t, y = 1 + 4t, z = 2 – t dan
g2 : x = 2 – 2t, y = 3 – 4t, z = 1 + t
8. Carilah persamaan bidang yang memuat garis g1 : x = 3t, y = 1 + t, z = 2t dan
sejajar dengan garis g2 : 2x – y + z = 0, y + z + 1 = 0.

21
BAB III
PERSAMAAN BOLA
Bola dengan pusat titik O (titik asal) dan berjari-jari r, persamaannya diperoleh
dengan cara mengambil sebarang titik P(x, y, z) pada bola. Sehingga
).,,( zyxrOP 
Pada gambar diatas
222
zyxrOP  jari-jarinya r = r
r2
= x2
+ y2
+ z2
.
Karena P(x, y, z) sebarang titik pada bola, maka setiap titik (x, y, z) pada bola
berlaku x2
+ y2
+ z2
= r2
. Ini berarti persamaan bola dengan pusat O dan berjari-
jari r adalah:
x2
+ y2
+ z2
= r2
.
Selanjutnya akan dicari persamaan bola dengan jari-jari r dan titik pusat M(a, b,
c).
Ambil sebarang titik P(x, y, z) pada bola, maka vektor
).,,( czbyaxrPM 
P(x,y)
O
Z
Y
X
r

22
 rrrPM .
2
2
).,,( czbyax  ).,,( czbyax 
r2
= (x – a)2
+ (y – b)2
+ (z – c)2
.
Karena P(x, y, z) sebarang titik pada bola yamg memenuhi persamaan tersebut
diatas, maka setiap titik (x, y, z) pada bola memenuhi persamaan tersebut. Hal ini
berarti persamaan bola dengan jari-jari r dan titik pusat (a, b, c) adalah:
(x – a)2
+ (y – b)2
+ (z – c)2
= r2
.
Contoh
Carilah persamaan bola yang berpusat di titik (1, 3, 2) dan melalui titik (2, 5, 0).
Jawab
Jari-jari bola adalah jarak dua titik tersebut, yaitu
.3441)2()35()12( 222
r
Persamaan bola yang dicari adalah persamaan bola dengan jari-jari 3 dan
berpusat di titik (1, 3, 2), yaitu:
(x – 1)2
+ (y – 3)2
+ (z – 2)2
= 9
Jika dijabarkan menjadi x2
+ y2
+ z2
– 2x – 6y – 4z + 5 = 0.
M•
O
Z
Y
X
P(x,y,z)

23
Rumus persamaan bola yaitu (x – a)2
+ (y – b)2
+ (z – c)2
= r2
dapat ditulis sebagai
berikut: x2
+ y2
+ z2
– 2ax – 2by – 2cz + a2
+ b2
+ c2
– r2
= 0
Jika –2a = A, -2b = B, -2c = C, dan a2
+ b2
+ c2
– r2
= D, maka persamaan bola
tersebut dapat ditulis sebagai berikut
x2
+ y2
+ z2
+ Ax + By + Cz + D = 0
Nampak disini bahwa persamaan bola adalah suatu persamaan kuadrat dalam x,
y, dan z dengan ciri-ciri: (a) tidak memuat suku-suku xy, xz, atau yz, dan (b)
koefisien-koefisien x2
, y2
, dan z2
selalu sama.
Selanjutnya akan ditentukan titik pusat dan jari-jari dari bola dengan persamaan
x2
+ y2
+ z2
+ Ax + By + Cz + D = 0.
Persamaan ini bisa diubah dengan melengkapi kuadrat dari x, y, dan z sebagai
berikut:
(x2
+ Ax + .
4
1
4
1
4
1
)
4
1
()
4
1
()
4
1 22222222
DCBACCzzBByyA 
.
4
1
4
1
4
1
)
2
1
()
2
1
()
2
1
( 222222
DCBACzByAx 
Dari persamaan ini dapat dengan mudah ditentukan titik pusat dan jari-jari bola,
yaitu:
jarinyajariadalahDCBAr
danpusatnyatitiksebagaiCBAM


222
4
1
4
1
4
1
,)
2
1
,
2
1
,
2
1
(
Contoh
Tentukan pusat dan jari-jari bola, jika diketahui persamaan bola tersebut adalah
sebagai berikut: x2
+ y2
+ z2
– 10x – 8y – 12z + 68 = 0.
Jawab
Dengan proses melengkapkan kuadrat, persamaan bola diubah menjadi:

24
(x2
– 10x + 25) + (y2
– 8y + 16) + (z2
– 12z + 36) = 25 + 16 + 36 – 68
(x – 5)2
+ (y – 4)2
+ (z – 6)2
= 9
Ini berarti bola berpusat di titik (5, 4, 6) dengan jari-jari 3.
Soal diatas dapat juga diselesaikan dengan menggunakan rumus, sehingga
diperoleh:
Titik pusat bola )
2
1
,
2
1
,
2
1
( CBAM  = ))12(
2
1
),8(
2
1
),10(
2
1
( M = (5, 4, 6)
Jari-jari bola adalah DCBAr  222
4
1
4
1
4
1
r = 68)12(
4
1
)8(
4
1
)10(
4
1 222

68361625 r
39 r
Bidang Singgung Pada Bola
Misalkan bola dengan persamaan (x – a)2
+ (y – b)2
+ (z – c)2
= r2
;
dan suatu titik T(x1, y1, z1) pada bola. Akan dicari persamaan bidang singgung pada
bola di titik T(x1, y1, z1). Bidang singgung di titik T dan jari-jari bola melalui T saling
tegak lurus, ambil sebarang titik V(x, y, z) pada bidang singgung, maka
111 ,, zzyyxxTV  pada bidang singgung
Pusat bola adalah P(a, b, c), maka
),,( 111 czbyaxPT 
Karena 0.  TVPTmakaPTTV

25
0..
0).(


PVPTPTPT
PVPTPT
r2
- <x1 – a, y1 – b, z1 – c> . <x – a, y – b, z – c> = 0
(x1 – a)(x – a) + (y1 – b)(y – b) + (z1 – c)(z – c) = r2
.
Ini adalah persamaan bidang singgung bola dengan persamaan (x – a)2
+ (y – b)2
+
(z – c)2
= r2
; di titik T(x1, y1, z1) pada bola.
Contoh
Tentukan persamaan bidang singgung pada bola (x – 3)2
+ (y – 1)2
+ (z – 2)2
= 9 di
titik (1, 3, 3).
Jawab
Titik (1, 3, 3) terletak pada bola, sebab koordinat-koordinatnya memenuhi pada
persamaan bola. Maka persamaan bidang singgung pada bola di titik (1, 3, 3)
adalah:
(1 – 3)(x – 3) + (3 – 1)(y – 1) + (3 – 2)(z – 2) = 9.
-2x + 2y + z – 7 = 0.
Soal-soal
1. Tuliskan persamaan bola yang pusatnya di titik (-6, 2, -3) dan jari-jarinya 2.
2. Carilah persamaan bola yang berpusat di titik (2, 4, 5) dan menyinggung
bidang xy.
3. Carilah persamaan bola jika diameternya adalah ruas garis yang
menghubungkan titik (-2, 3, 7) dan (4, -1, 5).
4. Tentukanlah pusat dan jari-jari bola dengan persamaan : 4x2
+ 4y2
+ 4z2
– 4x +
8y + 16z – 13 = 0.
5. Carilah persamaan bola-bola yang bersinggungan yang titik-titik pusatnya
berturut-turut (-3, 1, 2) dan (5, -3, 6) dan jari-jarinya sama.

26
6. Carilah persamaan bola dalam kuadran pertama yang jari-jarinya 6 dan
menyinggung bidang-bidang koordinat.
7. Carilah persamaan bola dengan pusat (1, 1, 4) dan menyinggung bidang x + y =
12.
8. Tentukan persamaan bola yang melalui titik-titik (3, 1, -3), (-2, 4, 1), dan (-5, 0,
0) yang titik pusatnya terletak pada bidang 2x + y – z + 3 = 0.
9. Tentukan persamaan bola yang berjari-jari 3 dan menyinggung bidang
x + 2y + 3z + 3 = 0 di titik T(1, 1, -3).
10. Tentukan persamaan bidang singgung pada bola (x – 3)2
+ (y + 2)2
+ (z – 1)2
=
25 yang sejajar dengan bidang 4x + 3z – 17 = 0.

27
BAB IV
LUASAN PUTARAN
Misalkan sumbu x diambil sebagai sumbu putar dan kurva yang diputar
terletak pada bidang YOZ. Persamaan kurva yang diputar adalah





0),(
0
zyf
x
Selanjutnya diambil T(xo, yo, zo) sebarang titik pada kurva. Maka dipenuhi :
xo = 0 dan f(yo , zo) = 0.
Ambil T(xo, yo, zo) sebarang titik pada kurva.
Maka dipenuhi





0,(
0
00
0
zyf
x
Lingkaran yang dilalui T adalah perpotongan bidang yang melalui T dan tegak
lurus sumbu putar, yaitu sumbu dengan bola yang pusatnya pada sumbu x,
misalkan titik O dan jari-jarinya OT.
Jadi persamaan lingkaran yang dilalui T adalah
x = xo
x2
+ y2
+ z2
= xo
2
+ yo
2
+ zo
2
Selanjutnya dengan mengeleminasi xo, yo, dan zo sehingga diperoleh persamaan
luasan putarannya.
Berikut ini akan dicari bermacam-macam persamaan luasan putaran.
3.1 Suatu Ellips Pada Bidang XOY Diputar Mengelilingi Sumbu X
Persamaan ellips pada bidang XOY berbentuk






1
0
2
2
2
2
b
y
a
x
z
Misalkan T(xo, yo, zo) sebarang titik pada ellips. Maka harus dipenuhi
zo = 0

28
12
2
2
2

b
y
a
x oo
Persamaan bidang yang melalui T dan tegak lurus sumbu x adalah x = x0.
Persamaan bola yang melalui titik T dan titik pusatnya di O adalah
x2
+ y2
+ z2
= xo
2
+ yo
2
+ zo
2
x= xo
x2
+ y2
+ z2
= xo
2
+ yo
2
+ zo
2
Dengan mengeleminasi xo, yo, dan zo diperoleh persamaan
12
22
2
2



b
zy
a
x
Persamaan ini merupakan persamaan ellipsoida putaran dengan sumbu putar
sumbu x.
Jika sumbu putarnya sumbu y maka persamaan ellipsoida diperoleh sebagai
berikut.
Persamaan ellips yang diputar adalah






1
0
2
2
2
2
b
y
a
x
z
Misalkan T(xo, yo, zo) sebarang titik pada ellips.
O
Z
X
Y

29
Maka harus dipenuhi






1
0
2
2
0
2
2
0
0
b
y
a
x
z
Persamaan bidang yang melalui T dan tegak lurus sumbu y adalah y = y0.
x2
+ y2
+ z2
= xo
2
+ yo
2
+ zo
2
y= yo
x2
+ y2
+ z2
= xo
2
+ yo
2
+ zo
2
12
2
2
22


b
y
a
zx
Persamaan ini merupakan persamaan ellipsoida putaran dengan sumbu putar
sumbu y.
Titik–titik puncaknya adalah (a, 0, 0), (-a, 0, 0), (0, b, 0), (0, -b, 0), (0, 0, a), dan (0,
0, a).
3.2 Suatu Parabola Pada Bidang XOY Diputar Mengelilingi Sumbu X
Persamaan parabola pada bidang XOY berbentuk:





pxy
z
2
0
2
Misalkan T(xo, yo, zo) sebarang titik pada parabola.
Maka harus dipenuhi
zo = 0
yo
2
= 2pxo
Persamaan lingkaran yang dilalui T adalah
x= xo
x2
+ y2
+ z2
= xo
2
+ yo
2
+ zo
2

30
y2
+ z2
= 2px.
Persamaan ini merupakan persamaan paraboloida putaran dengan sumbu putar
sumbu x.
3.3 Suatu Hiperbola Pada Bidang XOY Diputar Mengelilingi Sumbu X
Persamaan hiperbola pada bidang XOY berbentuk






1
0
2
2
2
2
b
y
a
x
z
Misalkan T(xo, yo, zo) sebarang titik pada hiperbola. Maka harus dipenuhi
zo = 0
12
2
2
2

b
y
a
x oo
x2
+ y2
+ z2
= xo
2
+ yo
2
+ zo
2
x= xo
x2
+ y2
+ z2
= xo
2
+ yo
2
+ zo
2
12
22
2
2



b
zy
a
x
O
X
Y
Z

31
Persamaan ini merupakan persamaan hiperboloida putaran berdaun dua dengan
sumbu putar sumbu x.
Titik puncaknya ada dua yaitu (-a, 0, 0) dan (a, 0, 0).
Jika hiperbola pada bidang XOY tersebut diputar mengelilingi sumbu y maka
diperoleh persamaan luasan sebagai berikut.
Persamaan hiperbola pada bidang XOY berbentuk






1
0
2
2
2
2
b
y
a
x
z
Misalkan T(xo, yo, zo) sebarang titik pada hiperbola. Maka harus dipenuhi
zo = 0
12
2
2
2

b
y
a
x oo
Persamaan bidang yang melalui T dan tegak lurus sumbu y adalah y = y0.
x2
+ y2
+ z2
= xo
2
+ yo
2
+ zo
2
X
Z
YO

32
y = yo
x2
+ y2
+ z2
= xo
2
+ yo
2
+ zo
2
12
2
2
22


b
y
a
zx
Persamaan ini merupakan persamaan hiperboloida putaran berdaun satu dengan
sumbu putar sumbu y.
Beberapa titik puncaknya adalah (a, 0, 0), (-a, 0, 0), (0, 0, a), dan (0, 0, -a).
3.4 Suatu Garis Lurus Pada Bidang XOY Diputar Mengelilingi Sumbu X
a. Misalkan persamaan garis yang diputar adalah





pmyx
z 0
Misalkan T(xo, yo, zo) sebarang titik pada garis yang diputar. Maka harus dipenuhi
zo = 0
xo = myo + p
x2
+ y2
+ z2
= xo
2
+ yo
2
+ zo
2
O
X
Z
Y

33
x = xo
x2
+ y2
+ z2
= xo
2
+ yo
2
+ zo
2
x2
– m2
(y2
+ z2
) – 2px + p2
= 0.
Persamaan ini merupakan persamaan kerucut.
b. Misalkan garis yang diputar menyilang sumbu x, maka persamaannya
berbentuk





pmyx
kz
zo = k
xo = myo + p
x2
+ y2
+ z2
= xo
2
+ yo
2
+ zo
2
x = xo
x2
+ y2
+ z2
= xo
2
+ yo
2
+ zo
2
1
)(
22
2
2
22




km
px
k
zy
Persamaan ini merupakan persamaan hiperboloida putaran berdaun satu.
O
X
Y
Z

34
3.5 Suatu Lingkaran Pada Bidang XOY Diputar Mengelilingi Sumbu X
Misalkan persamaan lingkaran pada bidang XOY berbentuk





222
)(
0
rbyx
z





222
)(
0
rbyx
z
oo
o
x2
+ y2
+ z2
= xo
2
+ yo
2
+ zo
2
x = xo
x2
+ y2
+ z2
= xo
2
+ yo
2
+ zo
2
(x2
+ y2
+ z2
– r2
– b2
)2
= 4b2
(r2
– x2
).
O
X
Y
Z

35
Persamaan ini merupakan persamaan torus.
3.6 Luasan Putaran Dengan Sumbu Putar Garis Sebarang
Misalkan persamaan sumbu putarnya adalah
c
zz
b
yy
a
xx 111 




dan persamaan kurva yang diputar adalah





0),,(
0),,(
2
1
zyxf
zyxf
Misalkan T(xo, yo, zo) sebarang titik pada kurva yang diputar. Maka harus dipenuhi





0),,(
0),,(
2
1
ooo
ooo
zyxf
zyxf
Lingkaran yang dilalui T adalah perpotongan bidang melalui T dan tegak lurus
sumbu putar dengan bola yang pusatnya di titik P yang terletak pada sumbu putar
dan berjari-jari PT. Di sini dapat diambil P(x1, y1, z1).
Persamaan bidang melalui T dan tegak lurus sumbu putar adalah
a(x – xo) + b(y – yo) + c(z – zo) = 0.
Persamaan bola yang pusatnya di titik P(x1, y1, z1) dan berjari-jari PT adalah
X
YO
Z


36
(x – x1)2
+ (y – y1)2
+ (z – z1)2
= (xo – x1)2
+ (yo – y1)2
+ (zo – z1)2





2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1 )()()()()()(
0)()()(
zzyyxxzzyyxx
zzcyybxxa
ooo
ooo
Dengan mengeleminasi xo, yo, dan zo diperoleh persamaan luasan putaran.
Contoh
Tentukan persamaan luasan yang terjadi dari perputaran parabola





xy
z
4
0
2
mengelilingi garis





12
0
xz
y
Jawab
Persamaan sumbu putar adalah





12
0
xz
y
Vektor arah dari sumbu putar ini adalah m = <-1, 0, -2>.
Misalkan T(xo, yo, zo) sebarang titik pada parabola.
Maka harus dipenuhi
zo = 0
yo
2
= 4xo
Persamaan bidang yang melalui T dan tegak lurus sumbu putar adalah
-1(x – xo) + 0(y – yo) – 2(z – zo) = 0 atau
x + 2z = xo + 2zo
Persamaan bola yang pusatnya di titik P(0, 0, 1) dan berjari-jari PT =
222
)1(  ooo zyx adalah x2
+ y2
+ (z – 1)2
= xo
2
+ yo
2
+ (zo – 1)2
.
x + 2z = xo + 2zo
x2
+ y2
+ (z – 1)2
= xo
2
+ yo
2
+ (zo – 1)2
.
Selanjutnya didapat x + 2z = xo.

37
Akibatnya yo
2
= 4xo = 4(x + 2z) = 4x + 8z.
Dengan mensubstitusikan xo, yo, dan zo diperoleh
x2
+ y2
+ (z – 1)2
= (x + 2z)2
+ (4x + 8z) + 1
Setelah dijabarkan dan disederhanakan, diperoleh persamaan luasan yaitu:
Y2
– 3z2
– 4xz – 4x – 10z = 0.
Contoh
Diketahui persamaan garis g =





12
0
xy
z
Tentukan persamaan luasan yang terbentuk dari garis g yang diputar mengelilingi
sumbu x.
Jawab
Misalkan T(xo, yo, zo) sebarang titik pada garis g.
Maka harus dipenuhi





12
0
oo
o
xy
z
Persamaan bidang yang melalui titik T dan tegak lurus sumbu x adalah x = xo.
Persamaan bola yang titik pusatnya di O dan melalui T adalah
x2
+ y2
+ z2
= xo
2
+ yo
2
+ zo
2
.
x = xo
x2
+ y2
+ z2
= xo
2
+ yo
2
+ zo
2
.
Kita mempunyai yo = 2x + 1. Selanjutnya dengan mensubstitusikan xo, yo, dan zo
diperoleh persamaan
x2
+ y2
+ z2
= x2
+ (2x + 1)2
+ 0.
Setelah dijabarkan dan disederhanakan diperoleh persamaan luasan yang
ditanyakan yaitu:
-4x2
+ y2
+ z2
– 4x – 1 = 0.

38
Soal-soal
1. Suatu ellips dengan persamaan





0164
0
22
zx
y
diputar mengelilingi
sumbu x. Tentukan persamaan ellipsoida putaran yang terbentuk.
2. Jika suatu hiperbola dengan persamaan






1
916
0
22
zx
y
diputar mengelilingi
sumbu x. Tentukan persamaan luasan putaran yang terjadi.
3. Suatu parabola dengan persamaan





zx
y
2
0
2
diputar mengelilingi garis





2
0
xy
z
. Tentukan persamaan luasan putaran yang terjadi.
4. Suatu parabola dengan persamaan





zy
x
2
0
2
diputar mengelilingi sumbu z.
Tentukan persamaan luasan yang terjadi.
5. Suatu garis





1
0
zx
y
diputar mengelilingi garis dengan persamaan





332
0
zy
x
. Tentukan persamaan luasan putaran yang terjadi.

39
BAB V
LUASAN BERDERAJAD DUA
Berikut ini akan diselidiki suatu luasan yang terjadi dari suatu ellips dan
hiperbola yang letak dan besarnya berubah menurut aturan tertentu.
1. Pada bidang XOY terletak ellips dengan persamaan






1
0
2
2
2
2
b
y
a
x
z
Pada bidang YOZ terletak ellips dengan persamaan






1
0
2
2
2
2
c
z
b
y
x
Kedua ellips diatas mempunyai puncak-puncak yang sama pada sumbu y.
Selanjutnya ellips yang terletak pada bidang XOY digerakkan dengan aturan
sebagai berikut.
a) bidangnya selalu sejajar dengan bidang XOY,
b) titik pusatnya tetap pada sumbu z,
c) dua dari puncaknya selalu terletak pada ellips yang terletak pada bidang YOZ,
dan
d) ellips tetap sebangun dengan ellips yang digerakkan.
Berarti ellips pada bidang YOZ merupakan garis arah dari ellips yang bergerak.
Adapun persamaan luasan yang terjadi dapat dicari sebagai berikut.
Misalkan ellips






1
0
2
2
2
2
b
y
a
x
z
digerakkan sehingga terletak pada bidang z =  dan
setengah sumbu-sumbunya adalah xo dan yo berturut-turut sumbu yang sejajar
sumbu x dan sumbu y.
Karena memenuhi aturan a, b, dan c, maka titik (0, yo, ) terletak pada ellips






1
0
2
2
2
2
c
z
b
y
x
sehingga memenuhi )1(1 2
2
22
2
2
2
2
c
byatau
cb
y
o
o 


40
Karena aturan a, b, dan d maka dipenuhi
b
a
y
x
o
o

Atau 2
2
2
2
2
2
2
.b
b
a
y
b
a
x oo  )1( 2
2
c

 = a2
)1( 2
2
c

 .
Jadi persamaan ellips yang terletak pada bidang z =  tersebut adalah:







12
2
2
2
oo y
y
x
x
z 
atau











1
)1()1( 2
2
2
2
2
2
2
2
c
b
y
c
a
x
z


Dengan mengeleminasi  dan persamaan ellips ini, diperoleh persamaan
12
2
2
2
2
2

c
z
b
y
a
x
Persamaan ini merupakan persamaan ellipsoida dengan titik pusat O dan sumbu-
sumbunya berimpit dengan sumbu-sumbu koordinat.
Jika dua diantara a, b, dan c adalah sama, maka ellipsoida tersebut merupakan
suatu ellipsoida putaran. Jika a = b = c, maka ellipsoida tersebut merupakan bola.
x0
O
X
Y
Z
y0

41
2. Ellips yang digerakkan terletak pada bidang XOY dengan persamaan






1
0
2
2
2
2
b
y
a
x
z
dan persamaan garis arah dari ellips yang bergerak adalah hiperbola pada bidang
YOZ dengan persamaan






1
0
2
2
2
2
c
z
b
y
x
Selanjutnya ellips digerakkan dengan aturan:
b) titik pusat ellips selalu terletak pada sumbu z,
c) dua dari puncaknya selalu terletak pada garis arah, dan
d) ellips yang digerakkan selalu tetap sebangun dengan ellips semula.
Misalkan ellips digerakkan sehingga terletak pada bidang z =  dan setengah
sumbu-sumbunya adalah xo dan yo berturut-turut sumbu yang sejajar sumbu x
dan sumbu y.






1
0
2
2
2
2
c
z
b
y
x
sehingga memenuhi )1(1 2
2
22
2
2
2
2
c
byatau
cb
y
o
o 

b
a
y
x
o
o

atau 2
2
2
2
2
2
2
.b
b
a
y
b
a
x oo  )1( 2
2
c

 = a2
)1( 2
2
c

 .







12
2
2
2
oo y
y
x
x
z 
atau

42











1
)1()1( 2
2
2
2
2
2
2
2
c
b
y
c
a
x
z


12
2
2
2
2
2

c
z
b
y
a
x
Persamaan ini merupakan persamaan hiperboloida berdaun satu dengan titik
pusat O dan sumbu-sumbunya berimpit dengan sumbu-sumbu koordinat.
Jika a = b maka diperoleh hiperboloida putaran.






1
0
2
2
2
2
b
y
a
x
z
dan garis arah dari ellips yang digerakkan adalah hiperbola dengan persamaan






1
0
2
2
2
2
c
z
b
y
x
Aturan untuk menggerakkan adalah sebagai berikut.
O
y0
x0
Z
Y
X

43
dan sumbu y.






1
0
2
2
2
2
c
z
b
y
x
sehingga memenuhi - )1(1 2
2
22
2
2
2
2

c
byatau
cb
y
o
o 
b
a
y
x
o
o

atau 2
2
2
2
2
2
2
.b
b
a
y
b
a
x oo  )1( 2
2

c

= a2
)1( 2
2

c

.







12
2
2
2
oo y
y
x
x
z 
atau











1
)1()1( 2
2
2
2
2
2
2
2
c
b
y
c
a
x
z


12
2
2
2
2
2

c
z
b
y
a
x
Persamaan ini merupakan persamaan hiperboloida putaran berdaun dua dengan
titik pusat O dan sumbunya adalah sumbu z.
Jika a = b maka persamaan ini menjadi persamaan hiperboloida putaran berdaun
dengan titik pusat O dan sumbunya adalah sumbu Z.

44






1
0
2
2
2
2
b
y
a
x
z
dan garis arah dari ellips yang bergerak adalah parabola pada bidang YOZ dengan
persamaan





pzy
x
2
0
2
aturan untuk menggerakkan ellips adalah:
dan sumbu y.
sehingga memenuhi yo
2
= 2p.
b
a
y
x
o
o

y0
x0
O
Z
X
Y

45
atau xo
2
= p
b
a
y
b
a
o 22
2
2
2
2









1
2
2
2
2
2
2



p
y
p
b
a
x
z
z
c
p
b
y
a
x
22
2
2
2
2

Persamaan ini merupakan persamaan paraboloida ellips dengan titik puncak di O.
Jika a = b maka persamaan ini menjadi persamaan paraboloida putaran dengan
sumbu z sebagai sumbu putarnya.
5. Misalkan hiperbola yang digerakkan terletak pada bidang YOZ dengan
persamaan






1
0
2
2
2
2
c
z
b
y
x
O
Z
X
Y
y0
x0

46
dan garis arahnya berupa ellips pada bidang XOY dengan persamaan






1
0
2
2
2
2
b
y
a
x
z
Aturan untuk menggerakkan hiperbola adalah sebagai berikut.
a) bidangnya selalu sejajar dengan bidang YOZ,
b) titik pusatnya selalu terletak pada sumbu x,
c) hiperbolanya selalu tetap sebangun dengan hiperbola semula, dan
d) titik-titik puncaknya selalu terletak pada garis arah.
Misalkan hiperbola digerakkan sehingga terletak pada bidang x =  dan
setengah sumbu-sumbunya yang sejajar dengan sumbu y dan sumbu z berturut-
turut adalah yo dan zo.
Dari garis aturan diatas, titik puncak (, yo, 0) terletak pada garis arah sehingga
harus dipenuhi
)1(
)1(1
2
2
222
2
2
2
2
2
22
2
2
2
2
a
czatauy
b
c
zsehingga
c
b
z
y
jugadan
a
byatau
b
y
a
ooo
o
o
o
o




.
Jadi persamaan hiperbola yangbterletak pada bidang x =  adalah











1
)1()1( 2
2
2
2
2
2
2
2
a
c
z
a
b
y
x


Dengan mengeliminasi  dari persamaan hiperbola diatas dapat diperoleh
persamaan
12
2
2
2
2
2

c
z
b
y
a
x
Persamaan ini merupakan persamaan hiperbola berdaun satu.

47
6. Misalkan hiperbola yang digerakkan terletak pada bidang YOZ dengan
persamaan






1
0
2
2
2
2
c
z
b
y
x
dan garis arahnya berupa ellips pada bidang XOY dengan persamaan






1
0
2
2
2
2
b
y
a
x
z
Misalkan hiperbola digerakkan sehingga terletak pada bidang x =  dan
setengah sumbu-sumbunya yang sejajar dengan sumbu y dan sumbu z berturut-
turut adalah yo dan zo.
Dari garis aturan diatas, titik puncak (, yo, 0) terletak pada garis arah sehingga
harus dipenuhi
)1(
)1(1
2
2
222
2
2
2
2
2
22
2
2
2
2


a
czatauy
b
c
zsehingga
c
b
z
y
jugadan
a
byatau
b
y
a
ooo
o
o
o
o


.
Jadi persamaan hiperbola yangbterletak pada bidang x =  adalah











1
)1()1( 2
2
2
2
2
2
2
2
a
c
z
a
b
y
x



48
Dengan mengeliminasi  dari persamaan hiperbola diatas dapat diperoleh
persamaan
12
2
2
2
2
2

c
z
b
y
a
x
Persamaan ini merupakan persamaan hiperboloida berdaun dua dengan sumbu y
sebagai sumbunya.
7. Misalkan hiperbola yang digerakkan terletak pada bidang XOY dengan
persamaan






1
0
2
2
2
2
b
y
a
x
z
dan garis arahnya berupa parabola pada bidang YOZ dengan persamaan





pzy
x
2
0
2
Misalkan hiperbola digerakkan sehingga terletak pada bidang x =  dan setengah
sumbu-sumbunya yang sejajar dengan sumbu y dan sumbu z berturut-turut
adalah yo dan zo.
Berdasarkan aturan diatas, titik puncak (, yo, 0) terletak pada garis arah sehingga
yo
2
= 2p.
b
a
y
x
o
o

atau xo
2
= p
b
a
y
b
a
o 22
2
2
2
2

Jadi persamaan hiperbola yang terletak pada bidang z =  tersebut adalah:

49








1
2
2
2
2
2
2



p
y
p
b
a
x
z
Dengan mengeleminasi  dan persamaan hiperbola ini, diperoleh persamaan
z
c
p
b
y
a
x
22
2
2
2
2

Persamaan ini merupakan persamaan paraboloida hiperbolis dengan sumbu z
sebagai sumbunya.
8. Pandang persamaan ellipsoida 12
2
2
2
2
2

c
z
b
y
a
x
Titik pusat ellipsoida ini adalah (0, 0, 0).
Sumbu-sumbu simetrinya adalah sumbu x, sumbu y, dan sumbu z yang masing-
masing panjangnya 2a, 2b, dan 2c.
Titik-titik puncaknya ada enam yaitu (a, 0, 0), (-a, 0, 0), (0, b, 0), (0, -b, 0), (0, 0, c),
dan (0, 0, -c).
Persamaan bidang singgung pada ellipsoida dapat dicari sebagai berikut.
Misalkan T(x1, y1, z1) merupakan titik singgung tersebut. Persamaan garis yang
melalui T dengan bilangan-bilangan arah p, q, dan r adalah






r
zz
q
yy
p
xx 111
Koordinat-koordinat titik-titik potong garis ini dengan ellipsoida diatas, diperoleh
sebagai berikut.
1
)()()(
2
2
1
2
2
1
2
2
1






c
rz
b
qy
a
px 
Setelah dijabarkan, persamaan diatas menjadi
0
222
2
1
2
1
2
12
2
2
2
2
2
2












 
c
rz
b
qy
a
px
c
r
b
q
a
p
Salah satu akar dari persamaan kuadrat ini adalah 1 = 0.

50
Agar garis menyinggung ellipsoida maka haruslah 1 = 2 = 0.
Hal ini hanya terjadi untuk 0
222
2
1
2
1
2
1







c
rz
b
qy
a
px
Dengan mengeliminasi p, q, dan r diperoleh
0
)()()(
2
11
2
11
2
11






c
zzz
b
yyy
a
xxx
Persamaan ini merupakan persamaan garis yang menyinggung ellipsoida di T.
Jadi persamaan bidang singgung di T pada ellipsoida adalah
12
1
2
1
2
1

c
zz
b
yy
a
xx
Misalkan T(x1, y1, z1) suatu titik diluar ellipsoida. Dari titik T dibuat bidang-
bidang yang menyinggung ellipsoida.
Misalkan P(xo, yo, zo) suatu titik singgung dari bidang singgung yang melalui titik T.
Berdasarkan uraian diatas persamaan bidang singgung di titik P adalah
1222

c
zz
b
yy
a
xx ooo
Karena bidang singgung melalui T, maka dipenuhi
12
1
2
1
2
1

c
zz
b
yy
a
xx ooo
Ini berarti setiap titik singgung dari bidang singgung pada ellipsoida yang melalui
T, terletak pada bidang dengan persamaan
12
1
2
1
2
1

c
zz
b
yy
a
xx
Persamaan ini merupakan persamaan bidang kutub dari titik T terhadap ellipsoida
12
2
2
2
2
2

c
z
b
y
a
x
Tampak bahwa, jika T terletak pada ellipsoida maka persamaan bidang kutub dari
T merupakan persamaan bidang singgung di T. Persamaan batas bayangan
ellipsoida oleh sinar-sinar yang melalui T(x1, y1, z1) adalah

51








1
1
2
2
2
2
2
2
2
1
2
1
2
1
c
z
b
y
a
x
c
zz
b
yy
a
xx
Contoh
Carilah m sehingga bidang x – 2y – 2z + m = 0 menyinggung ellipsoida
1
936144
222

zyx
Jawab
Misalkan T(xo, yo, zo) suatu titik singgung ellipsoida
Maka dipenuhi 1
936144
222
 ooo zyx
Persamaan bidang singgung ellipsoida di T adalah 1
936144
 ooo zzyyxx
Atau xox + 4yoy + 16zoz – 144 = 0.
Bidang singgung ini harus berimpit dengan bidang x – 2y – 2z + m = 0
Ini berarti harus dipenuhi 






m
zyx ooo 144
2
16
2
4
1
atau xo = 
yo = -
2
1

zo =
8
1

Karena titik T(xo, yo, zo) pada ellipsoida, maka 1
)9(64)36(4144
222


Atau  =  8.
Untuk  = 8 diperoleh m = -18 dan untuk  = -8 diperoleh m = 18.
Jadi nilai m yang ditanyakan adalah m = 18.
9. Pandang persamaan hiperboloida berdaun Satu

52
12
2
2
2
2
2

c
z
b
y
a
x
Sumbu-sumbu simetrinya adalah sumbu x, sumbu y, dan sumbu z. Titik-
titik puncaknya yang terletak di sumbu-sumbu koordinat ada empat yaitu: (a, 0,
0), (-a, 0, 0), (0, b, 0), dan (0, -b, 0).
Selanjutnya dengan cara seperti pada ellipsoida diperoleh persamaan bidang
singgung pada hiperboloida berdaun satu di titik singgung T(x1, y1, z1) yaitu
12
1
2
1
2
1

c
zz
b
yy
a
xx
Demikian juga dengan persamaan bidang kutub dari titik T(x1, y1, z1) terhadap
hiperboloida bardaun satu yaitu
12
1
2
1
2
1

c
zz
b
yy
a
xx
Berikut ini akan diubah bentuk bentuk persamaan hiperboloida berdaun satu.
Misalkan persamaan hiperboloida berdaun satu adalah
12
2
2
2
2
2

c
z
b
y
a
x
Bentuk ini dapat dinyatakan sebagai
2
2
2
2
2
2
1
b
y
c
z
a
x

atau 
























b
y
b
y
c
z
a
x
c
z
a
x
11
Berarti ada dua susunan garis pada hiperboloida berdaun satu yaitu
(1)
































b
y
c
z
a
x
b
y
c
z
a
x
1
1


(2)
































b
y
c
z
a
x
b
y
c
z
a
x
1
1


dengan , , ,  parameter.
Akan dibuktikan bahwa garis-garis dalam satu susunan saling bersilangan.
Misalkan persamaan garis-garis dalam satu susunan tersebut adalah

53
































b
y
c
z
a
x
b
y
c
z
a
x
1
1
11
11


dan
































b
y
c
z
a
x
b
y
c
z
a
x
1
1
22
22


Andaikan kedua garis tersebut berpotongan maka terdapat harga x, y, dan z
sehingga
(1)
2
2
1
1
2
2
1
1
11




















 dengan
b
y
b
y
c
z
a
x
Berarti 01
2
2
1
1













b
y




atau y = b.
(2)
2
2
1
1
2
2
1
1
11




















 dengan
b
y
b
y
c
z
a
x
Berarti 01
2
2
1
1













b
y




atau y = -b.
Sehingga diperoleh suatu kontradiksi yaitu b = y = -b (karena b  0.
Jadi pengandaian diatas adalah salah dan haruslah kedua garis dalam satu
susunan adalah bersilangan.
10. Pandang persamaan hiperboloida berdaun dua
12
2
2
2
2
2

c
z
b
y
a
x
Hiperboloida ini hanya mempunyai satu sumbu simetri yaitu sumbu x.
Titik-titik puncak ada dua yaitu (a, 0, 0) dan (-a, 0, 0).
Panjang sumbu-sumbunya adalah 2a, 2b, dan 2c.
Dengan cara seperti pada ellipsoida, diperoleh persamaan bidang singgung di titik
T(x1, y1, z1) yaitu
12
1
2
1
2
1

c
zz
b
yy
a
xx
Demikian juga persamaan bidang kutub dari titik T(x1, y1, z1) terhadap
hiperboloida berdaun dua, yaitu

54
12
1
2
1
2
1

c
zz
b
yy
a
xx
Jika titik T terletak pada hiperboloida berdaun dua maka bidang kutub dari T
menjadi bidang singgung di T.
11. Pandang persamaan paraboloida elliptis z
b
p
b
y
a
x
22
2
2
2
2

Titik puncak ada satu dan sumbu simetrinya adalah sumbu z.
Dengan cara seperti pada ellipsoida, diperoleh persamaan bidang singgung di
T(x1,y1,z1) pada paraboloida elliptis yaitu:
)( 122
1
2
1
zz
b
p
b
yy
a
xx

Persamaan bidang kutub dari T(x1,y1,z1) terhadap paraboloida elliptis adalah
)( 122
1
2
1
zz
b
p
b
yy
a
xx

Jika titik T pada paraboloida elliptis maka bidang kutub dari T menjadi bidang
singgung di T.
12. Pandang persamaan paraboloida hiperbolis
)0(,
2
22
2
2
2
 pz
b
p
b
y
a
x
Dengan cara seperti pada ellipsoida dapat diperoleh persamaan bidang singgung
di titik T(x1, y1, z1) pada paraboloida hiperbolis yaitu
)( 122
1
2
1
zz
b
p
b
yy
a
xx

Jika titik T pada paraboloida hiperbolis, maka bidang kutub menjadi bidang
singgung.

55
Soal-soal
1. Tentukan semua titik-titik puncak ellipsoida 9x2
+ 4y2
+ 36z2
= 36, yang terletak
di sumbu-sumbu koordinat.
2. Tentukan irisan paraboloida hiperbolis )0(,
2
22
2
2
2
 pz
b
p
b
y
a
x
dengan
bidang XOY.
3. Tentukan irisan bidang x – 2 = 0 dengan ellipsoida 1
41216
222

zyx
4. Tunjukkan bahwa bidang y + 6 = 0 memotong paraboloida hiperbolis
z
yx
6
45
22
 dalam bentuk parabola, dan tentukan puncak dan parameter
parabolanya.
5. Tentukan persamaan bidang singgung ellipsoida 4x2
+ 16y2
+ 8z2
= 1 yang
sejajar dengan bidang x – 2y + 2z + 17 = 0.

56
DAFTAR KEPUSTAKAAN
Kletenic, D., Problems in Analytic Geometry, Moscow: Peace Publisher, t.th.
Moeharti Hadiwidjojo, Ilmu Ukur Analitik Bidang Bagian III, Yagyakarta: FMIPA,
IKIP Yogyakarta, 1994.
Moeharti Hadiwidjojo, Vektor dan Transformasi dalam Geometri, Yagyakarta:
FMIPA, IKIP Yogyakarta, 1989.
Purcell, Edwin J (Penterjemah: Rawuh, Bana Kartasasmita), Kalkulus Dan Geometri
Analitis Jilid II, Jakarta: Erlangga, 1984.
Thomas, George B., JR., Calculus and Analytic Geometry, Tokyo, Jakarta
Publications Trading Company, Ltd, 1963.

GEOMETRI ANALITIK

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to GEOMETRI ANALITIK

Similar to GEOMETRI ANALITIK (20)

More from putriyani13

More from putriyani13 (11)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

GEOMETRI ANALITIK