Kalkulus: Perbedaan antara revisi

'''Kalkuluslkulus''' ({{lang-la|calculus}}, artinya "batu kecil", untuk menghitung) adalah cabang ilmu [[matematika]] yang mencakup [[limit]], [[turunan]], [[integral]], dan [[0,999...#Deret dan barisan takterhingga|deret takterhingga]]. Kalkulus adalah ilmu yang mempelajari perubahan, sebagaimana [[geometri]] yang mempelajari bentuk dan [[aljabar]] yang mempelajari operasi dan penerapannya untuk memecahkan persamaan. Kalkulus memiliki aplikasi yang luas dalam bidang-bidang [[ilmu|sains]], [[ekonomi]], dan [[teknik]]; serta dapat memecahkan berbagai masalah yang tidak dapat dipecahkan dengan [[aljabar elementer]].<ref name=concepts>{{citation

dengan syarat limit tersebut ada. Jika <math>f'</math> ada pada titik <math>x</math> tertentu, kita katakan bahwamaka <math>f'</math> dapat dikatakan terdiferensialkan (memiliki turunan) pada <math>x</math>, dan jika <math>f'</math> ada di setiap titik pada domain <math>f</math>, kita sebutmaka <math>f</math> dapat disebut terdiferensialkan.

ApabilaJika <math>z = x + h</math>, <math>h = z - x</math>, dan <math>h</math> mendekati 0 ''jika dan hanya jika'' <math>z</math> mendekati <math>x</math>, maka definisi turunan di atas dapat ditulis pula kita tulis sebagai:

Perhatikan bahwa ekspresi <math>{f(x+h) - f(x)\over{h}}</math> pada definisi turunan di atas merupakan gradien dari garis sekan yang melewati titik <math>(x,f(x))</math> dan <math>(x+h,f(x))</math> pada kurva '''''<math>f(x)</math>'''''. Apabila kita mengambilKetika limit ''<math>h</math>'' mendekati 0, maka kita akan mendapatkan kemiringan dari garis singgung yang diperoleh menyinggung kurva '''''<math>f(x)</math>''''' pada titik <math>x</math>. Hal ini berarti pula garis singgung suatu kurva merupakan limit dari garis sekan, demikian pulanya turunan dari suatu fungsi '''''<math>f(x)</math>''''' merupakan gradien dari fungsi tersebut.<ref name=concepts/>

Terdapat berbagai jenis pendefinisian formal integral tertentu, namun yang paling umumnya digunakan adalah definisi [[integral Riemann]]. Integral RiemanRiemann didefinisikan sebagai limit dari "[[Jumlah Riemann|penjumlahan Riemann]]". MisalkanlahMisalkan kita hendakingin mencari luas daerah yang dibatasi oleh fungsi <math>f</math> pada interval tertutup <math>[a, b]</math>. Dalam mencari luas daerah tersebut, interval <math>[a, b]</math> dapat kita bagidibagi menjadi banyak subinterval yang lebarnya tidak perlu sama, dan kita memilih sejumlah <math>n-1</math> titik <math>\{x_1,x_2,x_3,\dots,x_{n-1}\}</math> antara <math>a</math> dengan <math>b</math> sehingga memenuhi hubungan:<ref name=riemann>Bernard Riemann. "Über die Darstellbarkeit einer Function durch eine trigonometrische Reihe" (On the representability of a function by a trigonometric series; i.e., when can a function be represented by a trigonometric series). Makalah ini diserahkan kepada Universitas Göttingen pada tahun 1854 sebagai ''Habilitationsschrift'' Riemann (kualifikasi untuk menjadi instruktur). Diterbitkan pada tahun 1868 dalam ''Abhandlungen der Königlichen Gesellschaft der Wissenschaften zu Göttingen'' (Proceedings of the Royal Philosophical Society at Göttingen), vol. 13, hlm. 87-132. (dapat dibaca [http://books.google.com/books?id=PDVFAAAAcAAJ&pg=RA1-PA87 di sini].) Definisi integral Riemann, lihat bagian 4, "Über der Begriff eines bestimmten Integrals und den Umfang seiner Gültigkeit" (On the concept of a definite integral and the extent of its validity), hlm. 101-103.</ref>

Himpunan <math> P = \{x_0, x_1, x_2, \ldots, x_{n-1}, x_n\}\,</math> tersebut kitadapat sebutdikatakan sebagai '''partisi''' <math>[a, b]</math>, yang membagi <math>[a, b]</math> menjadi sejumlah <math>n</math> subinterval <math> [x_0, x_1], [x_1,x_2], \ldots, [x_{n-1}, x_n] </math>. Lebar subinterval pertama <math>[x_0,x_1]</math> kita nyatakandinyatakan sebagai <math>\Delta x_1</math>, demikian pula lebar subinterval ke-''i'' kita nyatakandinyatakan sebagai <math>\Delta x_i = x_i - x_{i-1}</math>. Pada tiap-tiap subinterval inilah kita pilihdipilih suatu titik sembarang, dan pada subinterval ke-<math>i</math> tersebut kita memilihdipilih titik sembarang <math>t_i</math>. Maka pada tiap-tiap subinterval akan terdapat batangan persegi panjang yang lebarnya sebesar <math>\Delta x</math> dan tingginya berawal dari sumbu <math>x</math> sampai menyentuh titik <math>(t_i,f(t_i))</math> pada kurva. Jika kita menghitung luas tiap-tiap batangan tersebut dihitung dengan mengalikan ''ƒ''(''t''_i)· Δ''x''_i dan menjumlahkan keseluruhan luas daerah batangan tersebut, kitamaka akan dapatkandidapatkan:

Penjumlahan <math>S_p</math> disebut sebagai '''penjumlahan Riemann untuk <math>f</math> pada interval <math>[a, b]</math>.''' Perhatikan bahwa semakin kecil subinterval partisi yang kita ambildiambil, hasil penjumlahan Riemann ini akan semakin mendekati nilai luas daerah yang kita inginkandiinginkan. Apabila kita mengambilJika limit dari norma partisi <math>\lVert P \rVert</math> mendekati nol, maka kita akan mendapatkandidapatkan luas daerah tersebut.<ref name=riemann/>

Diberikan <math>f(x)</math> sebagai fungsi yang terdefinisikan pada interval tertutup <math>[a, b]</math>. Kita katakan bahwa bilanganBilangan <math>I</math> adalahdikatakan sebagai '''integral tertentu''' <math>f</math> di sepanjang <math>[a, b]</math> dan bahwa <math>I</math> adalah limit dari penjumlahan Riemann <math>\sum_{i=1}^{n} f(t_i) \Delta x_i </math> apabila memenuhijikamemenuhi syarat berikut: Untuk setiap bilangan <math>\varepsilon > 0</math>, terdapat sebuah bilangan <math>\delta > 0</math> yang berkorespondensi dengannya sedemikian rupanyarupa untuk setiap partisi <math>P = \{ x_0, x_1, \ldots, x_n \}</math> di sepanjang <math>[a, b]</math> dengan <math>\lVert P \rVert < \delta </math> dan pilihan <math>t_i</math> apapun pada <math>[x_{k-1}, t_i]</math>, kitamaka dapatkandidapatkan

Pemilihan partisi ataupun titik <math>t_i</math> secara sembarang akan menghasilkan nilai yang sama sepanjang norma partisi tersebut mendekati nol. Apabila kita memilihJika partisi <math>P</math> yang dipilih membagi-bagi interval <math>[0,b]</math> menjadi <math>n</math> subinterval yang berlebar sama <math>\Delta x = \tfrac{b-0}{n} = \tfrac{b}{n}</math> dan titik <math>t_i</math> yang dipilih adalah titik akhir kiri setiap subinterval, partisi yang kita dapatkandidapatkan adalah <math> P = \{0, \tfrac{b}{n}, \tfrac{2b}{n}, \tfrac{3b}{n}, \ldots, \tfrac{nb}{n}\}</math> dan <math>t_i = \tfrac{ib}{n}</math>, sehingga:

Manakala integral tertentu adalah sebuah bilangan yang besarnya ditentukan dengan mengambil limit penjumlahan Riemann, yang diasosiasikan dengan partisi interval tertutup yang norma partisinya mendekati nol, [[teorema dasar kalkulus]] ([[Kalkulus#teorema dasar kalkulus|lihat bagian bawah]]) menyatakan bahwa integral tertentu sebuah fungsi kontinu dapat dihitung dengan mudah apabila kita dapat mencari antiturunan/antiderivatif fungsi tersebut dapat dicari melalui teorema berikut.<ref name=concepts/>

Keseluruhanmaka keseluruhan himpunan '''antiturunan'''/'''antiderivatif''' sebuah fungsi <math>f</math> adalah '''integral tak tentu''' ataupun '''primitif''' dari <math>f</math> terhadap <math>x</math> dan dituliskan secara matematis sebagai:

Sebagai contohnya apabilacontoh, kitajika hendakingin menghitung nilai integral <math>\int_a^b x\, dx</math>, daripada menggunakan definisi integral tertentu sebagai limit dari penjumlahan Riemann ([[kalkulus#integral tertentu|lihat bagian atas]]), kita dapat menggunakanmaka teorema dasar kalkulus dapat digunakan dalam menghitung nilai integral tersebut.

Anti derivatifAntiderivatif dari fungsi <math>f(x)= x\, </math> adalah <math>F(x)= \tfrac{1}{2} x^2 + C</math>. Oleh sebab itu, sesuaimenurut dengan teorema dasar kalkulus, nilai dari integral tertentu <math>\int_a^b x \,dx</math> adalah:

ApabilaJika kita hendakingin mencari luas daerah <math>A</math> dibawahterhadap kurva <math>y=x</math> pada interval <math>[0,b]</math>, <math>b>0</math>, maka kita akan dapatkandidapatkan:

Perhatikan bahwa hasil yang kita dapatkandidapatkan dengan menggunakan teorema dasar kalkulus ini adalah sama dengan hasil yang kita dapatkandidapatkan dengan menerapkan definisi integral tertentu ([[kalkulus#integral tertentu|lihat bagian atas]]). Oleh karena lebih praktis, teorema dasar kalkulus sering digunakan untuk mencari nilai integral tertentu.<ref name=concepts/>