Berikut ini merupakan soal dan pembahasan materi hiperbola yang merupakan salah satu hasil irisan kerucut pada kajian geometri analitik. Semoga bermanfaat dan dapat dijadikan referensi. Sejumlah gambar grafik yang terdapat di sini merupakan produk dari penggunaan aplikasi GeoGebra Classic 5.
Baca Juga: Soal dan Pembahasan – Irisan Kerucut: Elips
Today Quote
Bagian Pilihan Ganda
Soal Nomor 1
Salah satu titik puncak hiperbola $\dfrac{(x-5)^2}{16}-\dfrac{(y-2)^2}{9} = 1$ adalah $\cdots \cdot$
A. $(9, 2)$ D. $(5,-2)$
B. $(7,2)$ E. $(7,-2)$
C. $(5,2)$
Persamaan hiperbolanya adalah $\dfrac{(x-5)^2}{16}-\dfrac{(y-2)^2}{9} = 1.$
Diketahui $a = \sqrt{16} = 4$, $b = \sqrt{9} = 3$, dan pusatnya di $(5, 2).$
Karena koefisien $x^2$ pada persamaan hiperbola bernilai positif, maka hiperbola ini termasuk hiperbola horizontal dan puncaknya di $(5 \pm a, 2)$. Untuk $a = 4$, diperoleh puncak hiperbola di $(9, 2)$ dan $(1, 2)$.
(Jawaban A)
Soal Nomor 2
Hiperbola dengan pusat $(0,0)$ mempunyai asimtot $y = \dfrac{3}{2}x$ dan koordinat fokus $(\sqrt{13}, 0)$. Persamaan hiperbola tersebut adalah $\cdots \cdot$
A. $\dfrac{x^2}{9}-\dfrac{y^2}{4}=1$
B. $\dfrac{x^2}{4}-\dfrac{y^2}{9}=1$
C. $\dfrac{x^2}{16}-\dfrac{y^2}{9}=1$
D. $\dfrac{x^2}{25}-\dfrac{y^2}{16}=1$
E. $\dfrac{x^2}{16}-\dfrac{y^2}{25}=1$
Karena nilai $c$ memengaruhi koordinat titik fokus dari titik pusat dengan $c = \sqrt{13}$, maka hiperbola ini termasuk hiperbola horizontal.
Karena hiperbola ini horizontal, maka persamaan asimtotnya menggunakan rumus $y = \pm \dfrac{b}{a}x.$
Diketahui persamaan asimtot hiperbola $y = \dfrac{3}{2}x.$
Ini berarti, $a = 2, b =3$, dan verifikasi menunjukkan bahwa benar $c = \sqrt{a^2 + b^2} = \sqrt{2^2 + 3^2} = \sqrt{13}.$
Jadi, persamaan hiperbolanya adalah
$$\boxed{\dfrac{x^2}{a^2}-\dfrac{y^2}{b^2} = 1 \Rightarrow \dfrac{x^2}{4}- \dfrac{y^2}{9} = 1}$$(Jawaban B)
Soal Nomor 3
Asimtot hiperbola $16(x-5)^2-9(y+1)^2 = 144$ adalah $\cdots \cdot$
- $y-x+10=0$ dan $y-2x+10=0$
- $y-3x-10=0$ dan $y+3x+20=0$
- $y-x+20=0$ dan $y-2x+21=0$
- $y-4x=0$ dan $y-4x+2=0$
- $3y-4x+23=0$ dan $3y+4x-17=0$
Persamaan hiperbola tersebut harus diubah menjadi bentuk umumnya dengan membagi kedua ruasnya dengan $144$ sehingga diperoleh
$\boxed{\dfrac{(x-5)^2}{9}-\dfrac{(y+1)^2}{16} = 1}$
Dari sini, didapat
$\begin{aligned} & a = \sqrt{9}= 3 \\ & b =\sqrt{16}=4 \\ & c = \sqrt{a^2+b^2} =\sqrt{3^2+4^2}=5 \\ & \text{Pusat di}~P(5,-1). \end{aligned}$
Karena koefisien $x^2$ pada persamaan hiperbola bernilai positif, maka hiperbola ini termasuk hiperbola horizontal.
Untuk itu, persamaan asimtotnya ditentukan oleh
$\begin{aligned} y-y_p & = \pm \dfrac{b}{a}(x-x_p) \\ y + 1 & = \pm \dfrac{4}{3}(x-5) \\ 3(y + 1) & = \pm 4(x-5) \\ 3y + 3 & = \pm (4x- 20) \\ 3y + 3 \pm (4x-20) & = 0. \end{aligned}$
Diperoleh dua persamaan asimtot:
$\begin{cases} 3y-4x + 23 & = 0 \\ 3y + 4x-17 & = 0 \end{cases}$
(Jawaban E)
Soal Nomor 4
Salah satu persamaan asimtot hiperbola $9x^2-4y^2 +8y-40 = 0$ adalah $\cdots \cdot$
A. $3x-2y+1=0$
B. $3x-2y+2=0$
C. $9x-4y+4=0$
D. $9x-4y+1=0$
E. $9x+4y+1=0$
Ubah persamaan hiperbola tersebut ke bentuk kanonik.
$\begin{aligned} 9x^2-4y^2 +8y-40 & = 0 \\ 9x^2-4(y^2-2y)-40 & = 0 \\ 9x^2-4((y-1)^2-1)-40 & = 0 \\ 9x^2-4(y-1)^2 & = 36 \\ \text{Bagi kedua ruas dengan}&~36 \\ \dfrac{x^2}{4}-\dfrac{(y-1)^2}{9} & = 1. \end{aligned}$
Diperoleh $a = \sqrt{4}=2, b = \sqrt{9} = 3$, dan pusat di $(0, 1)$.
Persamaan asimtot hiperbola horizontal (karena koefisien $x^2$ bernilai positif) tersebut dinyatakan oleh
$\begin{aligned} y-y_p & = \pm \dfrac{b} {a} (x-x_p) \\ y-1 & = \pm \dfrac{3}{2}(x-0) \\ 2(y-1) & = \pm 3x \\ \pm 3x + 2y-2 & = 0. \end{aligned}$
Diperoleh dua persamaan asimtot hiperbola, yakni $\boxed{3x+2y-2=0}$ dan $\boxed{-3x+2y-2=0}$.
Perhatikan bahwa persamaan $-3x+2y-2=0$ ekuivalen dengan $3x-2y+2=0$.
(Jawaban B)
Soal Nomor 5
Persamaan garis singgung hiperbola $\dfrac{x^2}{25}-\dfrac{y^2}{9}$ yang sejajar dengan garis $y-2x+4=0$ adalah $\cdots \cdot$
A. $y = 2x \pm 3\sqrt{15}$
B. $y = 2x \pm 5\sqrt{3}$
C. $y = 2x \pm \sqrt{41}$
D. $y = 2x \pm \sqrt{61}$
E. $y = 2x \pm \sqrt{91}$
Dari persamaan hiperbola $\dfrac{x^2}{25}-\dfrac{y^2}{9} = 1$, diketahui $a^2= 25, b^2 = 9$, dan pusat di $(0,0)$.
Gradien garis $y-2x+4 = 0$ adalah $m_g =-\dfrac{-2}{1} = 2.$
Karena garis singgung sejajar dengan garis ini, maka gradien garis singgung juga $m = 2$.
Persamaan garis singgungnya dirumuskan oleh
$\begin{aligned} y & = mx \pm \sqrt{a^2m^2-b^2} \\ y & = 2x \pm \sqrt{25(2)^2- 9} \\ y & = 2x \pm \sqrt{91}. \end{aligned}$
Jadi, persamaan garis singgung hiperbola tersebut yang sejajar dengan garis $y-2x+4=0$ adalah $\boxed{y = 2x \pm \sqrt{91}}$
(Jawaban E)
Soal Nomor 6
Persamaan garis singgung hiperbola $\dfrac{(y+4)^2}{16}-\dfrac{(x-2)^2}{9}=1$ yang tegak lurus garis $3x+y+4=0$ adalah $\cdots$
A. $y = \dfrac{1}{3}x + \dfrac{14}{3} \pm \sqrt{15}$
B. $y =-\dfrac{1}{3}x + \dfrac{14}{3} \pm \sqrt{15}$
C. $y =-\dfrac{1}{3}x- \dfrac{14}{3} \pm \sqrt{15}$
D. $y = \dfrac{1}{3}x- \dfrac{14}{3} \pm \sqrt{15}$
E. $y = 3x + \dfrac{14}{3} \pm \sqrt{15}$
Dari persamaan hiperbola vertikal $\dfrac{(y+4)^2}{16}-\dfrac{(x-2)^2}{9}=1,$ diketahui $a^2 = 9,$ $b^2 = 16$, dan pusat di $(2,-4)$.
Gradien garis $3x+y+4=0$ adalah $m_g =-\dfrac{3}{1} =-3$.
Karena garis singgung tegak lurus dengan garis ini, maka gradien garis singgungnya adalah $m =-\dfrac{1}{-3} = \dfrac{1}{3}.$
Persamaan garis singgung hiperbola vertikal tersebut dirumuskan oleh
$$\begin{aligned} y-y_p & = m(x-x_p) \pm \sqrt{b^2- a^2m^2} \\ y + 4& = \dfrac{1}{3}(x-2) \pm \sqrt{16- 9\left(\dfrac{1}{3}\right)^2} \\ y + 4& = \dfrac{1}{3}x-\dfrac{2}{3} \pm \sqrt{15} \\ y & = \dfrac{1}{3}x-\dfrac{14}{3} \pm \sqrt{15}. \end{aligned}$$Jadi, persamaan garis singgung hiperbola $\dfrac{(y+4)^2}{16}-\dfrac{(x-2)^2}{9}=1$ yang tegak lurus garis $3x+y+4=0$ adalah $\boxed{y = \dfrac{1}{3}x- \dfrac{14}{3} \pm \sqrt{15}}$
(Jawaban D)
Soal Nomor 7
Persamaan garis singgung hiperbola $\dfrac{(y+1)^2}{8}-\dfrac{(x-1)^2}{4}=1$ di titik $(3,3)$ adalah $\cdots \cdot$
A. $y=x$
B. $2y=x+3$
C. $y = 2x-3$
D. $y=3x-6$
E. $y = 4x-9$
Persamaan garis singgung yang melalui titik $(x_1, y_1) = (3,3)$ dinyatakan oleh
$$\begin{aligned} \dfrac{(y-y_p)(y_1-y_p)}{b^2}-\dfrac{(x-x_p)(x_1-x_p)}{a^2} & =1 \\ \dfrac{(y+1)(3+1)} {8}-\dfrac{(x-1)(3-1)} {4} & = 1 \\ \dfrac{1}{2}(y+1)-\dfrac{1}{2}(x-1) & = 1 \\ \text{Kalikan 2 pada kedua ruas}& \\ (y+1)- (x-1) & = 2 \\ y + 1-x + 1 & = 2 \\ y = x. \end{aligned}$$Jadi, Persamaan garis singgung hiperbola $\dfrac{(y+1)^2}{8}- \dfrac{(x-1)^2}{4}=1$ di titik $(3,3)$ adalah $\boxed{y=x}$
(Jawaban A)
Soal Nomor 8
Persamaan garis singgung hiperbola $6x^2-15y^2+12x+30y-99=0$ di titik $(4,3)$ adalah $\cdots$
A. $x+y-7=0$
B. $x-y-1=0$
C. $x+2y-10=0$
D. $2x-y-5=0$
E. $2x+y-11=0$
Ubah bentuk persamaan hiperbolanya terlebih dahulu.
$$\begin{aligned} 6x^2-15y^2+12x+30y-99 & =0 \\ 6(x^2+2x)-15(y^2-2y)-99 & = 0 \\ 6((x+1)^2-1)-15((y-1)^2-1)-99&=0 \\ 6(x+1)^2-6-15(y-1)^2 + 15-99 & = 0 \\ 6(x+1)^2- 15(y-1)^2 & = 90 \end{aligned}$$Persamaan garis singgung hiperbola yang melalui titik $(x_1, y_1) = (4,3)$ selanjutnya dinyatakan oleh
$$\begin{aligned} b^2(x-x_p)(x_1-x_p)-a^2(y-y_p)(y_1-y_p) & = a^2b^2 \\ 6(x+1)(4+1)-15(y-1)(3-1) & = 90 \\ 30(x+1)-30(y-1) & = 90 \\ \text{Bagi 30 pada kedua ruas} & \\ (x + 1)-(y-1) & = 3 \\ x-y-1 & = 0. \end{aligned}$$Persamaan garis singgung hiperbola $6x^2-15y^2+12x+30y-99=0$ di titik $(4,3)$ adalah $\boxed{x-y-1=0}$
(Jawaban B)
Bagian Esai
Soal Nomor 1
Tentukan koordinat titik puncak, titik fokus, panjang latus rektum, persamaan direktriks, eksentrisitas, persamaan asimtot dari hiperbola $16x^2-9y^2=144$.
Persamaan hiperbola tersebut harus diubah menjadi bentuk umumnya dengan membagi kedua ruasnya dengan $144$ sehingga diperoleh
$$\boxed{\dfrac{x^2}{9}-\dfrac{y^2}{16} = 1}$$Dari sini, didapat
$\begin{aligned} & a = \sqrt{9}=3 \\ & b =\sqrt{16}=4 \\ & c = \sqrt{a^2+b^2} =\sqrt{3^2+4^2}=5 \\ & \text{Pusat di}~P(0,0). \end{aligned}$
(Koordinat titik puncak)
Karena koefisien $x^2$ pada persamaan hiperbola bernilai positif, maka hiperbola ini termasuk hiperbola horizontal dan puncaknya di $(0 \pm a, 0)$, yaitu $(3,0), (-3,0).$
(Koordinat titik fokus)
Koordinat titik fokusnya adalah $(0 \pm c, 0)$, yaitu $(5,0)$ dan $(-5,0)$.
(Panjang latus rektum)
Karena hiperbola ini horizontal, maka panjang latus rektumnya adalah $|LR|= \dfrac{2b^2}{a} =\dfrac{2(4)^2}{3}=\dfrac{32}{3}.$
(Persamaan direktriks)
Karena hiperbola ini horizontal, maka persamaan direktriksnya adalah $x = \pm \dfrac{a^2}{c} =\pm \dfrac{9}{5}.$
(Eksentrisitas)
Karena hiperbola ini horizontal, maka eksentrisitasnya adalah $e = \dfrac{c}{a} = \dfrac{5}{3}.$
(Persamaan asimtot)
Karena hiperbola ini horizontal, maka persamaan asimtotnya adalah $y = \pm \dfrac{b}{a}x =\pm \dfrac{4}{3}x.$
Secara geometris, representasi grafiknya sebagai berikut.
Soal Nomor 2
Tentukan koordinat titik puncak, titik fokus, panjang latus rektum, persamaan direktriks, eksentrisitas, dan persamaan asimtot dari hiperbola $16y^2-9x^2=144$.
Persamaan hiperbola tersebut harus diubah menjadi bentuk umumnya dengan membagi kedua ruasnya dengan $144$ sehingga diperoleh
$$\boxed{\dfrac{y^2}{9}-\dfrac{x^2}{16} = 1}$$Dari sini, didapat
$\begin{aligned} & a = \sqrt{16}=4 \\ & b =\sqrt{9}=3 \\ & c = \sqrt{a^2+b^2} =\sqrt{4^2+3^2}=5 \\ & \text{Pusat di}~P(0,0). \end{aligned}$
(Koordinat titik puncak)
Karena koefisien $x^2$ pada persamaan hiperbola bernilai negatif, maka hiperbola ini termasuk hiperbola vertikal dan puncaknya di $(0, 0 \pm b)$, yaitu $(0,3)$ dan $(0,-3).$
(Koordinat titik fokus)
Koordinat titik fokusnya adalah $(0, 0 \pm c)$, yaitu $(0,5)$ dan $(0,-5)$.
(Panjang latus rektum)
Karena hiperbola ini vertikal, maka panjang latus rektumnya adalah $|LR|= \dfrac{2a^2}{b} =\dfrac{2(4)^2}{3}=\dfrac{32}{3}.$
(Persamaan direktriks)
Karena hiperbola ini vertikal, maka persamaan direktriksnya adalah $y = \pm \dfrac{b^2}{c} =\pm \dfrac{9}{5}.$
(Eksentrisitas)
Karena hiperbola ini vertikal, maka eksentrisitasnya adalah $e = \dfrac{c}{b} = \dfrac{5}{3}.$
(Persamaan asimtot)
Karena hiperbola ini vertikal, maka persamaan asimtotnya adalah $y = \pm \dfrac{b}{a}x =\pm \dfrac{3}{4}x.$
Secara geometris, representasi grafiknya sebagai berikut.
Soal Nomor 3
Tentukan koordinat titik puncak, titik fokus, panjang latus rektum, persamaan direktriks, eksentrisitas, dan persamaan asimtot dari hiperbola $9(x+2)^2-16(y-3)^2 = 144$.
Persamaan hiperbola tersebut harus diubah menjadi bentuk umumnya dengan membagi kedua ruasnya dengan $144$ sehingga diperoleh
$$\boxed{\dfrac{(x+2)^2}{16}-\dfrac{(y-3)^2}{9} = 1}$$Dari sini, didapat
$\begin{aligned} & a = \sqrt{16}=4 \\ & b =\sqrt{9}=3 \\ & c = \sqrt{a^2+b^2} =\sqrt{3^2+4^2}=5 \\ & \text{Pusat di}~P(-2,3). \end{aligned}$
(Koordinat titik puncak)
Karena koefisien $x^2$ pada persamaan hiperbola bernilai positif, maka hiperbola ini termasuk hiperbola horizontal dan puncaknya di $(-2 \pm a, 3) \Rightarrow (-2 \pm 4, 3)$, yaitu $(2,3)$ dan $(-6,3).$
(Koordinat titik fokus)
Koordinat titik fokusnya adalah $(-2 \pm c, 3) \Rightarrow (-2 \pm 5, 3)$, yaitu $(3,3)$ dan $(-7,3).$
(Panjang latus rektum)
Karena hiperbola ini horizontal, maka panjang latus rektumnya adalah
$|LR|= \dfrac{2b^2}{a} =\dfrac{2(3)^2}{4}=\dfrac{9}{2}.$
(Persamaan direktriks)
Karena hiperbola ini horizontal, maka persamaan direktriksnya adalah
$$\boxed{x = x_p \pm \dfrac{a^2}{c}}$$yakni
$\begin{cases} x & =-2 + \frac{4^2}{5} = \frac{6}{5} \\ x & =-2- \frac{4^2}{5} =- \frac{26}{5} \end{cases}$
(Eksentrisitas)
Karena hiperbola ini horizontal, maka eksentrisitasnya adalah $e = \dfrac{c}{a} = \dfrac{5}{4}.$
(Persamaan asimtot)
Karena hiperbola ini horizontal, maka persamaan asimtotnya menggunakan rumus berikut:
$$\boxed{y- y_p = \pm \dfrac{b}{a}(x-x_p)}$$yakni
$$\begin{cases} y- 3 = \dfrac{3}{4}(x + 2) \Leftrightarrow 4y- 3x = 18 \\ y- 3 =-\dfrac{3}{4}(x + 2) \Leftrightarrow 4y + 3x = 6 \end{cases}$$Secara geometris, representasi grafiknya sebagai berikut.
Soal Nomor 4
Tentukan koordinat titik puncak, titik fokus, panjang latus rektum, persamaan direktriks, eksentrisitas, dan persamaan asimtot dari hiperbola $3x^2-2y^2+4y-26=0$.
Persamaan hiperbola tersebut harus diubah menjadi bentuk umumnya sebagai berikut.
$\begin{aligned} 3x^2-2y^2+4y-26 & =0 \\ 3x^2- 2(y^2- 2y)-26 & = 0 \\ 3x^2- 2((y-1)^2- 1)- 26 & = 0 \\ 3x^2- 2(y-1)^2 & = 24 \\ \text{Bagi kedua ruas dengan}~&24 \\ \dfrac{x^2}{8}- \dfrac{(y-1)^2}{12} & = 1. \end{aligned}$
Dari sini, didapat
$\begin{aligned} & a= \sqrt{8} \\ & b =\sqrt{12}\\ & c = \sqrt{a^2+b^2} =\sqrt{8+12}=\sqrt{20} \\ & \text{Pusat di}~P(0,1). \end{aligned}$
(Koordinat titik puncak)
Karena koefisien $x^2$ pada persamaan hiperbola bernilai positif, maka hiperbola ini termasuk hiperbola horizontal dan puncaknya di $(x_p \pm a, y_p) \Rightarrow (0 \pm \sqrt{8}, 1)$, yaitu $(\sqrt{8}, 1)$ dan $(-\sqrt{8}, 1)$.
(Koordinat titik fokus)
Koordinat titik fokusnya adalah $(x_p \pm c, y_p) \Rightarrow (0 \pm \sqrt{20}, 1)$, yaitu $(\sqrt{20}, 1)$ dan $(-\sqrt{20}, 1)$.
(Panjang latus rektum)
Karena hiperbola ini horizontal, maka panjang latus rektumnya adalah $|LR|= \dfrac{2b^2}{a} =\dfrac{2(12)}{\sqrt{8}}=\dfrac{24}{\sqrt{8}} = 6\sqrt{2}.$
(Persamaan direktriks)
Karena hiperbola ini horizontal, maka persamaan direktriksnya adalah $x = x_p \pm \dfrac{a^2}{c} = 0 \pm \dfrac{8}{\sqrt{20}} = \pm \dfrac{4}{5}\sqrt{5}.$
(Eksentrisitas)
Karena hiperbola ini horizontal, maka eksentrisitasnya adalah $e = \dfrac{c}{a} = \dfrac{\sqrt{20}}{\sqrt{8}} = \dfrac{1}{2}\sqrt{10}.$
(Persamaan asimtot)
Karena hiperbola ini horizontal, maka persamaan asimtotnya menggunakan rumus berikut:
$$\boxed{y-y_p = \pm \dfrac{b}{a}(x-x_p)}$$yakni
$$\begin{cases} y-1 = \dfrac{\sqrt{12}}{\sqrt{8}}(x + 0) \Leftrightarrow y = \dfrac{1}{2}\sqrt{6}x + 1 \\ y-1 =-\dfrac{\sqrt{12}}{\sqrt{8}}(x + 0) \Leftrightarrow y =-\dfrac{1}{2}\sqrt{6}x + 1 \end{cases}$$Secara geometris, representasi grafiknya sebagai berikut.
Soal Nomor 5
Diketahui hiperbola $\dfrac{(x+2)^2}{8}-\dfrac{(y-5)^2}{4}=1$.
Tentukan:
a. Koordinat pusat;
b. Koordinat fokus;
c. Koordinat puncak.
Jawaban a)
Pusat hiperbola di $(-2, 5)$.
Jawaban b)
Diketahui persamaan hiperbola horizontal (karena koefisien $x^2$ positif) ini memiliki nilai $a^2 = 8$ dan $b^2 = 4$.
Dengan demikian, $c =\sqrt{a^2+b^2} = \sqrt{8+4} = 2\sqrt{3}.$
Titik fokus hiperbola didapat dari titik pusat yang absisnya dipengaruhi oleh nilai $c$, yakni $(-2 \pm c, 5)$. Untuk $c = 2\sqrt{3}$, didapat koordinat dua titik fokus hiperbola:
$\begin{aligned} F_1 & = (-2 + 2\sqrt{3}, 5); \\ F_2 & = (-2-2\sqrt{3}, 5). \end{aligned}$
Jawaban c)
Karena hiperbola ini horizontal, maka koordinat titik puncak didapat dari titik pusat yang absisnya dipengaruhi oleh nilai $a$, yakni $(-2 \pm a, 5)$. Untuk $a = \sqrt{8} = 2\sqrt{2}$, diperoleh koordinat dua titik puncak hiperbola:
$\begin{aligned} A_1 & = (-2 + 2\sqrt{2}, 5); \\ A_2 & = (-2-2\sqrt{2}, 5). \end{aligned}$
Perhatikan grafiknya pada gambar di bawah.
Soal Nomor 6
Tentukan masing-masing persamaan hiperbola dengan kondisi berikut.
- Pusat $(2,0)$, fokus $(10,0)$, dan puncak $(6,0)$.
- Puncak $(6,5)$, sumbu khayal pada sumbu $X$ dengan asimtot $5x-6y-30=0$ dan $5x+6y-30=0$.
Jawaban a)
Diketahui: $P(2, 0), F_1(10,0), A_1(6,0)$
Perhatikan bahwa nilai $c$ memengaruhi absis titik pusat untuk mendapatkan koordinat $F_1$. Ini berarti hiperbolanya horizontal.
Dari sini, diketahui $c = 10-2 = 8$.
Nilai $a$ juga memengaruhi absis titik pusat untuk mendapatkan koordinat $A_1$.
Nilai $a = 6-2 = 4$.
Untuk itu,
$\begin{aligned} b^2 & = c^2-a^2 \\ & =8^2-4^2= 48. \end{aligned}$
Persamaan hiperbola dengan titik pusat $(x_p, y_p)$ dinyatakan oleh
$ \dfrac{(x-x_p)^2}{a^2} + \dfrac{(y-y_p)^2}{b^2} = 1.$
Untuk pusat di $(2,0)$, $a^2 = 4^2 = 16$, dan $b^2 = 48$, diperoleh persamaan hiperbola
$$\boxed{\dfrac{(x-2)^2}{16} + \dfrac{y^2}{48} = 1}$$Jawaban b)
Karena sumbu khayal (imajiner) berada pada sumbu $X$, maka hiperbola ini dipastikan vertikal. Ordinat pusat di $y = 0$. Karena titik puncak diketahui di $(6,5)$, maka titik pusatnya di $(6,0)$.
Selanjutnya, dengan menggunakan persamaan asimtot, diperoleh
$\begin{aligned} y-y_p & = \pm \dfrac{b}{a} (x-x_p) \\ y- 0 & = \pm \dfrac{b} {a} (x-6) \\ ay & = \pm b(x-6). \end{aligned}$
Berturut-turut didapat dua persamaan asimtot:
$\begin{cases} bx-ay-6b = 0 \\ bx + ay-6b = 0 \end{cases}$
Diketahui persamaan asimtot hiperbola ini adalah $5x-6y-30=0$ dan $5x+6y-30=0$. Ini berarti, nilai $a = 6$ dan $b = 5$.
Jadi, persamaan hiperbolanya adalah $$\boxed{\dfrac{y^2}{25}-\dfrac{(x-6)^2}{36} = 1}$$
Soal Nomor 7
Sebuah hiperbola mempunyai fokus $(-6,0)$ dan $(4,0)$. Salah satu titik potong hiperbola dengan sumbu $X$ adalah $(3,0)$. Tentukan asimtot hiperbola tersebut.
Karena ordinat fokus tetap, maka bentuk persamaan hiperbolanya adalah $\dfrac{(x-x_p) ^2}{a^2}-\dfrac{(y-y_p)^2}{b^2} = 1.$
Diketahui:
$\begin{aligned} F_1(x_p + c, y_p) & = F_1(-6,0) \\ F_2(x_p- c, y_p) & = F_2(4,0). \end{aligned}$
Diperoleh $x_p =-1, y_p = 0, c = 5$.
Persamaan hiperbolanya menjadi $\dfrac{(x+1) ^2}{a^2}-\dfrac{y^2}{b^2} = 1.$
Karena hiperbola memotong sumbu $X$ di $(3,0)$, maka substitusinya menghasilkan $\dfrac{(3+1)^2}{a^2}-0 = 1$ sehingga $a = \sqrt{16} = 4.$ Jadi, kita peroleh $b = \sqrt{c^2-a^2} = \sqrt{5^2-4^2} = 3.$
Persamaan asimtot hiperbolanya adalah
$\begin{aligned} y-y_p & = \pm \dfrac{b} {a} (x-x_p) \\ y & = \pm \dfrac{3}{4}(x+1) \\ 4y & = \pm (3x + 3). \end{aligned}$
Soal Nomor 8
Tentukan persamaan asimtot hiperbola tersebut.
a. $\dfrac{(x-3)^2}{144}-\dfrac{(y+4)^2}{25}=1$
b. $6x^2-15y^2+12x+30y-99=0$
Jawaban a)
Dari persamaan hiperbola $\dfrac{(x-3)^2}{144}-\dfrac{(y+4)^2}{25}=1$, diketahui $a = \sqrt{144} = 12, b = \sqrt{25} = 5$ dengan titik pusat di $(3,-4)$.
Persamaan asimtot hiperbola horizontal (karena koefisien $x^2$ positif) ini ditentukan oleh
$\begin{aligned} y-y_p & = \pm \dfrac{b} {a} (x-x_p) \\ y + 4 & = \pm \dfrac{5}{12}(x-3) \\ 12(y+4) & = \pm (5x-15). \end{aligned}$
Berturut-turut didapat dua persamaan asimtot hiperbola:
$\begin{cases} 12y-5x & =-63 \\ 12y + 5x & =-33 \end{cases}$
Jawaban b)
Ubah persamaan hiperbolanya dalam bentuk kanonik.
$$\begin{aligned} 6x^2-15y^2+12x+30y-99 & =0 \\ 6(x^2+2x)-15(y^2-2y)-99 & = 0 \\ 6((x+1)^2-1)-15((y-1)^2-1)-99&=0 \\ 6(x+1)^2-6-15(y-1)^2 + 15-99 & = 0 \\ 6(x+1)^2-15(y-1)^2 & = 90 \\ \dfrac{(x+1)^2}{15}-\dfrac{(y-1)^2}{6} & = 1. \end{aligned}$$Diperoleh $a = \sqrt{15}, b = \sqrt{6}$, dan titik pusat hiperbola di $(-1,1)$.
Persamaan asimtot hiperbola horizontal (karena koefisien $x^2$ positif) ini ditentukan oleh
$\begin{aligned} y-y_p & = \pm \dfrac{b} {a} (x-x_p) \\ y-1 & = \pm \dfrac{\sqrt{6}}{\sqrt{15}}(x +1) \\ y & = \pm \sqrt{\dfrac{2}{5}}(x+1) + 1 \\ y & = \pm \dfrac{1}{5}\sqrt{10}(x+1)+1. \end{aligned}$
Berturut-turut didapat dua persamaan asimtot hiperbola:
$\begin{cases} y & = \dfrac{1}{5}\sqrt{10}(x+1)+1 \\ y &=- \dfrac{1}{5}\sqrt{10}(x+1)+1 \end{cases}$
Soal Nomor 9
Tentukan persamaan hiperbola yang salah satu titik fokusnya $(0,0)$, jarak antara kedua titik fokus $10$, dan sumbu mayor berjarak $6$ serta sejajar dengan sumbu $X$.
Karena sumbu mayor sejajar dengan sumbu $X$, maka dapat dipastikan bahwa hiperbolanya horizontal dengan persamaan umumnya $\dfrac{(x-x_p)^2}{a^2}-\dfrac{(y-y_p)^2}{b^2}=1$.
Diketahui sumbu mayor berjarak $6$, berarti $2a = 6 \Leftrightarrow a = 3.$
Diketahui juga salah satu titik fokusnya $(0,0)$ dan fokus yang lain berjarak $10$. Ini berarti, koordinat titik fokus yang lain di $(10,0)$ atau $(-10,0)$.
Misalkan titik pusat hiperbolanya di $(x_p, y_p) $. Karena hiperbolanya horizontal, maka nilai $c$ memengaruhi absis titik pusat untuk mendapatkan koordinat titik fokus, yaitu
$(x_p \pm c, y_p)$.
Jadi, $x_p = \pm 5, c = 5, y_p = 0.$
Selain itu, didapat juga $b = \sqrt{c^2-a^2}=\sqrt{25-9}=4.$
Ada 2 kemungkinan titik pusat hiperbola, yakni di $(5, 0)$ atau $(-5,0)$, berturut-turut persamaannya sebagai berikut.
$$\boxed{\begin{aligned} \dfrac{(x-5)^2}{9}-\dfrac{y^2}{16}&=1 \\ \dfrac{(x+5)^2}{9}-\dfrac{y^2}{16}&=1 \end{aligned}}$$
Soal Nomor 10
Tentukan persamaan hiperbola yang mempunyai sumbu sekawan di $x = 12$, menyinggung sumbu $Y$ di $(0,-2)$, dan sumbu minor berjarak $10$.
Karena sumbu sekawan $x = 12$ sejajar dengan sumbu $Y$, maka dapat dipastikan bahwa hiperbolanya horizontal. Titik pusatnya di $(12, y_p)$.
Karena hiperbola menyinggung sumbu $Y$ di $(0,-2)$, maka titik $(0,-2)$ akan menjadi titik puncak hiperbola karena bila tidak, kurvanya justru akan memotong sumbu $Y$.
Jarak titik puncak $(0,-2)$ ke titik pusat $(12, y_p)$ dengan $y_p =-2$ adalah $a = 12$.
Diketahui sumbu minor berjarak $10$, berarti $2b = 10 \Leftrightarrow b = 5.$
Persamaan hiperbolanya adalah
$\begin{aligned} \dfrac{(x-x_p)^2}{a^2}-\dfrac{(y-y_p)^2}{b^2}& =1 \\ \Rightarrow \dfrac{(x-12)^2}{144}-\dfrac{(y+2)^2}{25} & = 1. \end{aligned}$
Soal Nomor 11
Titik $A(-3,-5)$ terletak pada hiperbola yang titik apinya $F(-2,-3)$ dan garis arah yang bersesuaian dengan titik api ini adalah $x+1 = 0$. Tentukan persamaan hiperbola yang memenuhi syarat di atas.
Misalkan $(x_0, y_0)$ merupakan titik sembarang pada hiperbola.
Jarak titik tersebut ke titik api (titik fokus) $F(-2,-3)$ adalah $\sqrt{(x_0 + 2)^2 + (y_0 + 3)^2},$ sedangkan jarak titik tersebut ke direktriks $x+1=0$ adalah $d =-1-x_0.$
Karena kurvanya hiperbola, maka perbandingan antara kedua jarak ini haruslah konstan, yakni
$$j = \dfrac{\sqrt{(x_0 + 2)^2 + (y_0 + 3)^2}}{-1-x_0}$$untuk suatu bilangan real positif $j$.
Substitusikan titik $A(-3,-5)$, dengan $x_0 =-3$ dan $y_0 =-5$ untuk memperoleh
$\begin{aligned} j & = \dfrac{\sqrt{(-3+2)^2 + (-5+3)^2}}{-1-(-3)} \\ & = \dfrac{1}{2}\sqrt{5}. \end{aligned}$
Dengan demikian, persamaan hiperbolanya berbentuk seperti berikut (ubah $x_0, y_0$ menjadi $x,y$)
$$\begin{aligned} \dfrac{1}{2}\sqrt{5} & = \dfrac{\sqrt{(x_0 + 2)^2 + (y_0 + 3)^2}}{-1-x_0} \\ \dfrac{1}{2}\sqrt{5}(1-x_0) & = \sqrt{(x_0 + 2)^2 + (y_0 + 3)^2} \\ \text{Kuadratkan}~& \text{kedua ruas} \\ \dfrac{5}{4}(1-x_0)^2 & = (x_0 + 2)^2 + (y_0 + 3)^2 \\ x^2-4y^2-6x-24y- 47 & = 0. \end{aligned}$$Jadi, persamaan hiperbolanya adalah $\boxed{x^2-4y^2-6x-24y-47 = 0}$
Soal Nomor 12
Tentukan persamaan hiperbola yang titik-titik apinya terletak pada sumbu $Y$ simetris terhadap $O$ dan memenuhi syarat bahwa jarak kedua titik apinya adalah $2c = 4\sqrt{3}$ dan eksentrisitasnya $e = \sqrt{3}$.
Karena kedua titik fokus (titik api) terletak pada sumbu $Y$ simetris terhadap $O$ (titik asal), maka dapat dipastikan bahwa hiperbolanya vertikal dengan titik pusat di $(0,0)$.
Diketahui $2c = 4\sqrt{3}$, berarti $c = 2\sqrt{3}.$
Diketahui juga $e = \sqrt{3}$. Ini berarti,
$\begin{aligned} e & = \dfrac{c} {b} \\ \sqrt{3} & = \dfrac{2\sqrt{3}} {b} \\ b & = 2. \end{aligned}$
Dengan demikian,
$\begin{aligned} a^2 & = c^2-b^2 \\ & =(2\sqrt{3})^2-2^2 \\ & = 12-4=8. \end{aligned}$
Jadi, persamaan hiperbolanya adalah
$\begin{aligned} \dfrac{(y-y_p)^2}{b^2}-\dfrac{(x-x_p)^2}{a^2}&=1 \\ \dfrac{y^2}{4}-\dfrac{x^2}{8} &=1. \end{aligned}$
Soal Nomor 13
Tentukan luas daerah segitiga yang dibentuk oleh asimtot-asimtot hiperbola $\dfrac{x^2}{4}-\dfrac{y^2}{9}=1$ dan garis $9x+2y-24=0$.
Dari persamaan hiperbola $\dfrac{x^2}{4}-\dfrac{y^2}{9}=1$, diketahui $a = \sqrt{4} = 2, b = \sqrt{9} = 3$, dan titik pusat hiperbola di $(0,0)$.
Persamaan asimtot hiperbola horizontal (karena koefisien $x^2$ positif) ini ditentukan oleh
$\begin{aligned} y- y_p & = \pm \dfrac{b} {a} (x-x_p) \\ y & = \pm \dfrac{3}{2}x. \end{aligned} $
Asimtot $y = \dfrac{3}{2}x, y =-\dfrac{3}{2}x$, dan garis $9x+2y-24=0$ membentuk suatu segitiga yang secara geometris digambarkan sebagai berikut.
Titik sudut segitiganya adalah $A(2, 3), B(0, 0)$, dan $C(4,-6)$.
Luas segitiga $ABC$ dapat ditentukan dengan beberapa cara.
Salah satu caranya adalah dengan menggunakan determinan matriks.
$\begin{aligned} L & = \dfrac{1}{2} \begin{vmatrix} 1 & 1 & 1 \\ x_1 & x_2 & x_3 \\ y_1 & y_2 & y_3 \end{vmatrix} \\ & = \dfrac{1}{2} \begin{vmatrix} 1 & 1 & 1 \\ 2 & 0 & 4 \\ 3 & 0 &-6 \end{vmatrix} \\ & = \dfrac{1}{2}(0 + 12 + 0-0-0- (-12)) \\ & = 12 \end{aligned}$
Jadi, luas segitiga yang terbentuk oleh asimtot dan garis tersebut adalah $\boxed{12}$
Soal Nomor 14
Tentukan persamaan garis singgung hiperbola $\dfrac{x^2}{64}-\dfrac{y^2}{36} = 1$
yang:
a. sejajar garis $x-2y=0$;
b. tegak lurus garis $x-2y=0$.
Dari persamaan hiperbola $\dfrac{x^2}{64}-\dfrac{y^2}{36} = 1$, diketahui
$a^2 = 64$, $b^2 = 36$, serta titik pusat hiperbola di $(0,0)$.
Jawaban a)
Gradien garis $x-2y = 0$ adalah $m_g = \dfrac{1}{2}.$
Karena garis singgung sejajar dengan garis ini, maka gradien garis singgung juga $m = \dfrac{1}{2}$.
Persamaan garis singgungnya dirumuskan oleh
$\begin{aligned} y & = mx \pm \sqrt{a^2m^2-b^2} \\ y & = \dfrac{1}{2}x \pm \sqrt{64\left(\dfrac{1}{2}\right)^2-36} \\ y & = \dfrac{1}{2}x \pm \sqrt{-20}. \end{aligned}$
Kita dapatkan bentuk akar yang tidak terdefinisi di himpunan bilangan real, karena radikan (bilangan di bawah tanda akar) bernilai negatif.
Dapat disimpulkan bahwa tidak ada garis singgung hiperbola yang sejajar dengan garis $x-2y =0$.
Jawaban b)
Gradien garis $x-2y = 0$ adalah $m_g = \dfrac{1}{2}.$
Karena garis singgung tegak lurus dengan garis ini, maka gradien garis singgungnya adalah $m =-\dfrac{1}{m_g} =-2.$
Persamaan garis singgungnya dirumuskan oleh
$\begin{aligned} y & = mx \pm \sqrt{a^2m^2-b^2} \\ y & =-2x \pm \sqrt{64(-2)^2-36} \\ y & =-2x \pm \sqrt{220} \\ y & =-2x \pm 2\sqrt{55}. \end{aligned}$
Jadi, persamaan garis singgung hiperbola yang tegak lurus garis $x-2y=0$ ada dua, yaitu $\boxed{y =-2x + 2\sqrt{55}} $ dan $\boxed{y =-2x-2\sqrt{55}}$
Soal Nomor 15
Tentukan persamaan garis singgung hiperbola $\dfrac{y^2} {36}-\dfrac{x^2}{64}=1$ yang
a. sejajar garis $4y-x+1=0$;
b. tegak lurus garis $4x+2y-7=0$.
Dari persamaan hiperbola $\dfrac{y^2}{36}- \dfrac{x^2}{64} = 1$, diketahui
$a^2 = 64, b^2 = 36$, dan titik pusat hiperbola di $(0,0)$ (hiperbolanya vertikal karena koefisien $x^2$ negatif).
Jawaban a)
Gradien garis $4y-x+1=0$ adalah $m_g = \dfrac{1}{4}.$
Karena garis singgung sejajar dengan garis ini, maka gradien garis singgung juga $m = \dfrac{1}{4}$.
Persamaan garis singgungnya dirumuskan oleh
$\begin{aligned} y & = mx \pm \sqrt{b^2- a^2m^2} \\ y & = \dfrac{1}{4}x \pm \sqrt{36- 64\left(\dfrac{1}{4}\right)^2} \\ y & = \dfrac{1}{4}x \pm \sqrt{36- 4} \\ y & = \dfrac{1}{4}x \pm \sqrt{32} \\ y &= \dfrac{1}{4}x \pm 4\sqrt{2}. \end{aligned}$
Jadi, persamaan garis singgung yang dimaksud adalah $y = \dfrac{1}{4}x \pm 4\sqrt{2}$.
Jawaban b)
Gradien garis $4x+2y-7=0$ adalah $m_g = \dfrac{-4}{2} =-2.$
Karena garis singgung tegak lurus dengan garis ini, maka gradien garis singgungnya adalah $m =-\dfrac{1}{m_g} = \dfrac{1}{2}.$
Persamaan garis singgungnya dirumuskan oleh
$\begin{aligned} y & = mx \pm \sqrt{b^2- a^2m^2} \\ y & = \dfrac{1}{2}x \pm \sqrt{36- 64\left(\dfrac{1}{2}\right)^2} \\ y & = \dfrac{1}{2}x \pm \sqrt{36- 16} \\ y & = \dfrac{1}{2}x \pm \sqrt{20} \\ y &= \dfrac{1}{2}x \pm 2\sqrt{5}. \end{aligned}$
Jadi, persamaan garis singgung yang dimaksud adalah $y = \dfrac{1}{2}x \pm 2\sqrt{5}.$
Soal Nomor 16
Tentukan persamaan garis singgung pada hiperbola $\dfrac{x^2}{20}-\dfrac{y^2}{5} = 1$ yang tegak lurus garis $4x+3y-7=0$.
Dari persamaan hiperbola $\dfrac{x^2}{20}- \dfrac{y^2}{5} = 1$, diketahui $a^2 = 20$, $b^2 = 5$, dan pusat di $(0,0)$.
Gradien garis $4x + 3y-7 = 0$ adalah $m_g = \dfrac{-4}{3}$.
Karena garis singgung tegak lurus dengan garis ini, maka gradien garis singgungnya adalah $m =-\dfrac{1}{m_g} = \dfrac{3}{4}.$
Persamaan garis singgungnya dirumuskan oleh
$\begin{aligned} y & = mx \pm \sqrt{a^2m^2-b^2} \\ y & = \dfrac{3}{4}x \pm \sqrt{20\left(\dfrac{3}{4}\right)^2-5} \\ y & = \dfrac{3}{4}x \pm \sqrt{\dfrac{100}{16}} \\ y & = \dfrac{3}{4}x \pm \dfrac{5}{2}. \end{aligned}$
Jadi, persamaan garis singgung hiperbola yang tegak lurus garis $4x+3y-7=0$ ada dua, yaitu $\boxed{y =\dfrac{3}{4}x + \dfrac{5}{2}} $ dan $\boxed{y = \dfrac{3}{4}x-\dfrac{5}{2}}$
Soal Nomor 17
Carilah persamaan garis singgung pada hiperbola $4x^2-y^2 =-1$ di titik $\left(\dfrac{1}{2}, \sqrt{2}\right)$.
Ubah persamaan hiperbolanya menjadi bentuk kanonik: $\dfrac{y^2}{1}-\dfrac{x^2}{\frac{1}{4}} = 1.$
Diperoleh: $a^2 = \dfrac{1}{4}, b^2 = 1$, dan pusat di $(0,0)$.
Persamaan garis singgung hiperbola yang melalui titik $\left(\dfrac{1}{2}, \sqrt{2}\right)$ (gradiennya tak diketahui) dinyatakan oleh $\dfrac{yy_1}{b^2}-\dfrac{xx_1}{a^2} = 1.$
Substitusikan $x_1 = \dfrac{1}{2}, y_1 = \sqrt{2}, a^2=\dfrac{1}{4}$, dan $b^2=1$ sehingga diperoleh
$\begin{aligned} \dfrac{\sqrt{2}y} {1}-\dfrac{\frac{1}{2}x} {\frac{1}{4}} & = 1 \\ \sqrt{2}y-2x & = 1. \end{aligned}$
Jadi, persamaan garis singgung pada hiperbola $4x^2-y^2 =-1$ di titik $\left(\dfrac{1}{2}, \sqrt{2}\right)$ adalah $\boxed{\sqrt{2}y-2x = 1}$
Soal Nomor 18
Tentukan persamaan hiperbola yang melalui titik api $F_1(-3,0)$ dan $F_2(3,0)$, serta bersinggungan dengan garis $2x-y-4 = 0$.
Dengan meninjau koordinat titik fokusnya, absisnya berbeda karena dipengaruhi oleh nilai $c$. Ini berarti, hiperbolanya horizontal.
Perhatikan bahwa koordinat titik fokusnya ditentukan oleh $(x_p \pm c, y_p)$.
Diketahui: $y_p = 0$ sehingga diperoleh SPLDV:
$\begin{cases} x_p-c & =-3 \\ x_p + c & = 3 \end{cases}$
Selesaikan sistem tersebut untuk mendapatkan $x_p = 0$ dan $c = 3$.
Selanjutnya, kita peroleh persamaan:
$a^2 + b^2 = c^2 = 9~~\bigstar$
Hiperbola tersebut bersinggungan dengan garis $2x-y-4=0$ yang gradiennya $m_g =-\dfrac{2}{-1} = 2$. Persamaan garis singgung tersebut ekuivalen dengan $y = 2x- 4.$
Dengan menggunakan rumus PGS: $\boxed{y = mx \pm \sqrt{a^2m^2- b^2}}$ dan membandingkan hasilnya dengan $y = 2x- 4$, kita simpulkan
$m = 2$ dan $\sqrt{a^2m^2-b^2} = 4$.
Akan dicari nilai $a$ dan $b$ sebagai berikut.
$\begin{aligned} \sqrt{a^2m^2-b^2} & = 4 \\a^2(2)^2-b^2 & = 16 \\ 4a^2- b^2 & = 16 \end{aligned}$
Kita peroleh SPL:
$\begin{cases} a^2 + b^2 = 9 \\ 4a^2-b^2 = 16 \end{cases}$
Eliminasi $b^2$ untuk memperoleh
$5a^2 = 25$ sehingga didapat nilai $a^2 = 5$.
Substitusi nilai ini ke persamaan $a^2 + b^2 = 9$ sehingga diperoleh $b^2 = 9-5 = 4$.
Jadi, persamaan hiperbolanya adalah
$\boxed{\dfrac{x^2}{5}-\dfrac{y^2}{4} = 1}$
Soal Nomor 19
Tentukan nilai $p$ agar garis $y = \dfrac{5}{2}x + p$ menyinggung hiperbola $\dfrac{x^2}{9}-\dfrac{y^2}{36} = 1$.
Persamaan hiperbola itu ekuivalen dengan $4x^2-y^2 = 36$.
Substitusikan $y = \dfrac{5}{2}x + p$ pada persamaan hiperbola di atas.
$\begin{aligned} 4x^2-y^2 & = 36 \\ 4x^2-\left(\dfrac{5}{2}x + p\right)^2 & = 36 \\ 4x^2-\left(\dfrac{25}{4}x^2 + 5px + p^2\right) & = 36 \\-\dfrac{9}{4}x^2-5px-p^2-36 & = 0 \end{aligned}$
Agar menyinggung, persamaan kuadrat di atas harus memiliki diskriminan $0$.
$$\begin{aligned} D & = 0 \\ (-5p)^2-\cancel{4}\left(-\dfrac{9}{\cancel{4}}\right)(-p^2-36) & = 0 \\ 25p^2 + 9(-p^2-36) & = 0 \\ 16p^2-324 & = 0 \\ p^2 & = \dfrac{324}{16} \\ p & = \pm \dfrac{18}{4} = \dfrac{9}{2}. \end{aligned}$$Jadi, nilai $p$ yang memenuhi adalah $\boxed{p = \pm \dfrac{9}{2}}$
Soal Nomor 20
Jika garis $2x-y-4=0$ menyinggung hiperbola yang titik-titik apinya $f_1(-3,0)$ dan $f_2(3,0)$, maka tentukan persamaan hiperbolanya.
Dari koordinat titik fokus, kita dapat mengetahui bahwa hiperbola ini horizontal dengan pusat di $(0,0)$ dan $c = 3$. Dari sini, diketahui juga bahwa $c^2 = a^2+b^2 = 9.$
Garis singgung itu ekuivalen dengan $y = 2x-4$. Gradien garis adalah $m = 2$.
Untuk itu, persamaan garis singgung tersebut ditentukan oleh
$\begin{aligned} y & = mx \pm \sqrt{a^2m^2-b^2} \\ y & = 2x \pm \sqrt{4a^2-b^2}. \end{aligned}$
Agar diperoleh garis singgung dengan persamaan $y = 2x- 4$, maka diambil tanda $-$ dan haruslah $\sqrt{4a^2-b^2} = 4$ yang bila dikuadratkan kedua ruasnya menghasilkan $4a^2-b^2=16$.
Kita peroleh SPL:
$\begin{cases} a^2+b^2 & =9 \\ 4a^2-b^2 & =16 \end{cases}$
Selesaikan sistem di atas untuk mendapatkan $a^2=5$ dan $b^2=4$.
Jadi, persamaan hiperbolanya adalah $\boxed{\dfrac{x^2}{5}-\dfrac{y^2}{4}=1}$
Soal Nomor 21
Tentukan titik $M$ pada hiperbola $\dfrac{x^2}{24}-\dfrac{y^2}{18} = 1$ yang terdekat ke garis $3x+2y+1=0$.
Cari garis singgung hiperbola yang melalui titik $M$ terlebih dahulu. Garis singgung tersebut harus sejajar dengan $3x+2y+1=0$.
Diketahui gradien garis $3x+2y+1=0$ adalah $m_g =-\dfrac{3}{2}$. Karena sejajar, maka gradien garis singgung juga $m =-\dfrac{3}{2}$.
Dari persamaan hiperbola yang diberikan, diketahui $a^2 = 24$, $b^2 = 18$, dan pusat di $(0,0)$.
Dengan menggunakan rumus PGS, diperoleh
$$\begin{aligned} y- y_p & = m(x-x_p) \pm \sqrt{a^2m^2-b^2} \\ y & =-\dfrac{3}{2}x \pm \sqrt{24\left(-\dfrac{3}{2}\right)^2-18} \\ 2y & =-3x \pm 2\sqrt{36} \\ 3x + 2y & = \pm 12. \end{aligned}$$Diperoleh dua persamaan garis singgung, yaitu $3x + 2y = 12$ dan $3x+2y=-12$.
Garis yang terdekat dengan $3x+2y+1=0$ adalah $3x+2y=-12$.
Perhatikan bahwa $3x+2y=-12$ ekuivalen dengan $y =-\dfrac{3}{2}x-6$.
Untuk mencari titik singgung $M$, substitusikan $y =-\dfrac{3}{2}x-6$ ke persamaan hiperbola.
$\begin{aligned} \dfrac{x^2}{24}-\dfrac{y^2}{18} & = 1 \\ 3x^2-4\left(\dfrac{3}{2}x-6\right)^2 & = 72 \\ 3x^2-4\left(\dfrac{9}{4}x^2 + 18x + 36\right) & = 72 \\-6x^2-72x-144&=72 \\ x^2+12x+36&=0 \\ (x+6)^2 & = 0 \end{aligned}$
Didapat $x =-6.$
Substitusikan $x=-6$ pada persamaan $y =-\dfrac{3}{2}x-6$.
$y =-\dfrac{3}{2}(-6)-6 = 3.$
Jadi, koordinat titik $M$ adalah $\boxed{(-6,3)}$
Baca: Soal dan Pembahasan – Persamaan Kuadrat
Soal Nomor 22
Tentukan garis singgung bergradien $m$ yang melalui titik $(-1,1)$ pada hiperbola $4x^2-8y^2=32$.
Bentuk kanonik persamaan hiperbola itu didapat dengan membagi $32$ pada kedua ruasnya sehingga menjadi $\dfrac{x^2}{8}-\dfrac{y^2}{4}=1$ dengan $a^2=8$ dan $b^2=4.$
Persamaan garis bergradien $m$ dan melalui titik $(-1,1)$ dirumuskan oleh
$\begin{aligned} y-y_1 & = m(x-x_1) \\ y-1 & = m (x+1) \\ y & = mx + m + 1. \end{aligned}$
Persamaan garis singgung bergradien $m$ pada hiperbola $\dfrac{x^2}{8}-\dfrac{y^2}{4}=1$ dirumuskan oleh
$$\begin{aligned} y & = mx \pm \sqrt{a^2m^2-b^2} \\ \text{Substitusikan}~&y = mx+m+1 \\ \cancel{mx} + m + 1 & = \cancel{mx} \pm \sqrt{8m^2-4} \\ (m+1)^2 & = 8m^2-4 \\ m^2+2m+1 & = 8m^2-4 \\ 7m^2-2m-1 & = 0 \\ (7m+5)(m-1) & = 0. \end{aligned}$Diperoleh $m =-\dfrac{5}{7}$ atau $m=1.$
Substitusikan masing-masing nilai $m$ pada persamaan $y = mx + m + 1$ sehingga didapat
$\begin{cases} y =-\dfrac{5}{7}x-\dfrac{5}{7} + 1 =-\dfrac{5}{7}x + \dfrac{2}{7} \\ y = x + 1 + 1 = x + 2 \end{cases}$
Jadi, persamaan garis singgungnya adalah
$\boxed{y =-\dfrac{5}{7}x + \dfrac{2}{7}}$ dan $\boxed{y=x+2}$
Soal Nomor 23
Dari titik $T(2,-5)$ ditarik garis-garis singgung pada hiperbola $\dfrac{x^2}{8}- \dfrac{y^2}{4}=1$. Tentukan jarak $T$ ke garis yang menghubungkan titik-titik singgung.
Persamaan tali busur (garis yang menghubungkan titik-titik singgung) dari $T(2,-5)$ terhadap hiperbola $\dfrac{x^2}{8}-\dfrac{y^2}{4}=1$ dinyatakan oleh
$\begin{aligned} \dfrac{x_1x}{a^2}-\dfrac{y_1y}{b^2} & = 1 \\ \dfrac{2x}{8}- \dfrac{-5y}{4} & = 1 \\ \text{Kalikan 8 pada}~&4~\text{kedua ruas} \\ x + 5y-4 & = 0. \end{aligned}$
Jarak $T(2,-5)$ ke tali busur tersebut dapat ditentukan dengan menggunakan rumus jarak titik ke garis.
$$\begin{aligned} \left|\dfrac{ax_1 + by_1 + c}{\sqrt{a^2 + b^2}}\right| & = \left|\dfrac{1(2) + 5(-5)- 4}{\sqrt{1^2 + (-5)^2}}\right| \\ & = \left|\dfrac{2-25-4}{\sqrt{1 + 25}}\right| \\ & = \left|\dfrac{-27}{\sqrt{26}}\right| = \dfrac{27}{26}\sqrt{26} \end{aligned}$$Jadi, jarak $T$ ke garis yang menghubungkan titik-titik singgung adalah $\boxed{\dfrac{27}{26}\sqrt{26}}$
Soal Nomor 24
Untuk menguji kemampuannya sebagai pilot, semua anggota dari klub penerbangan diminta untuk menjatuhkan karung pasir pada suatu target di lahan yang terbuka dengan menerbangkan pesawat yang lintasannya berbentuk hiperbola dengan fokusnya tepat berada di atas target. Jika lintasan yang digunakan oleh ketua klub untuk menerbangkan pesawatnya dapat dimodelkan oleh persamaan $9y^2-16x^2=14.400$ (dalam satuan meter), tentukan ketinggian minimum dari pesawat tersebut ketika lewat di atas target.
Ubah persamaan hiperbolanya ke bentuk kanonik.
$\begin{aligned} 9y^2-16x^2 & =14.400 \\ \text{Bagi 14.400 pada kedua}~&\text{ruas} \\ \dfrac{9}{14.400}y^2-\dfrac{16}{14.400}x^2 & = 1 \\ \dfrac{y^2}{1.600}-\dfrac{x^2}{900} &=1 \\ \dfrac{y^2}{40^2}-\dfrac{x^2}{30^2} &=1. \end{aligned}$
Dari sini, diketahui bahwa $a = 30$, yang merupakan jarak titik puncak hiperbola ke titik pusatnya. Jadi, ketinggian minimum pesawat adalah $\boxed{30~\text{meter}}$ ketika lewat di atas target.
Soal Nomor 25
Menara pendingin pada pembangkit tenaga nuklir disebut sebagai hyperboloids of one sheet.
Jika kita membelah menara ini tegak lurus dengan tanah, maka kita akan menghasilkan dua cabang dari hiperbola. Andaikan hiperbola pada menara ini dapat dimodelkan oleh persamaan $1.600x^2-400(y-50)^2=640.000$ (dalam satuan kaki), tentukan jarak minimum antara kedua sisi menara.
Jarak minimum antara kedua sisi menara adalah jarak antara kedua titik puncak hiperbola.
Ubah persamaan hiperbola ke dalam bentuk kanonik.
$$\begin{aligned} 1.600x^2-400(y-50)^2 & =640.000 \\ \text{Bagi kedua ruas dengan}&~640.000 \\ \dfrac{1.600}{640.000}x^2-\dfrac{400}{640.000}(y-50)^2 & = 1 \\ \dfrac{x^2}{400}-\dfrac{(y-50)^2}{1.600} &=1. \end{aligned}$$Diperoleh $a = \sqrt{400} = 20$ kaki.
Ini berarti, jarak kedua puncaknya adalah $2a = 2(20) = 40$ kaki.
Jadi, jarak minimum kedua sisi menara tersebut adalah $\boxed{40~\text{kaki}}$ atau sekitar $12,2$ meter (1 kaki = 0,3048 m).
Soal Nomor 26
Lintasan komet yang diilustrasikan oleh gambar di bawah dapat dimodelkan oleh persamaan $2.116x^2-400y^2 = 846.400.$ Seberapa dekatkah komet tersebut dengan matahari? Anggap satuannya dalam jutaan mil.
Misalkan matahari merupakan titik fokus hiperbola. Jarak komet ke matahari itu merupakan jarak titik puncak hiperbola ke titik fokusnya.
Ubah persamaan hiperbola ke dalam bentuk kanonik.
$\begin{aligned} 2.116x^2-400y^2 & = 846.400 \\ \text{Bagi kedua ruas dengan}&~846.400 \\ \dfrac{2.116}{846.400}x^2-\dfrac{400}{846.400}y^2 & = 1 \\ \dfrac{x^2}{400}- \dfrac{y^2}{2.116} &=1 \end{aligned}$
Dengan demikian, diperoleh $a^2 = 400$ dan $b^2=2.116$. Untuk itu,
$\begin{aligned} c & = \sqrt{a^2+b^2} \\ & = \sqrt{400+2.116} \\ &= \sqrt{2.516} \approx 50,16. \end{aligned}$
Karena $a = \sqrt{400} = 20$, maka jarak titik fokus ke titik puncak hiperbola adalah $$\boxed{c- a = 50,16-20=30,16~\text{juta mil}}$$Perhatikan ilustrasi berikut untuk lebih jelasnya.
Soal Nomor 27
Dua orang ahli meteorologi melihat badai dari tempat mereka tinggal. Tempat tinggal dua orang ahli meteorologi tersebut berjarak $4$ km. Ahli meteorologi pertama, yang jaraknya lebih jauh dari badai, mendengar suara petir $9$ detik setelah ahli meterologi kedua. Jika kecepatan bunyi $340$ m/s, tentukan persamaan matematis yang dapat memodelkan lokasi dari badai tersebut.
Misalkan $M_1$ dan $M_2$ berturut-turut merupakan ahli meteorologi pertama dan kedua. Karena $M_1$ mendengar suara petir $9$ detik lebih lama dari $M_2$, maka lokasi $M_1 = 9 \times 340 = 3.060$ meter lebih jauh dari $M_2$ terhadap lokasi badai.
Jika $S$ merupakan titik terjadinya badai, maka berlaku $|M_1S|-|M_2S| = 3.060.$
Himpunan semua titik $S$ yang memenuhi persamaan di atas akan membentuk grafik berupa hiperbola (ini sejalan dengan definisi hiperbola), dengan $M_1$ dan $M_2$ menjadi titik fokus hiperbola tersebut.
Misalkan hiperbola ini berpusat di titik asal, $M_1$ dan $M_2$ terletak pada sumbu $X$ seperti tampak pada gambar di bawah.
Diketahui selisih konstannya $3.060$, yang berarti $2a = 3.060 \Leftrightarrow a = 1.530$
Karena jarak kedua titik fokus $4.000$, maka $2c = 4.000 \Leftrightarrow c = 2.000$. Dengan demikian, diperoleh
$\begin{aligned} b^2 & = c^2-a^2 \\ & = 2.000^2-1.530^2 \\ & = 1.659.100 \\ & \approx 1.288^2. \end{aligned}$
Untuk itu, persamaan lokasi dari badai tersebut dapat dimodelkan oleh persamaan hiperbola $\dfrac{x^2}{1.530^2}-\dfrac{y^2}{1.288^2}=1.$
Soal Nomor 28
Dalam kondisi tertentu, sifat-sifat dari hiperbola dapat digunakan untuk menentukan lokasi dari kapal laut yang sedang berlayar.
Misalkan dua pusat radio berjarak $100$ km satu dengan yang lainnya dan keduanya dihubungkan oleh garis pantai yang berupa garis lurus. Suatu kapal laut yang sedang berlayar sejajar dengan garis pantai dan berjarak $60$ km darinya. Kapal laut tersebut mengirimkan pesan kepada kedua pusat radio tersebut dan pesan tersebut dapat diterima setelah $0,4$ milidetik oleh pusat radio pertama dan $0,5$ milidetik oleh pusat radio kedua yang berjarak lebih jauh terhadap kapal laut tersebut.
Kecepatan perambatan gelombang radio adalah $300$ km/milidetik. Gunakan informasi-informasi tersebut untuk menentukan persamaan hiperbola yang dapat digunakan untuk menentukan posisi kapal laut, kemudian tentukan koordinat dari kapal laut tersebut.
Misalkan $R_1$ dan $R_2$ berturut-turut menyatakan pusat radio pertama dan kedua. Jika $K$ adalah posisi kapal laut, maka haruslah
$|R_1K| = 300 \times 0,4 = 120$
dan
$|R_2K| = 300 \times 0,5 = 150.$
Dengan demikian, $|R_2K|-|R_1K| = 150-120=30.$
Himpunan semua titik $K$ yang memenuhi persamaan di atas akan membentuk grafik berupa hiperbola (ini sejalan dengan definisi hiperbola), dengan $R_1$ dan $R_2$ menjadi titik fokus hiperbola tersebut.
Misalkan hiperbola ini berpusat di titik asal, garis pantainya adalah sumbu $X$, serta $R_1$ dan $R_2$ terletak pada sumbu $X$.
Karena selisih konstannya $30$, maka ditulis
$2a = 30 \Leftrightarrow a = 15 \Leftrightarrow a^2 = 225.$
Diketahui jarak antara kedua pusat radio tersebut $100$ km, maka jarak masing-masing pusat radio ke titik pusat hiperbola adalah
$c = \dfrac{100}{2} = 50 \Leftrightarrow c^2 = 2.500.$
Untuk itu,
$\begin{aligned} b^2 & = c^2-a^2 \\ & = 2.500- 225 \\ & = 2.275. \end{aligned}$
Posisi kapal laut tersebut dapat dimodelkan sebagai persamaan hiperbola
$\dfrac{x^2}{225}- \dfrac{y^2}{2.275}=1.$
Perhatikan ilustrasi berikut.
Selanjutnya, akan ditentukan koordinat dari kapal laut tersebut.
Karena jarak kapal laut dari garis pantai adalah $60$ km ($y=60$), maka substitusinya menghasilkan
$\begin{aligned} \dfrac{x^2}{225}-\dfrac{(60)^2}{2.275} & = 1 \\ \dfrac{x^2}{225} & = 1 + \dfrac{3.600}{2.275} \\ \dfrac{x^2}{225} & = \dfrac{5.875}{2.275} \\ x & \approx \pm 24,1. \end{aligned}$
Karena pusat radio $R_2$ berada lebih jauh dari posisi kapal, maka nilai $x$ yang diambil adalah $x =-24,1$ (perhatikan gambar di atas). Jadi, koordinat kapal tersebut adalah $(-24,1;60)$.