1. Persamaan Garis Singgung Melalui Suatu Titik pada Lingkaran
Titik P(x1, y1) terletak pada garis g dan lingkaran x2 + y2 = r2, seperti diperlihatkan pada Gambar 1.
|
Gambar 1. Garis Singgung Melalui Suatu Titik pada Lingkaran. |
Gradien garis yang menghubungkan titik O dan titik P adalah
mOP =
. Garis g menyinggung lingkaran di P, jelas OP
┴ g sehingga
mOP·mg = –1 atau
mg =
. Akibatnya, gradien garis g adalah :
Jadi, persamaan garis singgung g adalah :
y – y1 = mg(x – x1) ↔ y – y1 = x1/y1 (x – x1)
↔ y1(y – y1) = –x1(x – x1)
↔ x1x + y1y = x12 + y12 .... (i)
Titik P(x1, y1) terletak pada lingkaran x2 + y2 = r2
sehingga :
x12 + y12 = r2 ....(ii)
Apabila persamaan (ii) disubstitusikan ke persamaan (i) diperoleh :
g: x1x + y1y = r2
Persamaan tersebut adalah persamaan garis singgung yang melalui titik P(x1, y1) dan terletak pada lingkaran :
L : x2 + y2 = r2
Anda pun dapat menentukan persamaan garis singung g melalui titik P (x1, y1) yang terletak pada lingkaran
L : (x – a)2 + (y – b) = r2 dengan pusat di M(a, b) dan jari-jari r, yaitu :
g: (x – a) (x1 – a) + (y – b) (y1 – b) = r2
Bersama teman sebangku, buktikan persamaan tersebut. Kemudian, kemukakan hasilnya di depan kelas (beberapa orang saja).
Diketahui titik P(x1, y1) terletak pada garis g dan lingkaran L: x2 + y2 + Ax + By + C = 0 seperti diperlihatkan pada Gambar 2.
|
Gambar 2. Titik P(x1, y1) terletak pada garis g dan lingkaran L: x2 + y2 + Ax + By + C = 0. |
Gradien garis yang menghubungkan titik T dan titik P adalah :
Garis g menyinggung lingkaran maka :
g ┴ TP dan mg. mMP = –1 sehingga :
Jadi, persamaan garis singgung g adalah :
y – y1 = mg (x – x1)
y – y1 = (x – x
1)
(y – y1) (y1 – b) = – (x1 – a) (x – x1)
y1y – by – y12 + y1b = –x1x + x12 + ax – ax1
y1y – by + y1b + x1x – ax + ax1 = x12 + y12 .... (1)
Titik P(x1, y1) terletak pada lingkaran L sehingga diperoleh :
x12 + y12 + Ax1 + By1 + C = 0
x12 + y12 = – (Ax1 + By1 + C) .... (2)
Substitusikan (2) pada (1), diperoleh :
y1y – by + y1b + x1x – ax + ax1 = – (Ax1 + By1 + C) .... (3)
Dari uraian sebelumnya, diperoleh : -1/2 A = a, -1/2 B = b, .... (4)
Substitusikan (4) pada (3) sehingga persamaan (3) menjadi :
y1y + ½ B y – ½ B y1 + x1x + ½ Ax – ½ A x1 = – Ax1 – By1 – C
y1y + ½ B y + ½ y1 + x1x + ½ A x + ½ A x1 + C = 0
x1x + y1y + ½ A (x + x1) + ½ B (y + y1) + C = 0
Jadi, persamaan garis singgung yang melalui titik P(x1, y1) dan terletak pada lingkaran L: x2 + y2 + Ax + By + C = 0 adalah :
xx1 + yy1 + ½ A (x + x1) + ½ B (y + y1) + C = 0
Contoh Soal 1 :
Tentukan persamaan garis singgung pada lingkaran x2 + y2 = 25 di titik (4, –3).
Penyelesaian :
Titik (4, –3) terletak pada lingkaran sebab 42 + (–3)2 = 25. Persamaan garis singgung g: x1x + y1y = r2 dengan x1 = 4 dan y1 = –3 adalah 4x – 3y = 25.
Contoh Soal 2 :
Tentukan persamaan garis singgung pada lingkaran (x + 2)2 + (y – 1)2 = 25 di titik (–6, 4).
Pembahasan :
Titik (–6, 4) terletak pada lingkaran karena (–6 + 2)2 + (4 – 1)2 = 25. Diketahui a = –2 dan b = 1 maka persamaan garis singgung :
(x1 – a)(x – a) + (y1 – b)(y – b) = r2
(x1 + 2)(x + 2) + (y1 – 1) (y – 1) = 25
Untuk x1 = –6 dan y1 = 4 diperoleh :
(–6 + 2) (x + 2) + (4 – 1) (y – 1) = 25
–4 (x + 2) + 3(y – 1) = 25
–4x – 8 + 3y – 3 = 25
–4x + 3y = 14
2. Persamaan Garis Singgung Melalui Suatu Titik di Luar Lingkaran
Diketahui titik P(x1, y1) berada di luar lingkaran :
L: x2 + y2 = r2 … (1)
Misalkan, persamaan garis singgung yang melalui :
P(x1, y1) adalah :
g: y = y1 + m(x – x1) …(2).
Jika g menyinggung L di titik Q, Anda dapat menyubstitusikan persamaan (2) ke persamaan (1) sehingga diperoleh persamaan kuadrat dalam x. Selanjutnya, Anda cari diskriminan (D) persamaan kuadrat tersebut. Oleh karena g menyinggung L maka D = 0 sehingga nilai-nilai m dapat diperoleh. Apabila nilai mdiketahui, Anda dapat menentukan persamaan garis singgung g dengan cara menyubstitusikan m ke persamaan garis g tersebut. Untuk lebih jelasnya, pelajari contoh berikut.
Contoh Soal 3 :
a. Carilah persamaan garis singgung pada lingkaran x2 + y2 = 25 yang dapat ditarik dari titik (7, –1).
b. Tentukan koordinat-koordinat titik singgung.
c. Tentukan persamaan garis yang menghubungkan titik-titik singgung.
Jawaban :
a. Titik P (7, –1) terletak di luar lingkaran. Coba Anda buktikan hal ini.
Misalkan, persamaan garis singgung yang melalui (7, –1) dengan gradien m adalah :
y + 1 = m(x – 7)
↔ y = mx – 7m – 1 ... (1)
Substitusi (1) ke persamaan lingkaran x2 + y2 = 25, diperoleh :
x2 + (mx – 7m – 1)2 = 25
x² + m²x² – 14m²x – 2mx + 49m² + 14m + 1 = 25
(1 + m²)x² – (14m² + 2m)x + (49m² + 14m – 24) = 0
Nilai diskriminan, yaitu :
D = (14m² + 2m)² – 4 (1 + m²) (49m² + 14m – 24)
D = 196m4 + 56m3 + 4m² – 100m² – 56m + 96 – 196m4 – 56m3
D = –96m² – 56m + 96
Syarat garis menyinggung lingkaran adalah D = 0 sehingga :
D = b2 − 4.a.c = 0
⇔ (−2m² + 14m)2 − 4(m2 + 1)(m2 − 14m + 24) = 0
⇔ 4m4 − 56m3 + 196m² − 4m4 + 56m3 − 96m² − 4m² + 56m − 96 = 0
⇔ 196m² − 96m² − 4m² − 56m − 96 = 0
⇔ 96m² + 56m − 96 = 0
⇔ 12m² + 7m − 12 = 0
(3m + 4)(4m − 3) = 0
m = 3/− 4 atau m = 4/3
Untuk m = 3/− 4 , maka persamaan garis singungnya adalah 4x + 3y − 25 = 0
Untuk m = 4/ 3 , maka persamaan garis singungnya adalah 3x − 4y + 25 = 0
b. Misalkan, titik A adalah titik singgung garis l: 4y – 3x + 25 = 0 dengan lingkaran.
l: 4y – 3x x + 25 = 0 atau l: y = 3/4 x - 25/4
Substitusi garis l ke persamaan lingkaran x2 + y2 = 25 diperoleh :
x2 + (3/4 x - 25/3) 25 ⇔ x2 + 9/16 x2 - 75/8 x + 625/16 = 25
⇔ 25/16 x2 - 75/8 x + 625/16 = 25
⇔ 25x2 – 150x + 225 = 0
⇔ x2 – 6x + 9 = 0
⇔ (x – 3)2 = 0
⇔ x = 3.
Coba Anda substitusikan x = 3 pada persamaan garis singgung y = 3/4x - 25/4
Apakah Anda memperoleh titik singgung A (3, –4)?
Misalkan, titik B adalah titik singgung garis g: 3y + 4x – 25 = 0 dengan lingkaran :
g: 3y + 4x – 25 = 0 atau g: y = -4/3 x + 25/3
Substitusi garis g ke persamaan lingkaran x2 + y2 = 25 diperoleh :
x2 + (4/3 x + 25/3) = 25 ⇔ x2 + 16/9 x2 - 200/9 x + 625/9 = 25
⇔ 25/9 x2 - 200/9 x + 625/9 = 25
⇔ 25x2 – 200x + 400 = 0
⇔ x2 – 8x + 16 = 0
⇔ (x – 4)2 = 0
⇔ x = 4
Coba Anda substitusikan x = 4 pada persamaan garis singgung :
Apakah Anda memperoleh titik singgung B(4, 3)?
Jadi, koordinat titik singgung adalah A(–3, 4) dan B(4, 3).
c. Persamaan garis yang melalui titik A(–3, 4) dan B(4, 3) diperoleh dengan menggunakan rumus persamaan garis :
7y – 28 = –x – 3
x + 7y = 25
Persamaan garis yang menghubungkan titik singgung A dan B adalah x + 7y = 25.
Contoh Soal 4 : Soal Ebtanas 1998
Persamaan garis singgung melalui titik (9, 0) pada lingkaran x2 + y2 = 36 adalah :
Jawaban :
Misalkan, persamaan garis singgung
y – 0 = m(x – 9)
y = mx – 9m
maka L
x2 + (mx – 9)2 = 36
x2 + m2x2 – 18mx + 81 = 36
(1 + m2)x2 – 18mx + 45 = 0
syarat menyinggung:
(18m)2 – 4(1 +m2)(45) = 0
324m2 – 180m2 – 180 = 0
144m2 = 180
Sumber : http://perpustakaancyber.blogspot.com/2013/05/persamaan-garis-singgung-lingkaran-melalui-suatu-titik-di-dalam-dan-luar-lingkaran-gradien-contoh-soal-pembahasan-matematika.html#ixzz2kQIa9Hpy