Home » Matematika » Nilai Pi 3,14 atau 22/7 atau 355/113 | Rumus Phi | Contoh Soal dan Jawaban
Nilai Pi 3,14 atau 22/7 atau 355/113 | Rumus Phi | Contoh Soal dan Jawaban
8 min read
Nilai Pi π
Nilai pi adalah 3,14159265358979323846, atau 22/7 atau 355/113. Temukan dibawah ini beberapa rumus pi yang sering digunakan!
Pi (π) adalah salah satu bilangan paling penting dan menarik dalam matematika. Sekitar 3,14 pi adalah konstanta yang digunakan untuk menghitung keliling sebuah lingkaran dari jari-jari atau diameter lingkaran tersebut.
Luas lingkaran di atas adalah sama dengan π kali luas daerah yang diarsir.
π muncul dalam rumus-rumus perhitungan luas dan volume yang berkaitan dengan lingkaran, misalnya elips, bola, kerucut, dan torus.
Beberapa rumus-rumus umum yang melibatkan pi π misalnya:
Keliling lingkaran dengan jari-jari r adalah
Luas lingkaran dengan jari-jari r adalah
Volume bola dengan jari-jari r adalah
Luas permukaan bola dengan jari-jari r adalah
π muncul dalam integral tertentu yang mendeskripsikan keliling, luas, dan volume bentuk yang dihasilkan oleh lingkaran.
Sebagai contohnya, integral yang mendeskripsikan luas setengah lingkaran dengan jar-jari satu adalah:
Dalam integral tersebut, fungsi mewakili kurva setengah lingkaran, dan integralnya menghitung luas antara setengah lingkaran dengan sumbu x.
Fungsi sinus dan kosinus berulang dengan periode 2π.
Fungsi trigonometri bergantung pada sudut, dan para matematikawan umumnya menggunakan radian sebagai satuan pengukuran sudut tersebut. π memainkan peran penting dalam sudut yang diukur dalam radian, yang didefinsikan sedemikian rupanya satu lingkaran penuh memiliki sudut 2π radian. Hal ini berarti 180° sama dengan π radian, dan 1° = π/180 radian.
Fungsi-fungsi trigonometri pada umumnya memiliki periode yang merupakan kelipatan dari π, sebagai contohnya sinus dan kosinus memiliki periode 2π, sehingga untuk sudut θ apapun dan bilangan bulat k apapun, dan
Metode Monte Carlo
Jarum Buffon. Jarum a dan b dijatuhkan secara acak.
Noktah-noktah acak diletakkan pada kuadran persegi dengan satu lingkaran di dalamnya.
Metode Monte Carlo, berdasarkan percobaan acak, dapat digunakan untuk mengaproksimasi π.
Metode Monte Carlo, yang mengevaluasi hasil dari banyak percobaan acak, dapat digunakan untuk membuat aproksimasi π.
Jarum Buffon adalah salah satu tekniknya: Jika sebuah jarum dengan panjang ℓ dijatuhkan n kali di atas permukaan yang di atasnya digambar garis paralel yang dipisahkan sebesar t satuan, dan jika dari x kali ia jatuh melintasi garis (x > 0), maka aproksimasi π dapat ditentukan berdasarkan perhitungan:
Metode Monte Carlo lainnya untuk menghitung π adalah dengan menggambar sebuah lingkaran dalam sebuah persegi, dan meletakkan noktah-noktah secara acak di dalam perseegi. Perbandingan noktah di dalam lingkaran terhadap jumlah noktah total akan kira-kira sama dengan π/4.
Metode Monte Carlo untuk memperkirakan π sangat lambat dibandingkan metode lainnya, dan tidak pernah digunakan untuk memperkirakan π ketika diperlukan kecepatan atau akurasi.
Bilangan kompleks apapun, sebut saja z, dapat dinyatakan menggunakan pasangan bilangan nyata. Dalam sistem koordinat polar, satu bilangan (jari-jari atau r) digunakan untuk menyatakan jarak z dari pusatbidang kompleks sedangkan (sudut atau φ) menyatakan a putaran berlawanan arah jarum jam dari garis nyata positif sebagai berikut:
dengan tetapan e adalah basis logaritma natural. Formula ini menghasilkan hubungan antara daya imajiner e dan titik-titik pada satuan lingkaran yang berpusat pada pusat bidang kompleks. Pengaturan φ = π dalam formula Euler menghasilkan identitas Euler, disambut gembira oleh para matematikawan karena mengandung lima tetapan matematika paling penting:
Sebanyak nbilangan kompleksz yang berbeda dalam persamaan zn = 1, disebut “akar persatuan (root of unity) ke n“. Mereka dinyatakan dalam persamaan:
Formula integral Cauchy mengelola fungsi integral kompleks dan menghasilkan hubungan penting antara integrasi dan diferensiasi, termasuk kenyataan bahwa nilai fungsi kompleks dalam suatu batas tertutup seluruhnya ditentukan oleh nilai pada batasan:
Agar π dapat dihitung dari himpunan Mandelbrot, dengan menghitung jumlah iterasi yang diperlukan sebelum titik divergen (-0,75, ε).
Keberadaan π dalam fraktal himpunan Mandelbrot ditemukan oleh warga negara Amerika David Boll pada tahun 1991.
Dia mempelajari perilaku humpunan Mandelbrot dekat “leher” pada (-0,75, 0). Jika dianggap titik dengan koordinat (-0,75, ε), dengan ε cenderung nol, jumlah iterasi sampai perbedaan untuk jalur dikalikan dengan ε konvergen menuju π. Titik (0,25, ε) di titik puncak “lembah” besar di sisi kanan himpunan Mandelbrot berperilaku sama: jumlah iterasi sampai divergensi dikalikan dengan akar kuadrat ε cenderung mendekati π.
Fungsi gama memperluas konsep faktorial (biasanya didefinisikan hanya untuk bilangan bulat non-negatif) ke semua bilangan kompleks, kecuali bilangan bulat nyata negatif. Ketika fungsi gama dievaluasi untuk bilangan setengah bulat, hasilnya berisi π; sebagai contoh
dan
.
Fungsi gama dapat digunakan untuk membuat pendekatan sederhana seperti n! untuk n besar:
yang dikenal sebagai aproksimasi Stirling.
Teori bilangan dan fungsi zeta Riemann
Fungsi zeta Riemannζ(s) digunakan dalam banyak bidang matematika. Ketika dievaluasi pada s = 2 fungsi ini dapat ditulis sebagai:
Menemukan penyelesaian sederhana untuk deret tak hingga ini merupakan masalah populer dalam matematika yang disebut masalah Basel. Leonhard Euler memecahkannya pada tahun 1735 ketika ia menunjukkan bahwa itu sama dengan π2/6.
Hasil Euler mengarah pada teori bilangan yaitu probabilitas dua angka acak yang bersifat prima relatif (tidak memiliki faktor bersama) adalah sama dengan 6/π2.
Probabilitas ini berdasarkan pengamatan bahwa probabilitas bilangan sembarang dapat dibagi dengan suatu bilangan prima p adalah 1/p (sebagai contoh, setiap bilangan bulat ke-7 dapat dibagi dengan 7.) Sehingga probabilitas dua bilangan yang keduanya dapat dibagi dengan bilangan prima ini adalah 1/p2, dan probabilitas bahwa sekurang-kurangnya satu di antaranya tidak dapat dibagi adalah 1-1/p2. Untuk bilangan prima yang berbeda, kasus dapat dibagi ini bersifat independen; sehingga probabilitas bahwa dua bilangan adalah prima relatif diberikan oleh hasil pembagian seluruh bilangan prima:
Probabilitas ini dapat digunakan bersamaan dengan generator bilangan acak untuk memperkirakan π menggunakan pendekatan Monte Carlo.
Probabilitas dan statistik
Sebuah grafik fungsi Gauss ƒ(x) = e−x2. Wilayah berwarna di antara fungsi dan sumbu x memiliki luas .
Bidang probabilitas dan statistik seringkali menggunakan distribusi normal sebagai model sederhana untuk fenomena kompleks; sebagai contoh, ilmuwan umumnya berasumsi bahwa kesalahan pengamatan dalam kebanyakan percobaan mengikuti sebuah distribusi normal.
Fungsi Gauss (yang merupakan fungsi kepekatan probabilitas distribusi normal) dengan rata-rata μ dan simpangan bakuσ, pada dasarnya adalah π:
Agar ini dapat menjadi kepekatan probabilitas, wilayah di bawah grafik f harus sama dengan satu. Hal ini diperoleh dari perubahan variabel dalam integral Gauss:
,
sehingga luas daerah yang berada di bawah kurva lonceng sederhana sama dengan akar kuadrat π.
Penggunaan Pi di luar matematika
Penggambaran fenomena fisika
Meskipun bukan konstanta fisika, π hadir secara rutin dalam persamaan-persamaan yang menjelaskan prinsip-prinsip fundamental alam semesta, sering karena hubungan antara π dengan lingkaran dan dengan sistem koordinat sferis.
Rumus sederhana dari bidang mekanika klasik memberikan aproksimasi periode Tpendulum sederhana dengan panjang L, yang mengayun dengan amplitudo g adalah percepatan gravitasi bumi):
Salah satu rumus kunci dalam mekanika kuantum adalah Prinsip ketidakpastian Heisenberg, yang menunjukkan bahwa ketidakpastian dalan pengukuran posisi suatu partikel (Δx) dan momentum (Δp) keduanya tidak dapat sama persis pada saat yang bersamaan (dengan h adalah tetapan Planck):
Fakta bahwa nilai π mendekati 3 memainkan peran dalam ortopositronium dalam waktu yang relatif panjang. Kebalikannya hingga orde paling rendah dalam tetapan struktur halus α adalah
dengan m adalah massa elektron.
π hadir dalam beberapa formula rekayasa struktur, seperti rumus buckling yang diturunkan oleh Euler, yang memberikan muatan aksial F maksimum dengan panjang kolom L, elastisitas modulusE, dan momen inersia areaI dapat mengangkut tanpa buckling:
Dinamika fluida
Bidang dinamika fluida menyertakan π dalam hukum Stokes, yang mengaproksimasi gaya friksi F yang muncul pada objek sferis kecil dengan radius R, bergerak dengan kecepatan v dalam fluida yang mempunyai viskositas dinamis η:
Transformasi Fourier
Transformasi Fourier, dijelaskan di bawah, adalah operasi matematika yang menyatakan waktu sebagai fungsi dari frekuensi, dikenal karena spektrum frekuensinya. Ini mempunyai banyak aplikasi dalam fisika dan rekayasa, terutama dalam pemrosesan sinyal.
“Jika suatu lingkaran memiliki jari-jari sebesar , maka berapakah luas lingkaran tersebut?”, tanya guru SD kita saat itu. Spontan saja langsung kita jawab , yang didapat dari penghitungan rumus luas lingkaran . Guru kita mengajarkan kepada kita bahwa nilai dari (dibaca: pi) adalah sebesar atau . Kita mengiakan saja tanpa bertanya apa sebenarnya bilangan itu dan dari mana asal-usulnya. Padahal dari sejarahnya sendiri, Archimedes telah membuktikan bahwa dan . Jadi rentang nilai adalah
Perlu digaris bawahi, bukanlah suatu bilangan rasional. Artinya, nilai dari tidak dapat dituliskan ke dalam bentuk pecahan dan keduanya bilangan bulat.
Jadi, apa sebenarnya bilangan itu?
merupakan rasio atau perbandingan dari keliling suatu lingkaran dengan panjang diameternya . Jadi sebesar atau sekecil apa pun lingkaran yang kita punya, jika keliling lingkaran tersebut dibagi dengan panjang diameternya maka akan menghasilkan suatu bilangan konstan yang disebut ,
Dari perbandingan tersebut, kita bisa peroleh rumus keliling lingkaran sebagai . Karena diameter lingkaran merupakan dua kali jari-jarinya, jadi dapat dituliskan . Nah, permasalahan sekarang adalah; bagaimana matematikawan terdahulu menaksir nilai ? mengingat kalkulator scientific saat itu masih menjadi khayalan semata.
Archimedes merupakan ilmuwan pertama yang mampu menaksir nilai dengan cukup akurat. Meskipun saat itu ia tidak tahu berapa panjang keliling lingkaran, namun dia mencoba untuk menghampiri panjang keliling lingkaran dengan keliling suatu segi- beraturan. Bagaimana caranya?
Pertama kita harus mencari rumus keliling dari segi- beraturan. Karena rumus keliling lingkaran adalah , maka agar , haruslah . Jadi kita akan bekerja pada lingkaran dengan jari-jari sebesar , tentu dengan tujuan agar lebih mudah. Sekarang perhatikan lingkaran yang dihampiri oleh segi- berikut
Kita buat garis dan sehingga merupakan segitiga siku-siku dan merupakan segitiga sama kaki,
Dari sana dapat terlihat bahwa dan . Selanjutnya misalkan garis dan memiliki panjang .
Tujuan kita sekarang adalah mencari nilai dari . Caranya; perhatikan nilai sinus dari sudut , yaitu perbandingan dari sisi depan dengan sisi miringnya,
Jadi kita punya rumus untuk menentukan panjang sisi sebagai
Karenanya keliling dari segi- tersebut adalah
Keliling segi- Jumlah sisi
Keliling segi-
Kita sudah bisa mendapatkan rumus mencari keliling segi- beraturan. Sentuhan terakhir, kita perlu mencari nilai dari sudut . Karena jumlah sudut satu lingkaran penuh adalah sebesar ,
maka
Jadi diperoleh
Keliling segi –
Nah, sekarang kita bisa menghampiri nilai berdasarkan rumus di atas. Konsepnya begini, misalkan kita ingin menghampiri keliling lingkaran berjari-jari oleh keliling suatu segi enam (artinya segi- dengan ). Jadi kita cukup menghitung
Keliling segi enam
Karena keliling lingkarannya bernilai , maka keliling lingkaran tersebut dapat dihampiri oleh keliling segi enam, yang berarti
Agar nilai aproksimasinya lebih baik lagi, maka kita harus menghampiri lingkaran tersebut dengan segi- untuk yang cukup besar. Misalnya dengan segi seribu sehingga diperoleh nilai hampirannya
Soal dan Jawaban Pi
Hitunglah jari jari pada lingkaran berikut! (π = 3,14) A. K= 628CM B. K= 50CM C. K= 132CM
Jawaban:
A. r = 100 cm
B. r = 7,96 cm
C. r = 21,02 cm
Pembahasan:
Ingat kembali rumus keliling lingkaran
keliling lingkaran = \pi × d
keliling lingkaran = 2 × \pi × r
Keterangan:
r = jari-jari lingkaran
d = diameter lingkaran
Pada soal diatas:
Dik : \pi = 3,14
Dit : jari – jari (r) jika:
A. K= 628CM
B. K= 50CM
C. K= 132CM
Penyelesaian :
A) K = 2 × \pi × r
628 = 2 × 3,14 × r
628 = 6,28 × r
r = 628/6,28
r = 100 cm
B) K = 2 × \pi × r
50 = 2 × 3,14 × r
50 = 6,28 × r
r = 50/6,28
r = 7,96 cm
C) K = 2 × \pi × r
132 = 2 × 3,14 × r
132 = 6,28 × r
r = 132/6,28
r = 21,02 cm.
Sebuah lingkaran memiliki jari-jari sebesar 10 cm. Berapakah luas lingkaran tersebut?
Penyelesaian:
Diketahui:
r = 10 cm
Ditanyakan: Luas lingkaran?
Jawab:
Luas = π × r²
Luas = 3,14 × 100
Luas = 314 cm²
Jadi, luas lingkaran tersebut adalah 314 cm².
Jika diketahui sebuah lingkaran mempunyai diameter 14 cm. Berapakah luas lingkaran tersebut?
Penyelesaian:
Diketahui:
d = 14 cm
karena d = 2 × r maka:
r = d/2
r = 14/2
r = 7 cm
Ditanyakan: Luas lingkaran?
Jawab:
Luas = π × r²
Luas = 22/7 × 7²
Luas = 154 cm²
Jadi, luas lingkaran tersebut adalah 154 cm².
Hitunglah keliling lingkaran dengan jari-jari 20 cm.
Penyelesaian:
Diketahui:
r = 20 cm
π = 3,14
Ditanyakan: Keliling lingkaran?
Jawab:
Keliling = 2 × π × r
Keliling = 2 × 3,14 × 20
Keliling = 125,6 cm
Jadi, keliling lingkaran tersebut adalah 125,6 cm.
Hitunglah keliling lingkaran dengan diameter 20 cm?
Penyelesaian:
Diketahui:
d = 20 cm
π = 3,14
Ditanyakan: Keliling lingkaran?
Jawab:
Keliling = π × d
Keliling = 3,14 × 20
Keliling = 62,8 cm
Jadi, keliling lingkaran tersebut adalah 62,8 cm.
Diketahui sebuah lingkaran memiliki keliling sebesar 66 cm. Hitunglah berapa diameter lingkaran tersebut?