Modul Ajar Matematika Tingkat Lanjut Kelas 11 SMA: Transformasi Geometri Analitik Berbasis Matriks (Bab 3)

Representasi analitik transformasi geometri (translasi, refleksi, rotasi dengan pusat sembarang, dan dilatasi) menggunakan perkalian matriks, komposisi transformasi, serta luas bayangan bangun datar.

Capaian dan tujuan pembelajaran

  • Peserta didik mampu mengaitkan operasi geometri (translasi, refleksi, rotasi, dilatasi) dengan matriks transformasi.
  • Peserta didik mampu menentukan bayangan titik, garis, dan kurva yang mengalami komposisi transformasi geometri.
  • Peserta didik mampu menghitung perubahan luas bangun datar yang ditransformasikan oleh matriks.

Materi pokok & uraian konsep pembelajaran

Transformasi geometri mengkaji pemindahan posisi, perubahan arah hadap, dan perbesaran skala objek pada bidang koordinat Cartesius. Pendekatan aljabar linier memungkinkan setiap operasi geometri direpresentasikan dalam bentuk matriks transformasi.

Refleksi terhadap garis $y = mx + c$, rotasi dengan sudut $\theta$ terhadap pusat $(a, b)$, dan dilatasi faktor skala $k$ dirumuskan secara terpadu melalui koordinat homogen atau matriks aditif-multiplikatif. Komposisi transformasi berurutan $T_2 \circ T_1$ setara dengan perkalian matriks $M_2 \cdot M_1$.

Determinan matriks transformasi merefleksikan perubahan luas bangun geometri yang ditransformasikan ($L' = |\det(M)| \times L$). Pemahaman ini mendasari algoritma rendering grafika komputer 2D/3D dan animasi digital.

Peta subtopik bahasan

  • Translasi dan Matriks Perpindahan

    Menentukan bayangan titik, garis, dan kurva parabola akibat pergeseran vektor $T = \begin{pmatrix} a \\ b \end{pmatrix}$.

  • Refleksi dan Matriks Pencerminan

    Menentukan matriks refleksi terhadap sumbu koordinat, garis $y = x$, $y = -x$, $x = h$, dan $y = k$.

  • Rotasi dan Dilatasi Berbasis Matriks

    Menghitung bayangan objek oleh rotasi $R(P, \theta)$ dan dilatasi $[P, k]$ dengan titik pusat $(a, b)$.

  • Komposisi Transformasi dan Transformasi Luas

    Menyelesaikan transformasi majemuk dan menghitung luas bangun geometri baru menggunakan nilai mutlak determinan matriks.

Istilah kunci dan glosarium

Matriks Rotasi
Matriks orthogonal $M = \begin{pmatrix} \cos\theta & -\sin\theta \\ \sin\theta & \cos\theta \end{pmatrix}$ yang memutar titik sebesar sudut $\theta$ terhadap pusat origin.
Dilatasi
Transformasi geometri yang mengubah ukuran objek (memperbesar atau memperkecil) dengan faktor skala tertentu tanpa mengubah bentuknya.
Komposisi Transformasi
Penerapan dua atau lebih transformasi geometri secara berurutan terhadap suatu objek.
Faktor Pengali Luas
Nilai mutlak determinan matriks transformasi ($|\det(M)|$) yang menyatakan perbandingan luas daerah bayangan terhadap luas awal.
Invarian
Sifat atau besaran geometris (seperti panjang garis pada isometri) yang nilainya tetap tidak berubah setelah dikenai transformasi.

Instrumen asesmen formatif & contoh soal pembelajaran

5 butir instrumen soal pilihan ganda berbasis HOTS untuk mengukur pemahaman konsep pada bab ini. Dilengkapi kunci jawaban dan uraian pembahasan analitis.

Soal 1

Bayangan titik $A(3, -2)$ oleh rotasi sebesar $90^\circ$ berlawanan arah jarum jam dengan pusat $O(0,0)$ adalah...

  • A. $A'(2, 3)$
  • B. $A'(-2, -3)$
  • C. $A'(2, -3)$
  • D. $A'(-3, 2)$
Lihat Kunci Jawaban & Pembahasan
Kunci Jawaban: Pilihan A

Pembahasan: Matriks rotasi $90^\circ$ adalah $\begin{pmatrix} 0 & -1 \\ 1 & 0 \end{pmatrix}$. Bayangannya: $\begin{pmatrix} x' \\ y' \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 0 & -1 \\ 1 & 0 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} 3 \\ -2 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} 2 \\ 3 \end{pmatrix}$.

Soal 2

Bayangan garis $2x - 3y + 6 = 0$ oleh pencerminan terhadap garis $y = -x$ adalah...

  • A. $3x - 2y + 6 = 0$
  • B. $-3x + 2y + 6 = 0$
  • C. $3x + 2y - 6 = 0$
  • D. $2x + 3y + 6 = 0$
Lihat Kunci Jawaban & Pembahasan
Kunci Jawaban: Pilihan A

Pembahasan: Refleksi terhadap garis $y = -x$: $x' = -y \rightarrow y = -x'$ dan $y' = -x \rightarrow x = -y'$. Substitusi ke garis: $2(-y') - 3(-x') + 6 = 0 \rightarrow 3x' - 2y' + 6 = 0$.

Soal 3

Segitiga $ABC$ memiliki luas 12 satuan luas. Jika segitiga tersebut ditransformasikan oleh matriks $M = \begin{pmatrix} 3 & 1 \\ 2 & 4 \end{pmatrix}$, luas bayangannya adalah...

  • A. 120 satuan luas
  • B. 144 satuan luas
  • C. 100 satuan luas
  • D. 60 satuan luas
Lihat Kunci Jawaban & Pembahasan
Kunci Jawaban: Pilihan A

Pembahasan: $\det(M) = 3(4) - 1(2) = 12 - 2 = 10$. Luas bayangan $L' = |\det(M)| \times L = 10 \times 12 = 120$ satuan luas.

Soal 4

Titik $P(-1, 4)$ didilatasi dengan pusat $C(2, 1)$ dan faktor skala $k = 3$. Koordinat titik bayangan $P'$ adalah...

  • A. $P'(-7, 10)$
  • B. $P'(-5, 9)$
  • C. $P'(-7, 9)$
  • D. $P'(-5, 10)$
Lihat Kunci Jawaban & Pembahasan
Kunci Jawaban: Pilihan A

Pembahasan: $x' = k(x - a) + a = 3(-1 - 2) + 2 = 3(-3) + 2 = -7$. $y' = k(y - b) + b = 3(4 - 1) + 1 = 3(3) + 1 = 10$. Jadi $P'(-7, 10)$.

Soal 5

Matriks transformasi tunggal yang setara dengan refleksi terhadap sumbu-$X$ dilanjutkan rotasi $180^\circ$ terhadap pusat $O(0,0)$ adalah...

  • A. $\begin{pmatrix} -1 & 0 \\ 0 & 1 \end{pmatrix}$
  • B. $\begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 0 & -1 \end{pmatrix}$
  • C. $\begin{pmatrix} 0 & -1 \\ -1 & 0 \end{pmatrix}$
  • D. $\begin{pmatrix} -1 & 0 \\ 0 & -1 \end{pmatrix}$
Lihat Kunci Jawaban & Pembahasan
Kunci Jawaban: Pilihan A

Pembahasan: $M_1 = \begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 0 & -1 \end{pmatrix}$ (refleksi sumbu-X). $M_2 = \begin{pmatrix} -1 & 0 \\ 0 & -1 \end{pmatrix}$ (rotasi $180^\circ$). Matriks komposisi $M = M_2 M_1 = \begin{pmatrix} -1 & 0 \\ 0 & -1 \end{pmatrix} \begin{pmatrix} 1 & 0 \\ 0 & -1 \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} -1 & 0 \\ 0 & 1 \end{pmatrix}$.

Petunjuk penggunaan berkas

Setelah mengunduh berkas perangkat ajar, ikuti langkah berikut untuk menggunakannya secara optimal:

  1. Buka dokumen menggunakan Microsoft Word, Google Docs, atau LibreOffice.
  2. Sesuaikan identitas satuan pendidikan, nama guru pengampu, NIP, serta alokasi waktu kelas.
  3. Cetak instrumen asesmen atau bagikan lembar kerja (LKPD) kepada peserta didik.

Bahan ajar Matematika Tingkat Lanjut lainnya

  • Polinomial (Suku Banyak)

    Matematika Tingkat Lanjut SMA Kelas 11 · Semester 1

  • Matriks dan Sistem Persamaan Linear

    Matematika Tingkat Lanjut SMA Kelas 11 · Semester 1

  • Trigonometri Lanjut dan Identitas Trigonometri Analitik

    Matematika Tingkat Lanjut SMA Kelas 11 · Semester 2