Subscribe:

Senin, 25 Maret 2013

Menghitung Determinan Menggunakan Eselon Baris

Definisi :
Misalkan A adalah matriks kuadrat. Fungsi determinan dinyatakan olehdet, dan kita definisikan det(A) sebagai jumlah semua hasil kali elementer beranda dari A. Jumlah det(A) kita namakan determinan A.
Jika kita punya matriks A2×2, = \left [ \begin{array}{rr} a_{11} &a_{12}\\ a_{21} &a_{22} \end{array} \right ] maka det(A) = a11a22 – a12a21.
Kemudian jika kita punya matriks B3×3 = \left [ \begin{array}{rrr} a_{11}& a_{12}& a_{13}\\ a_{21}& a_{22}& a_{23}\\ a_{31}& a_{32}& a_{33} \end{array} \right ] maka
det(B) = a11a22a33 – a12a23a31 – a13a21a32 – a13a22a31 – a12a21a33 – a11a23a32.
Tapi jika kita memiliki matriks yang berordo 4×4, 5×5, dan seterusnya, bagaimana cara mencari determinannya? Pada tulisan ini saya akan membahas untuk mencari determinan matriks menggunakan Operasi Baris Elementer dengan mereduksi matriks tersebut pada bentuk eselon baris atau membuat Matriks Segitiga Atas atau Matriks Segitiga Bawah.
Contoh matriks segitiga atas pada matriks 4×4 :
\left [ \begin{array}{rrrr} a_{11}& a_{12}& a_{13}& a_{14}\\ 0& a_{22}& a_{23}& a_{24}\\ 0& 0& a_{33}& a_{34}\\ 0& 0& 0& a_{44}\\ \end{array} \right ]
Contoh matriks segitiga bawah pada matriks 4×4 :
\left [ \begin{array}{rrrr} a_{11}& 0& 0& 0\\ a_{21}& a_{22}& 0& 0\\ a_{31}& a_{32}& a_{33}& 0\\ a_{41}& a_{42}& a_{43}& a_{34}\\ \end{array} \right ]
Untuk menghitung determinan matriks dengan cara ini dijamin oleh sebuah teorema berikut.
Teorema :
Jika A adalah matriks segitiga n x n, maka det(A) adalah hasil kali entri-entri diagonal utama yakni det(A) = a11a22 … ann.
Contoh 1 :
Hitung determinan dari matriks A = \left [ \begin{array}{rrrrr} 2& 7& -3& 8& 3\\ 0& -3& 7& 5& 1\\ 0& 0& 6& 7& 6\\ 0& 0& 0& 9& 8\\ 0& 0& 0& 0& 4 \end{array} \right ]
Penyelesaian :
Karena matriks A merupakan matriks segitiga atas, maka untuk menghitung determinan dapat langsung menggunakan Teorema diatas.
Jadi, det(A) = (2)(-3)(6)(9)(4) = -1296
Contoh 2 :
Hitung determinan dari matriks B = \left [ \begin{array}{rrrr} 2& 1& 3& 1\\ 1& 0& 1& 1\\ 0& 2& 1& 0\\ 0& 1& 2& 3 \end{array} \right ]
Penyelesaian :
Langkah awal untuk mengerjakan ini adalah dengan cara mereduksi matriks baris tersebut menjadi eselon baris dengan menggunakan OBE.
\left [ \begin{array}{rrrr} 2& 1& 3& 1\\ 1& 0& 1& 1\\ 0& 2& 1& 0\\ 0& 1& 2& 3 \end{array} \right ]
  1. baris kedua : 2B2 – B1
    \left [ \begin{array}{rrrr} 2& 1& 3& 1\\ 0& -1& -1& 1\\ 0& 2& 1& 0\\ 0& 1& 2& 3 \end{array} \right ]
  2. baris ketiga : B3 + 2B2
    baris keempat : B4 + B2
    \left [ \begin{array}{rrrr} 2& 1& 3& 1\\ 0& -1& -1& 1\\ 0& 0& -1& 2\\ 0& 0& 1& 4 \end{array} \right ]
  3. baris keempat : B4 + B3
    \left [ \begin{array}{rrrr} 2& 1& 3& 1\\ 0& -1& -1& 1\\ 0& 0& -1& 2\\ 0& 0& 0& 6 \end{array} \right ]
Jadi det(B) = (2)(-1)(-1)(6) = 12

Bentuk Eselon-baris

Matriks dapat dikatakan Eselon-baris apabila memenuhi persyaratan berikut :
  • Di setiap baris, angka pertama selain 0 harus 1 (leading 1).
  • Jika ada baris yang semua elemennya nol, maka harus dikelompokkan di baris akhir dari matriks.
  • Jika ada baris yang leading 1 maka leading 1 di bawahnya, angka 1-nya harus berada lebih kanan dari leading 1 di atasnya.
  • Jika kolom yang memiliki leading 1 angka selain 1 adalah nol maka matriks tersebut disebut Eselon-baris tereduksi
Contoh:
  • syarat 1: baris pertama disebut dengan leading 1
\begin{bmatrix}
1 & 4 & -2 & 5\\
0 & -5 & 2 & 7\\
0 & 0 & -3 & 9\\
0 & 0 & -8 & 8\\
\end{bmatrix}
  • syarat 2: baris ke-3 dan ke-4 memenuhi syarat 2
\begin{bmatrix}
1 & 4 & -2 & 5\\
0 & -5 & 2 & 7\\
0 & 0 & -3 & 9\\
0 & 0 & 0 & 0\\
\end{bmatrix}
  • syarat 3: baris pertama dan ke-2 memenuhi syarat 3
\begin{bmatrix}
1 & 4 & -2 & 5\\
0 & 1 & 2 & 7\\
0 & 0 & -3 & 9\\
0 & 0 & 0 & 0\\
\end{bmatrix}
  • syarat 4: matriks dibawah ini memenuhi syarat ke 4 dan disebut Eselon-baris tereduksi
\begin{bmatrix}
1 & 0 & 0 & 0\\
0 & 1 & 0 & 0\\
0 & 0 & 1 & 0\\
0 & 0 & 0 & 1\\
\end{bmatrix} \begin{bmatrix}
1 & 0 & 0 & 0\\
0 & 1 & 2 & 5\\
0 & 0 & 3 & 0\\
0 & 0 & 0 & 6\\
\end{bmatrix}





Minor dan Kofaktor

Definisi :
Jika A adalah matriks kuadrat, maka minor aij dinyatakan oleh Mij adalah submatriks A yangdidapat dengan jalan menghilangkan baris ke-i dan kolom ke - j.
Kofaktor aij dinyatakan oleh Cij didefinisikan sebagai: Cij = (-1)I + j .Mij.


Determinan  suatu  matriks  kuadrat  A  dapat  juga  dihitung  dengan  menggunakan ekspansi kofaktor sepanjang baris/kolom.

Teorema :
Determinan matriks A yang berukuran n x n dapat dihitung dengan mengalikan entri-entri dalam suatu baris (atau kolom) dengan kofaktor-kofaktornya dan menambahkan hasil kali yang dihasilkan, yaitu untuk setiap 1£ i £ n dan 1£ j £ n, maka

Jawab: jika det(A) dihitung menggunakan ekspansi kofaktor sepanjang kolom 1, maka
Definisi :
Jika A sebarang matriks n x n dan Cij adalah kofaktor aij, maka matriks
dinamakan matriks kofaktor A. Transpose matriks ini dinamakan adjoin A ditulis adj(A)







Determinan

Determinan adalah suatu fungsi tertentu yang menghubungkan suatu bilangan real dengan suatu matriks bujursangkar.

Fungsi determinan
·    Suatu permutasi dari bilangan-bilangan bulat {1, 2, 3, …, n} adalah penyusunan bilangan-bilangan tersebut dengan urutan tanpa pengulangan
Contoh:
Permutasi dari {1, 2, 3} adalah
           (1, 2, 3) (2, 1, 3) (3, 1, 2)
           (1, 3, 2) (2, 3, 1) (3, 2, 1)
Secara umum, bilangan-bilangan pada {1, 2, …, n} akan mempunyai n! permutasi.
·        Suatu permutasi (j1, j2, …, jn) dikatakan mempunyai 1 inversi jika terdapat satu bilangan yang lebih besar mendahului suatu bilangan yang lebih kecil.
Contoh:
(6, 1, 3, 4, 5, 2)
•          6 mendahului 1, 3, 4, 5, 2           = 5 inversi
•          3 mendahului 2                          = 1 inversi
•          4 mendahului 2                          = 1 inversi
•          5 mendahului 2                          = 1 inversi
Jadi terdapat 8 inversi dalam permutasi di atas (1, 2, 3, 4) : tidak terdapat inversi
b.    evaluasi determinan dengan reduksi baris

Teorema 1
Misalkan A adalah matriks bujursangkar
Jika A memiliki satu baris nol atau kolom nol,maka
•          det(A) = 0
•          det(A) = det (AT)

     Teorema 2
Jika A adalah matriks segitiga n´n (segitiga atas, segitiga
bawah atau diagonal), maka det(A) adalah perkalian entri-
entri pada diagonal utamanya
            det(A) = a11a22...ann

Teorema 3
Misalkan A adalah matriks bujursangkar
•          Jika B adalah matriks yang dihasilkan dari perkalian suatu baris atau kolom dengan skalar k ≠ 0 maka   det(B) = k det(A)
•          Jika B adalah matriks yang dihasilkan dari pertukaran dua baris atau kolom dari A maka det(B) = –det(A)
•          Jika B adalah matriks yang dihasilkan ketika suatu baris ditambahkan dengan kelipatan baris lain atau suatu kolom ditambahkan dengan kelipatan kolom lain dari A, maka det(B) = det(A).

Teorema 4
Misal E adalah matriks elementer berukuran n ´ n,
•          Jika E dihasilkan dari suatu baris In dikali k, maka
            det(E) = k
•          Jika E dihasilkan dari pertukaran dua baris pada In, maka det(E) = -1
•          Jika E dihasilkan dari suatu baris ditambah kelipatan baris lain di In, maka det(E) = 1

Teorema 5
•          Jika A adalah matriks bujursangkar dimana terdapat dua
•          baris atau dua kolom yang saling berkelipatan, maka
•          det(A) = 0
c.     kofaktor

det(A) = a11a22a33 +  a13a21a32 + a12a23a31 - a12a21a33 - a11a23a32 - a13a22a31

det(A)   = a11 (a22a33 - a23a32) - a12 (a21a33 - a23a31) + a13 (a21a32 - a22a31)
            = a11M11 – a12M12 + a13M13
            = a11c11 + a12c12 + a13c13
Formula ini menyatakan determinan matriks A ekspansi kofaktor berdasarkan baris pertama dari A.
Jika A adalah matriks n´n, Cij kofaktor dari aij, maka
disebut matriks kofaktor dari A.
Transposenya disebut matriks Adjoin dari A, ditulis Adj(A) 

Ekspansi Kofaktor dan Aturan Cramer
Jika A matriks bujursangkar, maka minor dari entri aij, dinotasikan dengan Mij adalah determinan dari submatriks setelah baris ke-i dan kolom ke-j dihilangkan dari A. Kofaktor dari entri aij adalah bilangan dinotasikan dengan Cij. 


Posted by : Eva Rahayu (110170106)

Minggu, 24 Maret 2013

Metode Untuk Menyelesaikan Sistem Persamaan Linier

Metode eliminasi
Metode ini bekerja dengan care mengeliminasi (menghilangkan) variabel-variabel di dalam sistem persamaan hingga hanya satu variabel yang tertinggal.
Pertama-tama, lihat persamaan-persamaan yang ada dan coba cari dua persamaan yang mempunyai koefisien yang sama (baik positif maupun negatif) untuk variabel yang sama. Misalnya, lihat persamaan (1) dan (3). Koefisien untuk y adalah 1 dan -1 untuk masing-masing persamaan. Kita dapat menjumlah kedua persamaan ini untuk menghilangkan y dan kita mendapatkan persamaan (4).
x+y−z=1    (1)
−4x−y+3z=1    (3)
-------------------------+
−3x+2z=2    (4)
Perhatikan bahwa persamaan (4) terdiri atas variabel x dan z. Sekarang kita perlu persamaan lain yang terdiri atas variabel yang sama dengan persamaan (4). Untuk mendapatkan persamaan ini, kita akan menghilangkan y dari persamaan (1) dan (2). Dalam persamaan (1) dan (2), koefisien untuk yadalah 1 dan 3 masing-masing. Untuk menghilangkan y, kita kalikan persamaan (1) dengan 3 lalu mengurangkan persamaan (2) dari persamaan (1).
x+y−z=1    (1)     × 3    3x+3y−3z=3    (1)
8x+3y−6z=1    (2)8x+3y−6z=1    (2)
--------------------------
−5x+3z=2    (5)
Dengan persamaan (4) dan (5), mari kita coba untuk menghilangkan z.
−3x+2z=2    (4)     × 3    −9x+6z=6    (4)
−5x+3z=2    (5)     × 2    −10x+6z=4    (5)
-------------------------−
x=2    (6)
Dari persamaan (6) kita dapatkan x = 2. Sekarang kita bisa subtitusikan (masukkan) nilai dari x ke persamaan (4) untuk mendapatkan nilai z.
−3(2) + 2z=2    (4)
−6 + 2z=2
2z=8
z=8 ÷ 2
z=4
Akhirnya, kita substitusikan (masukkan) nilai dari z ke persamaan (1) untuk mendapatkan y.
2 + y − 4=1    (1)
y=1 − 2 + 4
y=3
Jadi solusi sistem persamaan linier di atas adalah x = 2, y = 3, z = 4.

Metode substitusi

Pertama-tama, marilah kita atur persamaan (1) supaya hanya ada 1 variabel di sebelah kiri.
x = 1 − y + z    (1)
Sekarang kita substitusi x ke persamaan (2).
8(1 − y + z) + 3y − 6z=1    (2)
8 − 8y + 8z + 3y − 6z=1
−5y + 2z=1 − 8
−5y + 2z=−7    (4)
Dengan cara yang sama seperti di atas, substitusi x ke persamaan (3).
−4(1 − y + z) − y+ 3z=1    (3)
−4 + 4y − 4z − y+ 3z=1
3y − z=1 + 4
3y − z=5    (5)
Sekarang kita atur persamaan (5) supaya hanya ada 1 variabel di sebelah kiri.
z = 3y − 5    (6)
Kemudian, substitusi nilai dari z ke persamaan (4).
−5y + 2(3y − 5)=−7    (4)
−5y + 6y − 10=−7
y=−7 + 10
y=3
Sekarang kita sudah tahu nilai dari y, kita dapat masukkan nilai ini ke persamaan (6) untuk mencari z.
z=3(3) − 5    (6)
z=9 − 5
z=4
Akhirnya, kita substitusikan nilai dari y dan z ke persamaan (1) untuk mendapatkan nilai x.
x=1 − 3 + 4    (1)
x=2
Jadi, kita telah menemukan solusi untuk sistem persamaan linier di atas: x = 2, y = 3, z = 4.

Metode grafik

Penyelesaian sistem persamaan linier dengan metode grafik dilakukan dengan cara menggambar garis garis atau bidang planar yang merupakan representasi dari persamaan-persamaan yang ada dalam sistem tersebut. Solusinya adalah koordinat-koordinat yang merupakan titik potong dari garis-garis ataupun bidang-bidang planar itu.
Sebagai contoh, marilah kita lihat sistem persamaan liniear dengan dua variabel berikut ini.
x+y=3    (1)
2x−y=−3    (2)
Gambar kedua garis dari persamaan-persamaan di atas.
Graph of equation (1) and (2) showing the intersection of the lines.
Seperti terlihat pada grafik di atas, kedua garis itu bertemu (mempunyai titik potong) pada titik (0,3). Ini adalah solusi dari sistem persamaan linier tersebut, yaitu x = 0, y = 3.
Untuk persamaan linier dengan tiga variabel, solusinya adalah titik pertemuan dari tiga bidang planar dari masing-masing persamaan.

Metode Matriks Invers

Sistem persamaan linier yang terdiri atas persamaan-persamaan (1), (2), dan (3) di atas dapat juga ditulis dengan bentuk notasi matriks AB = C seperti berikut
11-1
83-6
-4-13
x
y
z
=
1
1
1
Solusinya adalah matriks B. Agar kita dapat mengisolasi B sendirian di salah satu sisi dari persamaan di atas, kita kalikan kedua sisi dari persamaan di atas dengan invers dari matriks A.
A−1AB=A−1C
B=A−1C
Sekarang, untuk mencari B kita perlu mencari A−1. Silakan melihat halaman tentang matriks untuk belajar bagaimana mencari invers dari sebuah matriks.
A−1 =
-323
012
-435
B =
-323
012
-435
1
1
1
B =
2
3
4
Jadi solusinya adalah x = 2, y = 3, z = 4.
Metode ini dapat digunakan untuk menyelesaikan sistem persamaan linier dengan n variabel. Kalkulator di atas juga menggunakan metode ini untuk menyelesaikan sistem persamaan linier.

Eliminasi Gauss / Eliminasi Gauss-Jordan

Sistem persamaan liniear yang terdiri atas persamaan-persamaan(1), (2), dan (3) dapat juga dinyatakan dalam bentuk matriks teraugmentasi A seperti berikut
A =
11-11
83-61
-4-131
Dengan melakukan serangkaian operasi baris (Eliminasi Gauss), kita dapat menyederhanakan matriks di atas untuk menjadi matriks Eselon-baris.
A =
10,375-0,750,125
01-0,41,4
0014
Kemudian kita bisa substitusikan kembali nilai-nilai yang kita dapat untuk mencari nilai dari semua variabel. Atau, kita juga bisa meneruskan dengan serangkaian operasi baris lagi sehingga matriks di atas menjadi matriks yang Eselon-baris tereduksi (dengan menggunakan Eliminasi Gauss-Jordan).
A =
1002
0103
0014
Dengan melakukan operasi Eliminasi Gauss-Jordan, kita mendapatkan solusi dari sistem persamaan linier di atas pada kolom terakhir: x = 2, y = 3, z = 4.


Posted by : Basri (090170039)