Materi Aljabar linear
8 likes•13,256 views
Buku ini merangkum materi aljabar linear yang pernah diajarkan penulis. Tulisan ini disusun sesederhana mungkin agar mudah dipahami oleh pembaca."
![4 BAB 1. SISTEM PERSAMAAN LINEAR DAN MATRIKS
kepada persamaan lain maka tidaklah mengubah solusi SPL semula. Semua sifat ini
akan kita gunakan dalam menyederhanakan SPL sehingga solusinya mudah diper-
oleh.
Untuk kepraktisan kita akan bekerja dengan matriks lengkap dari SPL bersangku-
tan, yaitu matriks hasil penggabungan matriks koefisien dan matriks konstanta.
Kita akan menotasikan matriks lengkap ini dengan [A|B]. Sebagai contoh, per-
hatikan SPL
2x1 + x2 + 3x3 = 1
−x1 + x2 = 2
3x1 − 2x2 + x3 = 0
.
SPL ini mempunyai matriks lengkap
2 1 3 1
−1 1 0 2
3 −2 1 0
.
Operasi Baris Elementer (OBE)
Perhatikan matriks berukuran m × n berikut
A =
a11 ... a1n
...
...
...
am1 ... amn
.
Kita menyebut masing-masing (ai1 ... ain) sebagai baris-baris dari matriks A. Pada
matriks A kita dapat melakukan operasi-operasi berikut:
a. mengalikan suatu baris dengan bilangan tak nol
b. menambahkan kelipatan suatu baris pada baris lain
c. menukarkan sebarang dua buah baris
Ketiga operasi di atas disebut operasi baris elementer. Suatu matriks ˜A yang diper-
oleh dari proses sejumlah hingga OBE pada matriks A, dikatakan ekuivalen (baris)
dengan matriks A. Dalam hal ini kita akan menggunakan notasi A ∼ ˜A.](https://image.slidesharecdn.com/aljabarlinear-160322093940/85/Materi-Aljabar-linear-7-320.jpg)
![1.1. SISTEM PERSAMAAN LINEAR 5
Contoh Pandang matriks
A =
1 0 −1
2 1 −3
−3 2 0
.
Jika kita mengalikan baris pertama dengan -2, kemudian kita tambahkan pada per-
samaan kedua maka baris kedua berubah menjadi (0 1 − 1). Demikian pula jika
kita mengalikan baris pertama dengan 3, kemudian ditambahkan pada baris ketiga
diperoleh baris ketiga yang baru, yaitu (0 2 − 3). Jadi kita mendapatkan
A =
1 0 −1
2 1 −3
−3 2 0
∼
1 0 −1
0 1 −1
0 2 −3
.
Berkaitan dengan ekivalensi baris dua buah matriks kita mempunyai lema berikut.
Lema. Perhatikan SPL yang dinyatakan dalam matriks lengkap [A|B]. Jika [A |B ]
ekuivalen baris dengan [A|B] maka SPL AX = B ekuivalen dengan A X = B .
Lema di atas mengatakan bahwa kedua SPL AX = B dan A X = B mempun-
yai solusi yang sama, atau keduanya sama-sama tidak mempunyai solusi. Kita akan
menggunakan lema ini untuk mencari solusi suatu SPL. Secara umum, langkah yang
dilakukan adalah melakukan OBE pada matriks lengkap sehingga berubah menjadi
matriks segitiga atas.
Contoh. Tentukan solusi SPL
x1 − 2x2 + x3 = 2
−x1 + x2 = 1
2x1 + x2 + x3 = 0
.
Jawab: SPL di atas mempunyai matriks lengkap
1 −2 1 2
−1 1 0 1
2 1 1 0
.](https://image.slidesharecdn.com/aljabarlinear-160322093940/85/Materi-Aljabar-linear-8-320.jpg)
![8 BAB 1. SISTEM PERSAMAAN LINEAR DAN MATRIKS
Selanjutnya, jika A adalah matriks eselon baris dan setiap kolom yang mempunyai
1 utama mempunyai entri 0 di tempat lain maka A disebut eselon baris tereduksi.
Contoh. Perhatikan tiga matriks berikut
A =
1 1 0 3
0 1 1 1
0 0 1 1
B =
1 −1 1 2
0 1 1 1
0 0 0 2
C =
0 1 0 −1
0 0 1 1
0 0 0 0
.
Matriks A eselon baris, matriks C eselon baris tereduksi, sementara matriks B bukan
eselon baris.
Definisi. Misalkan kita mempunyai SPL AX = B dengan matriks lengkap bentuk
eselon baris [A |B ]. Variabel yang bersesuaian dengan kolom yang mempunyai 1
utama disebut variabel utama. Yang lainnya kita sebut variabel non utama.
Contoh. Perhatikan SPL
x1 + x2 − 3x3 + x4 = 1
−2x1 − x2 − x3 − x4 + x5 = 0
x1 + x2 + x3 − x4 − 2x5 = 2
.
SPL ini mempunyai matriks lengkap
1 1 −3 1 0 1
−2 −1 −1 −1 1 0
1 1 1 −1 −2 2
.
Dengan melakukan OBE kita peroleh
1 1 −3 1 0 1
−2 −1 −1 −1 1 0
1 1 1 −1 −2 2
∼
1 1 −3 1 0 1
0 1 −7 1 1 2
0 0 4 −2 −2 1
∼
1 1 −3 1 0 1
0 1 −7 1 1 2
0 0 1 −1/2 −1/2 1/4
.](https://image.slidesharecdn.com/aljabarlinear-160322093940/85/Materi-Aljabar-linear-11-320.jpg)
![1.2. SISTEM PERSAMAAN LINEAR HOMOGEN 9
Jelas bahwa hanya tiga kolom pertama yang mempunyai 1 utama sehingga x1, x2, x3
merupakan variabel-variabel utama. Adapun x4 dan x5 adalah variabel-variabel non
utama.
Setelah kita mengenal matriks eselon baris, sekarang kita dapat menetapkan
salah satu prosedur mendapatkan solusi SPL, yaitu melalui tahap-tahap berikut:
1. Mengenali matriks lengkap [A|B]
2. Mengubah [A|B] ke bentuk eselon baris [A |B ]
3. Jika setiap kolom matriks A mempunyai 1 utama maka solusi bersi-
fat tunggal
4. Variabel non utama dari matriks A memunculkan parameter
Contoh. Tentukan solusi dari
x1 + x2 − x3 + x4 = 1
−2x1 − 2x2 + 3x3 − x4 + x5 = 0
.
Solusi: Kita lakukan OBE pada matriks lengkap untuk memperoleh bentuk eselon
baris
1 1 −1 1 0 1
−2 −2 3 −1 1 0
∼
1 1 −1 1 0 1
0 0 1 1 1 2
.
Misalkan x2 = r, x4 = s, x5 = t. Kita peroleh x3 = 2−s−t dan x1 = 3−r −2s−t.
Dengan demikian solusi SPL ini dapat kita tuliskan x1 = 3−r−2s−t, x2 = r, x3 =
2 − s − t, x4 = s, x5 = t.
Kriteria rank untuk eksistensi solusi
1.2 Sistem Persamaan Linear Homogen
1.3 Operasi Pada Matriks](https://image.slidesharecdn.com/aljabarlinear-160322093940/85/Materi-Aljabar-linear-12-320.jpg)
![20 BAB 5. TRANSFORMASI LINEAR
5.2 Matriks Transformasi
Let V, W be finite dimensional vector spaces with basis B = {v1, ..., vn} for V , and
B = {w1, ..., wn} for W. If f : V → W is linear, representation matrix of f is
defined by
[f]BB = [f(v1)]B ... [f(vn)]B](https://image.slidesharecdn.com/aljabarlinear-160322093940/85/Materi-Aljabar-linear-23-320.jpg)
![DAFTAR PUSTAKA
[1] Anton, Howard (1985), Aljabar Linear Elementer, Erlangga.
[2] Jacob, Bill. (1978), Linear Algebra, W.H. FREEMAN & COMPANY.
[3] Arifin, Achmad (2000), Aljabar Linier, Penerbit ITB.
[4] Friedberg, Stephen H., Insel Arnold J., Spence, Lawrence E. . (1997), Linear
Algebra, Prentice Hall.
23](https://image.slidesharecdn.com/aljabarlinear-160322093940/85/Materi-Aljabar-linear-26-320.jpg)
Materi Aljabar linear
- 1. ALJABAR LINEAR SUMANANG MUHTAR GOZALI KBK ANALISIS UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA BANDUNG 2010
- 2. 2 KATA PENGANTAR Bismillahirrahmanirrahim Segala puji bagi Allah Rabb semesta alam. Shalawat serta salam bagi Rasul- ullah Muhammad shallallahu alaihi wasallam. Tulisan ini merupakan hasil rangku- man materi kuliah Aljabar Linear yang pernah diampu oleh Penulis. Uraian dibuat sesederhana mungkin yang diharapkan dapat dipahami dengan mudah oleh peng- guna tulisan ini. Terakhir, Penulis berharap semoga tulisan ini bermanfaat, khusus- nya bagi para pembaca yang berminat dalam bidang aljabar. Bandung, Maret 2010 Penulis, Sumanang Muhtar Gozali
- 3. DAFTAR ISI KATA PENGANTAR 2 DAFTAR ISI 3 1 Sistem Persamaan Linear dan Matriks 1 1.1 Sistem Persamaan Linear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2 Sistem Persamaan Linear Homogen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.3 Operasi Pada Matriks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2 Ruang Vektor 11 2.1 Subruang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.2 Basis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.3 Ruang Baris dan Ruang Kolom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 3 Determinan 15 4 Ruang Hasil Kali Dalam 17 4.1 Hasil Kali Dalam . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 4.2 Basis Ortonormal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 5 Transformasi Linear 19 5.1 Kernel dan Peta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 5.2 Matriks Transformasi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 6 Nilai Eigen dan Diagonalisasi 21 6.1 Nilai dan Vektor Eigen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 6.2 Diagonalisasi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 DAFTAR PUSTAKA 23 3
- 4. BAB 1 Sistem Persamaan Linear dan Matriks Pada bab pertama ini kita akan mempelajari sistem persamaan linear (SPL). Pem- bahasan ditujukan untuk memahami metode dalam mencari solusi sistem persamaan linear. Pemahaman yang mendalam akan metode ini akan sangat membantu mema- hami bab-bab berikutnya. Selain itu kita juga akan mempelajari dasar-dasar operasi pada matriks. Pembahasan meliputi operasi penjumlahan, perkalian, transpose dan metode mencari invers matriks. 1.1 Sistem Persamaan Linear Persamaan linear adalah suatu persamaan dimana variabel yang terlibat berderajat paling tinggi satu. Jika kita mempunyai beberapa persamaan linear maka sekumpu- lan persamaan linear itu disebut sistem persamaan linear. Suatu pasangan beberapa bilangan disebut solusi dari suatu SPL jika pasangan tersebut memenuhi kebenaran masing-masing persamaan dari SPL tersebut. Sebagai contoh, perhatikan SPL dengan dua persamaan dan dua variabel berikut 2x1 + x2 = 4 2x2 = −4 . Dari persamaan kedua kita mendapatkan x2 = −2, sehingga dengan menyulihkan- nya pada persamaan pertama kita peroleh x1 = 3. Dengan demikian SPL di atas 1
- 5. 2 BAB 1. SISTEM PERSAMAAN LINEAR DAN MATRIKS mempunyai solusi x1 = 3, x2 = −2, dan tidak ada solusi lain. Jadi solusi SPL di atas adalah tunggal. Sekarang, perhatikan SPL berikutnya x1 − 2x2 = 3 3x1 − 6x2 = 9 . Perhatikan bahwa jika kita mengalikan persamaan kedua dengan 1/3 maka diperoleh persamaan pertama. Dengan kata lain, SPL ini ekuivalen dengan satu persamaan x1 − 2x2 = 3. Kita mempunyai banyak pilihan dari pasangan x1 dan x2 yang memenuhi persamaan ini. Jika kita mengambil t ∈ R sebarang maka x1 = 3+2t, x2 = t merupakan solusi persamaan ini. Dengan demikian SPL semula mempunyai solusi tak hingga banyak. Selanjutnya, perhatikan SPL x1 + 2x2 = 2 4x1 + 8x2 = 6 . Jika kita mengalikan persamaan kedua dengan 1/4 maka kita peroleh persamaan x1 + 2x2 = 3/2. Jadi SPL semula ekuivalen dengan x1 + 2x2 = 2 x1 + 2x2 = 3/2 . Jelas bahwa tidak ada pasangan x1 dan x2 yang memenuhi persamaan ini. Oleh karena itu SPL ini tidak mempunyai solusi. Tiga kemungkinan di atas juga berlaku pada sebarang SPL dengan m buah persamaan dan n variabel. Sifat ini kita nyatakan dalam teorema berikut. Teorema. Jika kita mempunyai sebuah SPL maka persis hanya satu dari tiga kemungkinan berikut dipenuhi: a. SPL mempunyai solusi tunggal
- 6. 1.1. SISTEM PERSAMAAN LINEAR 3 b. SPL mempunyai solusi tak hingga banyak c. SPL tidak mempunyai solusi. Pada tiga contoh di atas kita tidak menemui kesulitan untuk menguji eksis- tensi solusi karena banyaknya persamaan dan variabel hanya dua. Jika persamaan atau variabelnya lebih banyak tentu masalahnya sedikit lebih sulit. Kita akan mem- pelajari metode praktis untuk menguji eksistensi solusi SPL secara umum. Sistem persamaan linear yang terdiri dari m buah persamaan linear dengan n buah variabel x1, ..., xn mempunyai bentuk umum a11x1 + · · · + a1nxn = b1 a21x1 + · · · + a2nxn = b2 ... ... am1x1 + · · · + amnxn = bm Sistem ini dapat kita nyatakan dalam bentuk persamaan matriks AX = B dimana A = a11 ... a1n ... ... ... am1 ... amn , x = x1 ... xn , b = b1 ... bm . Dalam hal ini, A disebut matriks koefisien, X adalah matriks variabel, dan B ma- triks konstan. Mulai sekarang kita akan mengidentifikasi SPL melalui persamaan matriks AX = B seperti di atas. Selain itu, kita juga akan mengenali sifat-sifat SPL melalui pengetahuan kita perihal matriks-matriks ini. Oleh karena itu, perhatikan kembali SPL berikut a11x1 + · · · + a1nxn = b1 a21x1 + · · · + a2nxn = b2 ... ... am1x1 + · · · + amnxn = bm . Jika kita menukar posisi dua buah persamaan atau mengalikan salah satu persamaan dari SPL di atas dengan sebarang bilangan tak nol maka hal itu tidak akan mem- pengaruhi solusi. Demikian pula jika kita menambahkan kelipatan suatu persamaan
- 7. 4 BAB 1. SISTEM PERSAMAAN LINEAR DAN MATRIKS kepada persamaan lain maka tidaklah mengubah solusi SPL semula. Semua sifat ini akan kita gunakan dalam menyederhanakan SPL sehingga solusinya mudah diper- oleh. Untuk kepraktisan kita akan bekerja dengan matriks lengkap dari SPL bersangku- tan, yaitu matriks hasil penggabungan matriks koefisien dan matriks konstanta. Kita akan menotasikan matriks lengkap ini dengan [A|B]. Sebagai contoh, per- hatikan SPL 2x1 + x2 + 3x3 = 1 −x1 + x2 = 2 3x1 − 2x2 + x3 = 0 . SPL ini mempunyai matriks lengkap 2 1 3 1 −1 1 0 2 3 −2 1 0 . Operasi Baris Elementer (OBE) Perhatikan matriks berukuran m × n berikut A = a11 ... a1n ... ... ... am1 ... amn . Kita menyebut masing-masing (ai1 ... ain) sebagai baris-baris dari matriks A. Pada matriks A kita dapat melakukan operasi-operasi berikut: a. mengalikan suatu baris dengan bilangan tak nol b. menambahkan kelipatan suatu baris pada baris lain c. menukarkan sebarang dua buah baris Ketiga operasi di atas disebut operasi baris elementer. Suatu matriks ˜A yang diper- oleh dari proses sejumlah hingga OBE pada matriks A, dikatakan ekuivalen (baris) dengan matriks A. Dalam hal ini kita akan menggunakan notasi A ∼ ˜A.
- 8. 1.1. SISTEM PERSAMAAN LINEAR 5 Contoh Pandang matriks A = 1 0 −1 2 1 −3 −3 2 0 . Jika kita mengalikan baris pertama dengan -2, kemudian kita tambahkan pada per- samaan kedua maka baris kedua berubah menjadi (0 1 − 1). Demikian pula jika kita mengalikan baris pertama dengan 3, kemudian ditambahkan pada baris ketiga diperoleh baris ketiga yang baru, yaitu (0 2 − 3). Jadi kita mendapatkan A = 1 0 −1 2 1 −3 −3 2 0 ∼ 1 0 −1 0 1 −1 0 2 −3 . Berkaitan dengan ekivalensi baris dua buah matriks kita mempunyai lema berikut. Lema. Perhatikan SPL yang dinyatakan dalam matriks lengkap [A|B]. Jika [A |B ] ekuivalen baris dengan [A|B] maka SPL AX = B ekuivalen dengan A X = B . Lema di atas mengatakan bahwa kedua SPL AX = B dan A X = B mempun- yai solusi yang sama, atau keduanya sama-sama tidak mempunyai solusi. Kita akan menggunakan lema ini untuk mencari solusi suatu SPL. Secara umum, langkah yang dilakukan adalah melakukan OBE pada matriks lengkap sehingga berubah menjadi matriks segitiga atas. Contoh. Tentukan solusi SPL x1 − 2x2 + x3 = 2 −x1 + x2 = 1 2x1 + x2 + x3 = 0 . Jawab: SPL di atas mempunyai matriks lengkap 1 −2 1 2 −1 1 0 1 2 1 1 0 .
- 9. 6 BAB 1. SISTEM PERSAMAAN LINEAR DAN MATRIKS Tambahkan baris pertama pada baris kedua. Kemudian kalikan baris pertama den- gan (-2) dan ditambahkan pada baris ketiga maka kita peroleh 1 −2 1 2 −1 1 0 1 2 1 1 0 ∼ 1 −2 1 2 0 −1 1 3 0 5 −1 −4 . Selanjutnya, kalikan baris kedua dengan 5, kemudian tambahkan pada baris ketiga. Baris ketiga sekarang berubah menjadi (0 0 4 11). Kemudian jika kita mengalikan baris kedua dengan (-1) maka menjadi (0 1 − 1 − 3). Oleh karena itu, sekarang kita mempunyai 1 −2 1 2 −1 1 0 1 2 1 1 0 ∼ 1 −2 1 2 0 −1 1 3 0 5 −1 −4 ∼ 1 −2 1 2 0 1 −1 −3 0 0 4 11 . Matriks terakhir ini bersesuaian dengan SPL x1 − 2x2 + x3 = 2 x2 − x3 = −3 4x3 = 11 . Dari persamaan ketiga kita peroleh x3 = 11/4. Dengan menyulihkan x3 = 11/4 pada persamaan kedua kita dapatkan x2 = −3 + x3 = −3 + 11/4 = −1/4. Terakhir, dengan menyulihkan keduanya pada persamaan pertama kita peroleh x1 = 2 + 2x2 − x3 = 2 + (−2)/4 − 11/4 = −5/4. Jadi SPL semula mempunyai solusi tunggal x = 1 4 −5 −1 11 . Contoh. Tentukan solusi dari x1 − x2 + 2x3 = 1 x1 + x2 − 2x3 = 2 3x1 − 3x2 + 6x3 = 2 .
- 10. 1.1. SISTEM PERSAMAAN LINEAR 7 Jawab: SPL di atas mempunyai matriks lengkap 1 −1 2 1 1 1 −2 2 3 −3 6 2 . Dengan melakukan OBE kita peroleh 1 −1 2 1 1 1 −2 2 3 −3 6 2 ∼ 1 −1 2 1 0 2 −4 1 0 0 0 −1 . Perhatikan bahwa matriks terakhir bersesuaian dengan SPL x1 − x2 + 2x3 = 1 2x2 − 4x3 = 1 0.x1 + 0.x2 + 0.x3 = −1 . Perhatikan bahwa tidaklah mungkin ada x1, x2, x3 yang memenuhi persamaan ketiga. Oleh karena itu kita menyimpulkan bahwa SPL semula tidak mempunyai solusi. Matriks Eselon Baris Berdasarkan contoh-contoh di atas kita mengetahui bahwa jika matriks lengkap SPL itu berbentuk segitiga atas maka proses mendapatkan solusi menjadi lebih mudah. Demi kepentingan pada pembahasan berikutnya kita akan mendefinisikan satu pola matriks yang disebut matriks eselon baris. Suatu matriks A dikatakan berbentuk eselon baris jika memenuhi tiga sifat berikut: a. Jika memuat baris tak nol maka entri tak nol paling kiri adalah 1, selanjutnya kita sebut sebagai 1 utama b. Untuk sebarang dua baris tak nol yang berurutan, 1 utama baris lebih bawah terletak lebih kanan c. Jika memuat baris-baris nol maka semuanya terletak di bagian bawah matriks
- 11. 8 BAB 1. SISTEM PERSAMAAN LINEAR DAN MATRIKS Selanjutnya, jika A adalah matriks eselon baris dan setiap kolom yang mempunyai 1 utama mempunyai entri 0 di tempat lain maka A disebut eselon baris tereduksi. Contoh. Perhatikan tiga matriks berikut A = 1 1 0 3 0 1 1 1 0 0 1 1 B = 1 −1 1 2 0 1 1 1 0 0 0 2 C = 0 1 0 −1 0 0 1 1 0 0 0 0 . Matriks A eselon baris, matriks C eselon baris tereduksi, sementara matriks B bukan eselon baris. Definisi. Misalkan kita mempunyai SPL AX = B dengan matriks lengkap bentuk eselon baris [A |B ]. Variabel yang bersesuaian dengan kolom yang mempunyai 1 utama disebut variabel utama. Yang lainnya kita sebut variabel non utama. Contoh. Perhatikan SPL x1 + x2 − 3x3 + x4 = 1 −2x1 − x2 − x3 − x4 + x5 = 0 x1 + x2 + x3 − x4 − 2x5 = 2 . SPL ini mempunyai matriks lengkap 1 1 −3 1 0 1 −2 −1 −1 −1 1 0 1 1 1 −1 −2 2 . Dengan melakukan OBE kita peroleh 1 1 −3 1 0 1 −2 −1 −1 −1 1 0 1 1 1 −1 −2 2 ∼ 1 1 −3 1 0 1 0 1 −7 1 1 2 0 0 4 −2 −2 1 ∼ 1 1 −3 1 0 1 0 1 −7 1 1 2 0 0 1 −1/2 −1/2 1/4 .
- 12. 1.2. SISTEM PERSAMAAN LINEAR HOMOGEN 9 Jelas bahwa hanya tiga kolom pertama yang mempunyai 1 utama sehingga x1, x2, x3 merupakan variabel-variabel utama. Adapun x4 dan x5 adalah variabel-variabel non utama. Setelah kita mengenal matriks eselon baris, sekarang kita dapat menetapkan salah satu prosedur mendapatkan solusi SPL, yaitu melalui tahap-tahap berikut: 1. Mengenali matriks lengkap [A|B] 2. Mengubah [A|B] ke bentuk eselon baris [A |B ] 3. Jika setiap kolom matriks A mempunyai 1 utama maka solusi bersi- fat tunggal 4. Variabel non utama dari matriks A memunculkan parameter Contoh. Tentukan solusi dari x1 + x2 − x3 + x4 = 1 −2x1 − 2x2 + 3x3 − x4 + x5 = 0 . Solusi: Kita lakukan OBE pada matriks lengkap untuk memperoleh bentuk eselon baris 1 1 −1 1 0 1 −2 −2 3 −1 1 0 ∼ 1 1 −1 1 0 1 0 0 1 1 1 2 . Misalkan x2 = r, x4 = s, x5 = t. Kita peroleh x3 = 2−s−t dan x1 = 3−r −2s−t. Dengan demikian solusi SPL ini dapat kita tuliskan x1 = 3−r−2s−t, x2 = r, x3 = 2 − s − t, x4 = s, x5 = t. Kriteria rank untuk eksistensi solusi 1.2 Sistem Persamaan Linear Homogen 1.3 Operasi Pada Matriks
- 13. 10 BAB 1. SISTEM PERSAMAAN LINEAR DAN MATRIKS
- 14. BAB 2 Ruang Vektor Suatu ruang vektor X atas K adalah suatu himpunan X yang dilengkapi dengan operasi penjumlahan u + v, u, v ∈ X dan perkalian dengan skalar αu, α ∈ K, u ∈ X sehingga semua aksioma berikut terpenuhi: V1. u + v = v + u V2. (u + v) + w = u + (v + w) V3. terdapat 0 ∈ X sehingga 0 + u = u. V4. Untuk setiap x ∈ X terdapat −x ∈ X sehingga x + (−x) = 0. V5. (α + β)x = αx + βx V6. α(u + v) = αu + αv V7. (αβ)x = α(βx) V8. 1x = x Contoh 2.0.1 Misalkan X = Rn dimana n = 1, 2, 3, ...; yaitu himpunan 11
- 15. 12 BAB 2. RUANG VEKTOR X = {x = (x1, ..., xn) : xi ∈ R} Definisikan (x1, ..., xn) + (y1, ..., yn) = (x1 + y1, ..., xn + yn) α(x1, ..., xn) = (αx1, ..., αxn) Contoh 2.0.2 Perhatikan himpunan polinom dengan derajat paling tinggi 2, P2 = {a0 + a1x + a2x2 | a0, a1, a2 ∈ R}. Definisikan (a0 + a1x + a2x2 ) + (b0 + b1x + b2x2 ) = (a0 + b0) + (a1 + b1)x + (a2 + b2)x2 α(a0 + a1x + a2x2 ) = (αa0) + (αa1)x + (αa2)x2 Contoh 2.0.3 Misalkan X = Mm×n(R); yaitu himpunan X yang memuat semua matriks berukuran m × n. Definisikan a11 ... a1n ... ... ... am1 ... amn + b11 ... b1n ... ... ... bm1 ... bmn = a11 + b11 ... a1n + b1n ... ... ... am1 + bm1 ... amn + bmn α a11 ... a1n ... ... ... am1 ... amn = αa11 ... αa1n ... ... ... αam1 ... αamn 2.1 Subruang Let X be a vector space over R, and Y ⊆ X, (Y = ∅). Y is a subspace of X if Y is itself a vector space over R with respect to the operations of vector addition and scalar multiplication X. Contoh 2.1.1 Let X = R2 . Consider the following subsets of X:
- 16. 2.1. SUBRUANG 13 1. Y1 = {(x, 0) | x ∈ R} 2. Y2 = {(x, 2x) | x ∈ R} Teorema 2.1.1 Let X be a vector space over R, Y ⊆ X, (Y = ∅). Y is a subspace of X if Y satisfies two following conditions: 1. x + y ∈ Y, ∀x, y ∈ Y 2. αx ∈ Y, ∀α ∈ R, x ∈ Y Let X be a vector space over R, and S = {x1, ..., xn} are set of vectors in X. x is called linear combination of S = {x1, ..., xn} if there exists scalars α1, ..., αn such that x = α1x1 + ... + αnxn (4,5) is linear combination of (2,1) and (3,3), because we can write −1(2, 1) + 2(3, 3) = (4, 5) Definisi 2.1.1 Let X be a vector space over R, and S ⊆ X. X is spanned by S if every vector y in X is linear combination of S. Consider S = {(1, 1), (1, 2)} ⊂ X = R2 . If we take (a, b) ∈ X arbitrarily, we can find scalars α, β such that α(1, 1) + β(1, 2) = (a, b). Consider the set S = {(1, 0, 0), (0, 1, 0), (0, 0, 1)} ⊂ X = R3 . For every (a, b, c) ∈ X, we can write (a, b, c) = a(1, 0, 0) + b(0, 1, 0) + c(0, 0, 1). So we conclude that S spans X. Definisi 2.1.2 Let S = {x1, ..., xn} are set of vectors in X. S is linearly indepen- dent if 0 = α1x1 + ... + αnxn has unique solution.
- 17. 14 BAB 2. RUANG VEKTOR 2.2 Basis Definisi 2.2.1 Let S = {x1, ..., xn} are set of vectors in X. S is called basis of X if S linearly independent and Spans X. The number n of all vectors in the basis is called dimension of X. (dim(X)=n). 2.3 Ruang Baris dan Ruang Kolom
- 19. 16 BAB 3. DETERMINAN
- 20. BAB 4 Ruang Hasil Kali Dalam 4.1 Hasil Kali Dalam Definisi 4.1.1 Let X be a vector space over R. An inner product ., . is a function on X × X which satisfies: 1 x, x ≥ 0; and x, x = 0 ⇔ x = 0 2 x, y = y, x 3 αx, y = α x, y 4 x, y + z = x, y + x, z The pair ( ., . , X) is called inner product space. Let ( ., . , X) be an inner product space, and x ∈ X. Norm (length) of x is the number x = x, x 1 2 Let x, y are nonzero vectors in X. The angle between x and y is θ for which cos θ = x, y x . y Teorema 4.1.1 Untuk sebarang x, y ∈ X | x, y | ≤ x y 17
- 21. 18 BAB 4. RUANG HASIL KALI DALAM 4.2 Basis Ortonormal Let S = {x1, ..., xn} are set of vectors in X. S is an orthogonal set if xi = xj when i = j. Let S = {x1, ..., xn} are set of vectors in X. S is an orthonormal set if S is orthogonal and xi = 1, ∀i Suppose S = {x1, ..., xr} is orthonormal basis for subspace W of X, and x ∈ X. The projection of x along W is ProjW x = x, x1 x1 + ... + x, xr xr Definisi 4.2.1 Teorema 4.2.1
- 22. BAB 5 Transformasi Linear Definisi 5.0.2 Let V, W are vector spaces over R. The transformation f : V → W is said to be linear if for all x, y ∈ V, α ∈ R, the following axioms hold: 1. f(x + y) = f(x) + f(y) 2. f(αx) = αf(x) 5.1 Kernel dan Peta Let f : V → W be a linear transformation. We define Kernel and Range of f as sets Ker(f) = {v ∈ V |f(v) = 0} and R(f) = {w ∈ W |w = f(u), u ∈ V } Teorema 5.1.1 Let f : V → W be a linear 1. Ker(f) is a subspace of V . 2. R(f) is a subspace of W 19
- 23. 20 BAB 5. TRANSFORMASI LINEAR 5.2 Matriks Transformasi Let V, W be finite dimensional vector spaces with basis B = {v1, ..., vn} for V , and B = {w1, ..., wn} for W. If f : V → W is linear, representation matrix of f is defined by [f]BB = [f(v1)]B ... [f(vn)]B
- 24. BAB 6 Nilai Eigen dan Diagonalisasi 6.1 Nilai dan Vektor Eigen Definisi 6.1.1 Let M be a n × n matrix over R. λ ∈ R is called an eigenvalue of M if there exists a nonzero vector x ∈ Rn for which Mx = λx Every vector satisfying this relation is then called an eigenvector of M belonging to the eigenvalue λ. Let λ be an eigenvalue of M, and x is the correspondence eigenvector. Con- sider the relation Mx = λx. This equation is equivalent to (λI − M)x = 0. Then x is a solution of the system (λI − M)x = 0. Therefore, we have |(λI − M)| = 0. Teorema 6.1.1 The following are equivalent: 1. λ is an eigenvalue of M 21
- 25. 22 BAB 6. NILAI EIGEN DAN DIAGONALISASI 2. x is a solution of the system (λI − M)x = 0. 3. |(λI − M)| = 0 6.2 Diagonalisasi Definisi 6.2.1 A n × n matrix M is said to be diagonalizable if there exists a non- singular matrix P for which D = P−1 MP where D is a diagonal matrix. Teorema 6.2.1 Let M be a n × n matrix over R. If M has linearly independent set of n eigenvectors then M is diagonalizable. Moreover, Teorema 6.2.2 Let M be a n × n matrix over R. If M has n distinct eigenvalues then M is diagonalizable.
- 26. DAFTAR PUSTAKA [1] Anton, Howard (1985), Aljabar Linear Elementer, Erlangga. [2] Jacob, Bill. (1978), Linear Algebra, W.H. FREEMAN & COMPANY. [3] Arifin, Achmad (2000), Aljabar Linier, Penerbit ITB. [4] Friedberg, Stephen H., Insel Arnold J., Spence, Lawrence E. . (1997), Linear Algebra, Prentice Hall. 23