SlideShare a Scribd company logo
2
Most read
3
Most read
4
Most read
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dalam kehidupan sehari-hari, banyak permasalahan dari fenomena riil yang
dapat dijelaskan melalui pembentukan model matematika. Pada umumnya perumusan
model matematika ini berupa fungsi. Dalam banyak kasus, tidak semua model
matematika tersebut dapat diselesaikan secara mudah dengan menggunakan metode
analitik, sehingga digunakan analisis numeric untuk mencari penyelesaiannya.
Analisis numerik adalah teknik yang digunakan untuk memformulasikan
persoalanmatematik sehingga dapat dipecahkan dengan operasi perhitungan atau
aritmetik biasa (tambah, kurang,kali, dan bagi). Pada umumnya analisis numerik tidak
mengutamakan diperolehnya jawab yang eksak (tepat), tetapi mengusahakan perumusan
metode yang menghasilkan jawab pendekatan yang berbeda dari jawab yang eksak
sebesar suatu nilai yang merupakan galat dari metode yang digunakan. Namun
demikian, hasil perhitungan dengan analisis numerik cukup dapat memberikan solusi
pada persoalan yang dihadapi.
Salah satu penerapan dari analisis numerik ini yaitu dalam masalah nilai eigen
dan vektor eigen.Analisis numerik memberikan suatu cara alternatif yang digunakan
untuk menemukan nilai eigen danvektor eigen dari suatu matriks. Cara yang digunakan
dalam analisis numerik ini termasuk unik karenadalam penyelesaiannya hanya
diperlukan operasi-operasi aljabar biasa. Hanya saja, dalam penghitungannya tidak
cukup dilakukan sekali tetapi harus dilakukan berulang-ulang sampai ditemukan nilai
yang konvergen ke satu nilai yang merupakan nilai penyelesaiannya.
Salah satu metode dalam analisis numerik yang bisa digunakan untuk mencari
nilai eigen dan vektoreigen yaitu metode pangkat. Dengan metode pangkat ini, nilai
eigen yang berupa bilangan real danvektor eigennya dapat ditemukan secara bersamaan
menggunakan proses yang sama pula sehingga jika nilai eigen dari suatu matriks
ditemukan, maka secara otomatis vektor eigen dari matriks yang bersangkutan akan
diperoleh. Dalam mencari nilai eigen dan vektor eigen menggunakan metode pangkat,
2
akan memerlukan prosesiterasi yang sangat panjang untuk menemukan hasil yang
mendekati nilai yang sebenarnya. Semakin banyak iterasi yang dilakukan, maka
semakin baik hasil yang diperoleh.
1.2 Rumusan Masalah
1. Definisi nilai eigen dan vector eigen ?
2. Penyelesaian soal-soal nilai dan vector eigen ?
3. Penyelesaian masalah diagonalisasi ?
4. Penyelesaian masalah dioagonalisasi orthogonal ?
1.3 Tujuan
1. Bagaimana menjawab dan mengerjakan soal soal nilai dan vector eigen
2. Mengerti teorema teorema yang membentuk nilai dan vector eigen
3. Menyelesaikan permasalahan mendiagonalisasikan suatu matriks
4. Menyelesaikan permasalahan mendiagonalisasikan orthogonal suatu matriks
3
BAB II
PEMBAHASAN
2.1 Nilai Eigen Dan Vector Eigen
Mari perhatikan sebuah matriks A yang berukuran 𝑛 × 𝑛 dan sebuah vektor x
pada Rn dan biasanya secara umum tidak ada hubungan antara vektor x dengan
vektor Ax (Gambar 11. 1a). Namun, ada beberapa vektor x tak nol sehingga x dan
Ax merupakan penggandaan satu sama lainnya (Gambar 11. 1b).
x Ax
Ax
x
(a) (b)
Gambar 11. 1
Sekarang kita akan meninjau ulang beberapa konsep yang telah kita diskusikan
dalam pembelajran yang lalu untuk dikembangkan lebih lanjut.
Definisi: Misalkan A adalah matriks 𝑛 × 𝑛, maka vektor x yang tidak nol di Rn
disebut vektor eigen (eigen vector) dari A jika Ax adalah kelipatan skalar dari
x, yaitu 𝐴𝑥 = 𝜆𝑥 untuk suatu skalar λ. Skalar λ dinamakan nilai eigen (eigen
value) dari A.
Jika A adalah matriks nxn, maka :
• Vektor-vektor tidak nol pada Rn disebut vektor eigen
• dari A jika Ax adalah suatu penggandaan skalar dari x yaitu 𝐴𝑥 = 𝜆𝑥:, Untuk
semua skalar 𝜆
4
• Skalar 𝜆 disebut eigenvalue A,
• x disebut juga eigenvector A bersepadanan dengan 𝝀
Contoh :
1. jika diketahui vector 𝑥 = [
1
2
] adalah suatu vector eigen 𝐴 = [
3 0
8 −1
] maka
tentukan nilai eigen dari vector tersebut ?
Jawab :
Ingat ! 𝐴𝑥 = 𝜆𝑥
Maka [
3 0
8 −1
] [
1
2
] = 𝜆𝑥 jadi hasil kalinya adalaah, [
3
6
] 𝑥, lalu kita mendapatkan 3𝑥 =
3 [
1
2
], maka, besar nilai eigennya adalah 3.
Apakah setiap matriks A yang berukuran 𝑛 × 𝑛 selalu mempunyai vektor eigen
dan nilai eigen? Berapa banyak vektor eigen dan nilai eigen yang dimiliki oleh
sebuah matriks A yang berukuran 𝑛 × 𝑛? Untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan
ini sekaligus memberikan penjelasan lebih lanjut dari contoh di atas, sehingga kita
dapat dengan cepat dan tepat memberikan jawabannya, perhatikanlah uraian berikut
dengan baik.
B. Persamaan Karakteristik
Untuk mencari nilai eigen dari matriks A yang berukuran n n, maka kita perlu
memperhatikan kembali definisi vektor eigen dan nilai eigen, yaitu Ax = λx. Bentuk ini
dapat kita tulis sebagai berikut :
5
Ax =
( I-A)x = 0 …………………………………. (1)
(A- I )x = 0 …………………………………. (2)
Supaya λ menjadi nilai eigen, maka harus ada penyelesaian yang tidak nol dari
persamaan (1) ini. Menurut teorema dalam bahasan sebelumnya, maka persamaan (1)
akan mempunyai penyelesaian tak nol (mempunyai penyelesaian non trivial) jika dan
hanya jika:
det( 𝜆𝐼 − 𝐴) 𝑥 = 0
Definisi Persamaan det( 𝜆𝐼 − 𝐴) 𝑥 = 0 dengan λ sebagai variabel disebut
persamaan karakteristik dari matriks A. Akar-akar atau skalar-skalar yang
memenuhi persamaan ini adalah nilai-nilai eigen (nilai-nilai karakteristik)
dari matriks A. det( 𝜆𝐼 − 𝐴) 𝑥 ≡ 𝑓(𝜆) yaitu berupa polinom dalam λ yang
dinamakan polinom karakteristik.
Dari pemahaman definisi di atas, jelas bahwa jika A adalah matriks 𝑛 × 𝑛 maka
persamaan karakteristik dari matriks A mempunyai derajat n dengan bentuk :
det (λ I – A) = f(λ) = a0 + a1x1 + a2x2 + … + an - 1xn - 1 + anxn = 0
Menurut teorema dasar aljabar kita dapatkan bahwa persamaan karakteristik
tersebut mempunyai paling banyak n penyelesaian yang berbeda (Ingat metode
Horner dan persamaan pangkat tinggi). Jadi, suatu matriks yang berukuran 𝑛 × 𝑛
paling banyak mempunyai n-nilai eigen yang berbeda.
Contoh :
 Carilah nilai-nilai eigen dari matriks = [
3 2
−1 0
] ?
Jawab :
 Ingat ! det( 𝜆𝐼 − 𝐴) 𝑥 = 0
det( 𝜆𝐼 − 𝐴) 𝑥 = det 𝜆 [
1 0
0 1
] − [
3 2
−1 0
] = 0
6
det [
𝜆 − 3 −2
1 𝜆
]= 𝜆2
− 3𝜆 + 2
Sekarang kita perhatikan teorema berikut yang merupakan ikhtisar dari hasil-
hasil yang telah diperoleh melalui diskusi materi pembelajaran di atas :
Teorema : Jika A adalah suatu matriks 𝑛 × 𝑛 dan λ adalah suatu bilangan
real, maka pernyataan-pernyataan berikut ini adalah ekuivalen
 λ adalah nilai-nilai eigen dari matriks A.
 Sistem persamaan (λ I – A)x = 0 mempunyai penyelesaian tak trivial
(non trivial).
 Ada vektor x yang tidak nol dalam Rn sedemikian sehingga Ax = λx.
 λ adalah suatu penyelesaian real dari persamaan karakteristik det (λ I – A) = 0
Setelah kita memahami bagaimana mencari nilai-nilai eigen hubungannya
dengan persamaan karakteristik, maka sekarang akan beralih ke masalah untuk
mencari vektor eigen. Menurut definisi terdahulu bahwa vektor eigen dari matriks A
yang bersesuaian dengan nilai eigen λ adalah vektor x yang tidak nol dan haruslah
memenuhi Ax = λ x. Dengan kata lain, secara ekuivalen tentunya vektor eigen yang
bersesuaian dengan nilai eigen λ adalah vektor yang tak nol dalam ruang
penyelesaian (λI – A) x = 0. Ruang penyelesaian ini kita namakan sebagau ruang
eigen (eigen space) dari matriks A yang bersesuaian dengan nilai eigen λ. Apakah
ruang eigen ini membentuk basis?.
Definisi Ruang penyelesaian dari sistem persamaan linear (λ I – A) x = 0 atau
(A - λI) x = 0 dinamakan ruang eigendari matriks A yang berukuran 𝑛 × 𝑛
Sekarang kita perhatikan beberapa contoh, bahwa vektor-vektor eigen suatu
matriks akan membentuk suatu basis untuk ruang eigen yang bersesuaian dengan nilai
eigen dari matriks tersebut.
7
Contoh :
Diketahui 𝐴 = [
0 0 −2
1 2 1
1 0 3
] carilah basis-basis ruang untuk eigen ?
Jawab :
Telah diselesaikan dalam Contoh di atas, bahwa dari persamaan karakteristik
det( 𝜆𝐼 − 𝐴) 𝑥 = 𝜆3
− 5𝜆2
+ 8𝜆 − 4
didapat dua buah nilai eigen matriks A, yaitu :
𝜆 = 1 𝑑𝑎𝑛 𝜆 = 2
Sebagai konsekwensinya akan kita dapatkan tiga buah ruang eigen dari matriks A.
Menurut definisi,𝑥 = [
𝑥1
𝑥2
𝑥3
]
adalah vektor eigen dari matriks A yang bersesuaian dengan λ jika dan hanya jika x
adalah suatu penyelesaian non trivial dari sistem persamaan linear homogeny. Maka
kita gunakan ( 𝜆𝐼 − 𝐴) 𝑥 = 0
maka, [
𝜆 0 2
−1 𝜆 − 2 −1
−1 0 𝜆 − 3
] [
𝑥1
𝑥2
𝑥3
] = [
0
0
0
]
lalu menentukan solusi dan basis untuk 𝜆 = 2
[
2 0 2
−1 0 −1
−1 − −1
] [
𝑥1
𝑥2
𝑥3
] = [
0
0
0
] maka di dapat X1= S X2= t X3= -S
[
−1
0
1
] 𝑑𝑎𝑛 [
0
1
0
] adalah vector yang membentuk suatu basis untuk ruang eigen yang
berpadanan dengan 𝜆 = 2
Dengan cara yang sama padankan dengan 𝜆 = 1 maka akan mendapatkan vector
[
−2
1
1
] yang sepadan dengan 𝜆 = 1
8
2.2 Diagonalisasi
Pada bahasan pembelajaran berikut kita akan mendiskusikan masalah mencari
suatu baris untuk Rn yang terdiri dari vektor-vektor eigen dari suatu matriks A yang
diketahui berukuran n n. Basis-basis ini dapat dipakai untuk menelaah sifat-sifat
geometris dari matriks A dan sekaligus dipakai untuk menyederhanakan berbagai
perhitungan numerik yang melibatkan matriks A. Basis-basis sangat penting dalam
berbagai penerapan aljabar linear, dan beberapa diantaranya akan kita diskusikan
dalam bahasan pembelajaran modul berikutnya.
Seperti telah kita ketahui dalam bahasan modl-modul sebelumnya tentang
matriks, bahwa salah satu teoremanya adalah pengkombinasian banyak persamaan
menjadi satu. Cara penulisan sistem persamaan linear yang terdiri dari m persamaan
dengan n variabel menjadi sebuah persamaan matriks telah kita pelajari dalam Modul
2 (Sistem Persamaan Linear). Sedangkan cara menyelesaikan sistem persamaan
linear 𝐴𝑥 = 𝑏 dengan A matriks berukuran 𝑛 × 𝑛 yang invertibel dapat dilakukan
dengan bantuan matriks A-1, sehingga terjadi pengkombinasian A-1AX = A-1b atau
X = A-1b.
Berdasarkan ide yang sama seperti di atas, maka dalam bagian ini kita akan
mengkombinasikan persamaan nilai eigen untuk beberapa vektor eigen yang
berlainan ke dalam persamaan matriks yang tunggal. Untuk lebih jelasnya kita
perhatikan penjelasan berikut ini.
Pandang matriks A berukuran n n dengan vektor-vektor eigen (yang bebas
linear) u1, u2, ... , uk yang bersesuaian dengan nilai-nilai eigen λ1, λ2, ... , λk. Sebagai
akibatnya maka :
Au1 = λ1u1, Au2 = λ2u2, ... , Auk = λkuk atau
Aur = λrur dengan r = 1, 2, ..., k.....................................(1)
Vektor-vektor ui dapat dikelompokkan menjadi bentuk matriks 𝑛 𝑥 𝑘, yang ditulis
sebagai matriks partisi P = (u1,u2,... uk)
9
Dengan ui adalah kolom ke-i dari P. Selanjutnya persamaan (1) dapat ditulis
menjadi bentuk:
AP = (Au1, Au2, ..., Auk)
= (u1,u2,..., uk) D
dengan D adalah matriks diagonal k k dengan unsur-unsurnya λ1, λ2, ... , λk. Jadi
kita dapatkan
AP = PD atau PD = AP ................................................ (2)
Bentuk ini merupakan bentuk yang ringkas dari persamaan nilai eigen
untuk k vector eigen. Sekarang misalkan matriks A yang berukuran n n
mempunyai n vector eigen, sehingga k = n.
Akibatnya matriks P menjadi berukuran 𝑛 × 𝑛, dengan kolom-kolomnya
vektor-vektor eigen (yang bebas linear), dan P tentunya invertibel. Selanjutnya
dengan mengalikan persamaan (2) oleh P-1 dari sebelah kiri kita dapatkan:
D = P-1A P ....................................................................... (3)
Dengan demikian jika suatu matriks A yang berukuran 𝑛 × 𝑛 mempunyai
n vector eigen yang bebas linear, maka terdapat matriks P yang inverstibel dan
matriks diagonal D sehingga D dapat difaktorkan dalam bentuk persamaan (3).
Keadaan ini dinamakan A dapat didiagonalkan (diagonalizable).
Definisi Suatu matriks persegi (matriks bujursangkar) A dinamakan dapat
didiaginalkan (dapat didiagonalisasi) jika ada suatu matriks P yang invertibel
sedemikian rupa sehingga P-1 A P adalah suatu matriks diagonal, matriks P
dikatakan mendiagonalkan A (mendiagonalisasi) matriks A.
Dari penjelasan dan definisi di atas, jelaskah bahwa masalah diagonalisasi dari
suatu vektor A yang berukuran n n adalah ekuivalen dengan pertanyaan: ”Apakah
ada matriks P yang invertibel sehingga P-1 AP adalah matriks diagonal D?”. Prosedur
berikut menunjukkan bahwa masalah vektor-vektor eigen dan diaginalisasi adalah
setara. Dengan kata lain prosedur berikut adalah tahapan untuk mendiagonalkan
matriks yang berukuran 𝑛 × 𝑛
Tahap 1 : Carilah n vektor eigen yang bebas linear dari matriks A yang
berukuran 𝑛 × 𝑛 Misalnya p1, p2, ... , pn
10
Tahap 2. Bentuklah matriks P yang mempunyai p1, p2, ... , pn sebagai vektor-
vektor kolomnya.
Tahap 3. Matriks D = P-1 A P adalah matriks diagonal dengan λ1, λ2, ... , λn
sebagai unsur-unsur diagonal yang berurutannya dan λi adalah nilai-
nilai eigen yang bersesuaian dengan pi untuk I = 1, 2, 3, …, n.
Contoh :
Kita mengambil contoh dari pencarian basis nilai eigen
[
−1
0
1
] 𝑑𝑎𝑛 [
0
1
0
] adalah vector yang membentuk suatu basis untuk ruang eigen yang
berpadanan dengan 𝜆 = 2
Dengan cara yang sama padankan dengan 𝜆 = 1 maka akan mendapatkan vector
[
−2
1
1
] yang sepadan dengan 𝜆 = 1
Lalu, masukkan dalam bentuk matriks 𝑃 = [
−1 0 −2
0 1 1
1 0 1
],
Lalu masukan dalam persamaan 𝑃−1
𝐴𝑃 = [
2 0 0
0 2 0
0 0 1
] = 𝐷
2.3 Diagonalisasi Ortogonal
Sekarang kita akan mendiskusikan bagaimana mencari suatu basis ortonormal
dengan hasil kali dalam Euclid yang terdiri dari vektor-vektor eigen dari suatu
matriks A yang berukuran 𝑛 × 𝑛. Sedangkan untuk menunjang pembahasan materi
ini adalah pemahaman tentang matriks-matriks simetris dan pengertian ortogonal
yang telah kita pelajari dari modul sebelumnya.
Untuk lebih jelasnya kita perhatikan dua masalah berikut yang ekuivalen. 1.
Masalah vektor eigen ortonormal Jika diketahui suatu matriks A yang berukuran 𝑛 ×
11
𝑛, apakah ada suatu basis ortonormal untuk Rn dengan hasil kali dalam (Euclid) yang
terdiri dari vektor-vektor eigen dari matriks A?
Masalah diagonalisasi orthogonal adalah Jika diketahui suatu matriks A yang
berukuran 𝑛 × 𝑛 , apakah ada suatu matriks diagonal P sedemikian sehingga matriks D
= P-1 A P = Pt A P adalah matriks diagonal? Sebagai akibat dari permasalahan ini
mendorong kita untuk membuat definisi berikut.
Definisi. Matriks A yang berukuran 𝑛 × 𝑛 dinamakan dapat didiagonalisasi secara
ortogonal jika terdapat matriks P yang ortogonal, dan matriks P dikatakan
mendiagonalisasi A secara ortogonal.
Dari definisi dan dua permasalahan di atas ada dua pelajaran yang perlu mendapat
perhatian kita, yaitu
1. Matriks manakah yang dapat didiagonalisasi secara ortogonal?
2. Bagaimana kita mencari suatu matriks ortogonal untuk melakukan
diagonalisasi Sehubungan dengan pertanyaan-pertanyaan di atas, maka
tentunya tidak ada
harapan lagi bagi kita untuk mendiagonalisasi suatu matriks A, kecuali jika matriks
A adalah matriks simetris. (yaitu A = At). Untuk melihat mengapa hal tersebut
demikian adanya, misalkan
Pt A P = D ....................................................................... (1)
Dengan P adalah matriks ortogonal dan D adalah matriks diagonal. Karena P
ortogonal, maka
Pt P = Pt P = I
sehingga persamaan (1) bisa kita tulis dalam bentuk:
A = P D Pt ...................................................................... (2)
Karena D matriks diagonal, maka D = Dt, sehingga dengan mentranspos kedua ruas
dari persamaan (2) didapatkan
12
At = (P D Pt)t = (Pt)t Dt Pt = P D Pt = A
sehingga A pastilah merupakan matriks simetris. Sekarang kita perhatikan
teorema berikut merupakan alat utama untuk menentukan apakah sebuah matriks
dapat didiagonalisasi secara ortogonal. Teorema berikut juga menunjukkan bahwa
setiap matriks simetris, pada kenyataannya dapat didiagonalisasi secara ortogonal.
Perlu pula diketahui bahwa pada teorema ini dan teorema berikutnya dari bahasan
ini, pengertian ortogonal akan berarti ortogonal berkenaan dengan hasil kali dalam
Euclid. (Euclidean inner product).
Teorema Jika A adalah suatu matriks 𝑛 × 𝑛, maka pernyataan berikut adalah
ekuivalen.
 A dapat didiagonalisasi secara ortogonal.
 A merupakan suatu himpunan n vector eigen yang ortonormal
 A adalah matriks simetrik.
Teorema Jika A adalah suatu matriks simetris, maka vektor-vektor eigen dari ruang
eigen yang berbeda akan ortogonal.
Prosedur mendiagonalkan secara ortogonal suatu matriks simetris:
• Step 1. Cari basis untuk setiap ruang eigen dari A.
• Step 2. Terapkan proses Gramm Schmidt pada setiap basis-basis ini untuk
mendapatkan suatu basis ortonormal untuk setiap ruang eigen.
• Step 3. Bentuk matriks P yang kolom-kolomnya adalah vektor-vektor basis
yang disusun pada step-2, matriks ini mendiagonalkan A secara orthogonal.
13
Contoh :
Carilah matriks orthogonal P yang mendiagonalkan 𝐴 = [
4 2 2
2 4 2
2 2 4
]
Jawab :
Carilah persamaan nilai karakteristiknya sehingga mendapatkan nilai eigennya
det( 𝜆𝐼 − 𝐴) 𝑥 = det [
𝜆 − 4 −2 −2
−2 𝜆 − 4 −2
−2 −2 𝜆 − 4
] = ( 𝜆 − 2)2
(𝜆 − 8)
Maka didapatkan nilai 𝜆 = 2 𝑑𝑎𝑛 𝜆 = 8
Lalu carilah basis ruangan pada matriks A, maka akan mendapatkan:
Basis ruang yang bersepadanan dengan 𝜆 = 2 adalah :
𝑢1= [
−1
1
0
] 𝑑𝑎𝑛 𝑢2= [
−1
0
1
]
Lalu, terapkan proses Gram Schmidt pada {u1 dan u2} agar dapar menghasilakn
vector eigen yang orthogonal berikut :
𝑣1 =
[
−1
√2
1
√2
0 ]
𝑑𝑎𝑛 𝑣2 =
[
−1
√6
−1
√6
2
√6]
Sedangkan basis ruang yang bersepadanan dengan 𝜆 = 8 adalah 𝑢3 = [
1
1
1
]
Lalu, terapkan proses Gram Schmidt pada u3, didapat : 𝑣3 =
[
1
√3
1
√3
1
√3]
14
Sehingga = [ 𝑣1, 𝑣2, 𝑣3] =
[
−1
√2
−1
√6
1
√3
1
√2
−1
√6
1
√3
0
2
√6
1
√3]
, maka dapat dibuktikan bahwasanya
P mendiagonalkan A secara orthogonal.
15
BAB III
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
Jika A matriks 𝑛 × 𝑛, maka vektor x yang tidak nol di Rn disebut vektor
eigen (eigen vector) dari A jika Ax adalah kelipatan skalar dari x, yaitu Ax = λ x
untuk suatu skalar λ. Skalar λ dinamakan nilai eigen (eigen value) dari A.
Persamaan det (λ I – A) = 0 dengan λ sebagai variabel disebut persamaan
karakteristik dari matriks A. Akar-akar atau skalar-skalar yang memenuhi persamaan
ini adalah nilai-nilai eigen (nilai-nilai karakteristik) dari matriks A. Det(λ I – A) ≡ f(λ)
yaitu berupa polinom dalam λ yang dinamakan polinom karakteristik
Suatu matriks persegi (matriks bujursangkar) A dinamakan dapat didiaginalkan
(dapat didiagonalisasi) jika ada suatu matriks P yang invertibel sedemikian rupa
sehingga P-1 A P adalah suatu matriks diagonal, matriks P dikatakan mendiagonalkan A
(mendiagonalisasi) matriks A.
Untuk memeriksa bahwa P adalah matriks yang mendiagonalisasi matriks A
dapat dilakukan dengan menentukan matriks diagonal D = P-1AP dengan unsur-unsur
diagonal utamanya adalah nilai-nilai eigen dari matriks A yang urutannya adalah nilai-
nilai eigen dari matriks A yang urutannya sesuai urutan vektor-vektor kolom matriks P.
Matriks A yang berukuran 𝑛 × 𝑛 dikatakan dapat didiagonalisasi secara
ortogonal jika terdapat matriks P yang ortogonal, dan matriks Pdikatakan
mendiagonalisasi A secara orthogonal, Jika A adalah suatu matriks simetris, maka
vektor-vektor eigen dari ruang eigen yang berbeda akan orthogonal.
16
DAFTAR PUSTAKA
Anton Howard, (1987), Elementary Linear Algebra, 5th Edition New York:
John Wiley & Sons.
Larry Smith. (1998). Linear Algebra. Gottingen: Springer.
Raisinghania & Aggarwal, R.S, (1980), Matrices, New Delhi: S.Chan &
Company Ltd.
Roman Steven (1992). Advanced Linear Algebra, New York, Berlin,
Herdelberg, London, Paris, Tokyo, Hongkong, Barcelona, Budapest:
Springer-Velag.
Seymour Lipschutz. (1981). Linear Algebra, Singapore: Schaum’s Outline,
Mc-Graw Hill Book Company.

More Related Content

PPT
Integral Garis
Kelinci Coklat
 
DOCX
Peubah acak diskrit dan kontinu
Anderzend Awuy
 
PDF
Nilai Egien Dan Vektor Eigen
Rizky Wulansari
 
PDF
Relasi Rekurensi
Heni Widayani
 
PDF
Interpolasi Newton
Ratih Vihafsari
 
PPS
Fungsi Vektor ( Kalkulus 2 )
Kelinci Coklat
 
DOCX
Persamaan garis lurus(Geometri Analitik Ruang)
Dyas Arientiyya
 
DOCX
ANALISIS REAL
Sigit Rimba Atmojo
 
Integral Garis
Kelinci Coklat
 
Peubah acak diskrit dan kontinu
Anderzend Awuy
 
Nilai Egien Dan Vektor Eigen
Rizky Wulansari
 
Relasi Rekurensi
Heni Widayani
 
Interpolasi Newton
Ratih Vihafsari
 
Fungsi Vektor ( Kalkulus 2 )
Kelinci Coklat
 
Persamaan garis lurus(Geometri Analitik Ruang)
Dyas Arientiyya
 
ANALISIS REAL
Sigit Rimba Atmojo
 

What's hot (20)

PPT
Bilangan kompleks lengkap
agus_budiarto
 
DOCX
Metode simpleks dua fase
specy1234
 
PPTX
Matematika 2 - Slide week 13 - Eigen
Beny Nugraha
 
PPS
Integral Lipat Dua ( Kalkulus 2 )
Kelinci Coklat
 
DOCX
Grup siklik
Rahmawati Lestari
 
PDF
Sistem Persamaan Linear
Rizky Wulansari
 
PDF
Dualitas- Program Linear
HelvyEffendi
 
PPT
Determinan es
adamkusnendar
 
PPT
Integral Lipat Tiga
Kelinci Coklat
 
PDF
Analisis real-lengkap-a1c
riyana fairuz kholisa
 
PDF
Pengenalan Persamaan Differensial Parsial
SCHOOL OF MATHEMATICS, BIT.
 
PDF
PENELITIAN OPERASIONAL - PROGRAMA LINIER - METODE PRIMAL DUAL
Universitas Qomaruddin, Gresik, Indonesia
 
PDF
Calculus 2 pertemuan 1
Amalia Indrawati Gunawan
 
PDF
Struktur aljabar-2
Safran Nasoha
 
DOCX
Analisis Real (Barisan Bilangan Real) Latihan bagian 2.1
Arvina Frida Karela
 
PPTX
Matematika Diskrit Relasi Rekursif
Ayuk Wulandari
 
PDF
kunci jawaban grup
chikarahayu
 
PPT
Bilangan kompleks
PT.surga firdaus
 
DOCX
Metode Simplek Minimasi
Siti Zuariyah
 
PPTX
Aljabar linear:Kebebasan Linear, Basis, dan Dimensi.ppt
rahmawarni
 
Bilangan kompleks lengkap
agus_budiarto
 
Metode simpleks dua fase
specy1234
 
Matematika 2 - Slide week 13 - Eigen
Beny Nugraha
 
Integral Lipat Dua ( Kalkulus 2 )
Kelinci Coklat
 
Grup siklik
Rahmawati Lestari
 
Sistem Persamaan Linear
Rizky Wulansari
 
Dualitas- Program Linear
HelvyEffendi
 
Determinan es
adamkusnendar
 
Integral Lipat Tiga
Kelinci Coklat
 
Analisis real-lengkap-a1c
riyana fairuz kholisa
 
Pengenalan Persamaan Differensial Parsial
SCHOOL OF MATHEMATICS, BIT.
 
PENELITIAN OPERASIONAL - PROGRAMA LINIER - METODE PRIMAL DUAL
Universitas Qomaruddin, Gresik, Indonesia
 
Calculus 2 pertemuan 1
Amalia Indrawati Gunawan
 
Struktur aljabar-2
Safran Nasoha
 
Analisis Real (Barisan Bilangan Real) Latihan bagian 2.1
Arvina Frida Karela
 
Matematika Diskrit Relasi Rekursif
Ayuk Wulandari
 
kunci jawaban grup
chikarahayu
 
Bilangan kompleks
PT.surga firdaus
 
Metode Simplek Minimasi
Siti Zuariyah
 
Aljabar linear:Kebebasan Linear, Basis, dan Dimensi.ppt
rahmawarni
 
Ad

Similar to nilai eigen dan vektor eigen (20)

DOCX
LKM ALJABAR LINEAR
Dyas Arientiyya
 
DOCX
Nilai eigen dan vektor eigen
State Medan University
 
PPTX
BAB 7 NILAI EIGEN dan VEKTOR EIGEN.pptx
AhmadLazim10
 
PPTX
Aljabar Matriks - Eigen Value and Eigen Vector.pptx
AnonymousopcnaCD
 
PPTX
Vektor Karakteristik
Dyas Arientiyya
 
PPT
Nilai dan Vektor Eigen.ppt
DetraaFahreza
 
PDF
Soal soal latihan tentang nilai eigen dan vektor eigen
bernypebo
 
PPTX
P12- Nilai Eigen dan Vektor Eigen - 3.pptx
nuraidalatif1
 
PDF
Partisi matriks untuk menghitung nilai eigen (Bagian I)
bernypebo
 
PPT
10 matrik & determinan 3
Hamzah Rizal
 
PPTX
Pert 3 aljabar matriks
jayamartha
 
PDF
APG Pertemuan 1-2 (1)
Rani Nooraeni
 
DOCX
Nilai Singular
ahmad yani
 
PPT
R5 g kel 6 allin2 2
matematikaunindra
 
PPTX
Modul 8 nilai eigen
Achmad Sukmawijaya
 
PDF
Pertemuan 3 Aljabar Linier (Perkalian Matriks, Vektor, Determinan dan eigenva...
budiman
 
PPT
Aljabar linier : Notasi Matriks
Muhammad Martayuda
 
PPTX
Faktorisasi Matriks - Materi ALIN STIS.pptx
MUHAMMADAFNANALFIAN
 
PPTX
APG Pertemuan 1 dan 2 (2)
Rani Nooraeni
 
PDF
Nilai eigen dari matriks simetris
bernypebo
 
LKM ALJABAR LINEAR
Dyas Arientiyya
 
Nilai eigen dan vektor eigen
State Medan University
 
BAB 7 NILAI EIGEN dan VEKTOR EIGEN.pptx
AhmadLazim10
 
Aljabar Matriks - Eigen Value and Eigen Vector.pptx
AnonymousopcnaCD
 
Vektor Karakteristik
Dyas Arientiyya
 
Nilai dan Vektor Eigen.ppt
DetraaFahreza
 
Soal soal latihan tentang nilai eigen dan vektor eigen
bernypebo
 
P12- Nilai Eigen dan Vektor Eigen - 3.pptx
nuraidalatif1
 
Partisi matriks untuk menghitung nilai eigen (Bagian I)
bernypebo
 
10 matrik & determinan 3
Hamzah Rizal
 
Pert 3 aljabar matriks
jayamartha
 
APG Pertemuan 1-2 (1)
Rani Nooraeni
 
Nilai Singular
ahmad yani
 
R5 g kel 6 allin2 2
matematikaunindra
 
Modul 8 nilai eigen
Achmad Sukmawijaya
 
Pertemuan 3 Aljabar Linier (Perkalian Matriks, Vektor, Determinan dan eigenva...
budiman
 
Aljabar linier : Notasi Matriks
Muhammad Martayuda
 
Faktorisasi Matriks - Materi ALIN STIS.pptx
MUHAMMADAFNANALFIAN
 
APG Pertemuan 1 dan 2 (2)
Rani Nooraeni
 
Nilai eigen dari matriks simetris
bernypebo
 
Ad

Recently uploaded (20)

DOCX
Modul Ajar Deep Learning Informatika Kelas 9 SMP Terbaru 2025
wahyurestu63
 
DOCX
CP KODING DAN KECERDASAN ARTIFISIAL (KKA) 2025
NinaSuryani1
 
PPTX
Materi_Bahasa_Indonesia_XII_Mengkritisi_Informasi_Tokoh.pptx
YuvensSetiawan
 
DOCX
Modul Ajar Pembelajaran Mendalam PKWU Kelas 11 Terbaru 2025
fubierabita
 
DOCX
Modul Ajar Deep Learning Prakarya Pengelolaan Kelas 8 SMP Terbaru 2025
wahyurestu63
 
DOCX
Modul Ajar Deep Learning Bahasa Indonesia Kelas 10 Terbaru 2025
wahyurestu63
 
DOCX
Modul Ajar Deep Learning Fisika Kelas 10 Terbaru 2025
wahyurestu63
 
DOCX
Modul Ajar Deep Learning Bahasa Inggris Kelas 10 Terbaru 2025
wahyurestu63
 
DOCX
Modul Ajar Deep Learning PKWU Pengelolaan Kelas 7 Terbaru 2025
wahyurestu63
 
PDF
Perbedaan Capaian Pembelajaran 032 ke CP 046.pdf
evabasuntarti52
 
PPTX
Materi Pengertian Teks Naratif Cerita Legenda
ilmafiana11
 
DOCX
Modul Ajar Deep Learning PKN Kelas 10 Terbaru 2025
wahyurestu63
 
DOCX
Modul Ajar Deep Learning PKWU Kelas 11 Terbaru 2025
wahyurestu63
 
DOCX
Modul Ajar Deep Learning Biologi Kelas 10 Terbaru 2025
wahyurestu63
 
DOCX
Modul Ajar Deep Learning PKN Kelas 12 SMA Terbaru 2025
wahyurestu63
 
PDF
PPT Materi Kelas Doktrin Alkitab Lanjutan (DAL) 2025
SABDA
 
DOCX
Modul Ajar Deep Learning Fisika Kelas 11 Terbaru 2025
wahyurestu63
 
PPTX
Proses NEGOSIASI_(Timing, Lokasi & Listening Skill)_Training "NEGOTIATION Tec...
Kanaidi ken
 
DOCX
Modul Ajar Deep Learning Prakarya Kerajinan Kelas 7 Terbaru 2025
wahyurestu63
 
DOCX
Modul Ajar Pembelajaran Mendalam PKN Kelas 10 Terbaru 2025
fubierabita
 
Modul Ajar Deep Learning Informatika Kelas 9 SMP Terbaru 2025
wahyurestu63
 
CP KODING DAN KECERDASAN ARTIFISIAL (KKA) 2025
NinaSuryani1
 
Materi_Bahasa_Indonesia_XII_Mengkritisi_Informasi_Tokoh.pptx
YuvensSetiawan
 
Modul Ajar Pembelajaran Mendalam PKWU Kelas 11 Terbaru 2025
fubierabita
 
Modul Ajar Deep Learning Prakarya Pengelolaan Kelas 8 SMP Terbaru 2025
wahyurestu63
 
Modul Ajar Deep Learning Bahasa Indonesia Kelas 10 Terbaru 2025
wahyurestu63
 
Modul Ajar Deep Learning Fisika Kelas 10 Terbaru 2025
wahyurestu63
 
Modul Ajar Deep Learning Bahasa Inggris Kelas 10 Terbaru 2025
wahyurestu63
 
Modul Ajar Deep Learning PKWU Pengelolaan Kelas 7 Terbaru 2025
wahyurestu63
 
Perbedaan Capaian Pembelajaran 032 ke CP 046.pdf
evabasuntarti52
 
Materi Pengertian Teks Naratif Cerita Legenda
ilmafiana11
 
Modul Ajar Deep Learning PKN Kelas 10 Terbaru 2025
wahyurestu63
 
Modul Ajar Deep Learning PKWU Kelas 11 Terbaru 2025
wahyurestu63
 
Modul Ajar Deep Learning Biologi Kelas 10 Terbaru 2025
wahyurestu63
 
Modul Ajar Deep Learning PKN Kelas 12 SMA Terbaru 2025
wahyurestu63
 
PPT Materi Kelas Doktrin Alkitab Lanjutan (DAL) 2025
SABDA
 
Modul Ajar Deep Learning Fisika Kelas 11 Terbaru 2025
wahyurestu63
 
Proses NEGOSIASI_(Timing, Lokasi & Listening Skill)_Training "NEGOTIATION Tec...
Kanaidi ken
 
Modul Ajar Deep Learning Prakarya Kerajinan Kelas 7 Terbaru 2025
wahyurestu63
 
Modul Ajar Pembelajaran Mendalam PKN Kelas 10 Terbaru 2025
fubierabita
 

nilai eigen dan vektor eigen

  • 1. 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Dalam kehidupan sehari-hari, banyak permasalahan dari fenomena riil yang dapat dijelaskan melalui pembentukan model matematika. Pada umumnya perumusan model matematika ini berupa fungsi. Dalam banyak kasus, tidak semua model matematika tersebut dapat diselesaikan secara mudah dengan menggunakan metode analitik, sehingga digunakan analisis numeric untuk mencari penyelesaiannya. Analisis numerik adalah teknik yang digunakan untuk memformulasikan persoalanmatematik sehingga dapat dipecahkan dengan operasi perhitungan atau aritmetik biasa (tambah, kurang,kali, dan bagi). Pada umumnya analisis numerik tidak mengutamakan diperolehnya jawab yang eksak (tepat), tetapi mengusahakan perumusan metode yang menghasilkan jawab pendekatan yang berbeda dari jawab yang eksak sebesar suatu nilai yang merupakan galat dari metode yang digunakan. Namun demikian, hasil perhitungan dengan analisis numerik cukup dapat memberikan solusi pada persoalan yang dihadapi. Salah satu penerapan dari analisis numerik ini yaitu dalam masalah nilai eigen dan vektor eigen.Analisis numerik memberikan suatu cara alternatif yang digunakan untuk menemukan nilai eigen danvektor eigen dari suatu matriks. Cara yang digunakan dalam analisis numerik ini termasuk unik karenadalam penyelesaiannya hanya diperlukan operasi-operasi aljabar biasa. Hanya saja, dalam penghitungannya tidak cukup dilakukan sekali tetapi harus dilakukan berulang-ulang sampai ditemukan nilai yang konvergen ke satu nilai yang merupakan nilai penyelesaiannya. Salah satu metode dalam analisis numerik yang bisa digunakan untuk mencari nilai eigen dan vektoreigen yaitu metode pangkat. Dengan metode pangkat ini, nilai eigen yang berupa bilangan real danvektor eigennya dapat ditemukan secara bersamaan menggunakan proses yang sama pula sehingga jika nilai eigen dari suatu matriks ditemukan, maka secara otomatis vektor eigen dari matriks yang bersangkutan akan diperoleh. Dalam mencari nilai eigen dan vektor eigen menggunakan metode pangkat,
  • 2. 2 akan memerlukan prosesiterasi yang sangat panjang untuk menemukan hasil yang mendekati nilai yang sebenarnya. Semakin banyak iterasi yang dilakukan, maka semakin baik hasil yang diperoleh. 1.2 Rumusan Masalah 1. Definisi nilai eigen dan vector eigen ? 2. Penyelesaian soal-soal nilai dan vector eigen ? 3. Penyelesaian masalah diagonalisasi ? 4. Penyelesaian masalah dioagonalisasi orthogonal ? 1.3 Tujuan 1. Bagaimana menjawab dan mengerjakan soal soal nilai dan vector eigen 2. Mengerti teorema teorema yang membentuk nilai dan vector eigen 3. Menyelesaikan permasalahan mendiagonalisasikan suatu matriks 4. Menyelesaikan permasalahan mendiagonalisasikan orthogonal suatu matriks
  • 3. 3 BAB II PEMBAHASAN 2.1 Nilai Eigen Dan Vector Eigen Mari perhatikan sebuah matriks A yang berukuran 𝑛 × 𝑛 dan sebuah vektor x pada Rn dan biasanya secara umum tidak ada hubungan antara vektor x dengan vektor Ax (Gambar 11. 1a). Namun, ada beberapa vektor x tak nol sehingga x dan Ax merupakan penggandaan satu sama lainnya (Gambar 11. 1b). x Ax Ax x (a) (b) Gambar 11. 1 Sekarang kita akan meninjau ulang beberapa konsep yang telah kita diskusikan dalam pembelajran yang lalu untuk dikembangkan lebih lanjut. Definisi: Misalkan A adalah matriks 𝑛 × 𝑛, maka vektor x yang tidak nol di Rn disebut vektor eigen (eigen vector) dari A jika Ax adalah kelipatan skalar dari x, yaitu 𝐴𝑥 = 𝜆𝑥 untuk suatu skalar λ. Skalar λ dinamakan nilai eigen (eigen value) dari A. Jika A adalah matriks nxn, maka : • Vektor-vektor tidak nol pada Rn disebut vektor eigen • dari A jika Ax adalah suatu penggandaan skalar dari x yaitu 𝐴𝑥 = 𝜆𝑥:, Untuk semua skalar 𝜆
  • 4. 4 • Skalar 𝜆 disebut eigenvalue A, • x disebut juga eigenvector A bersepadanan dengan 𝝀 Contoh : 1. jika diketahui vector 𝑥 = [ 1 2 ] adalah suatu vector eigen 𝐴 = [ 3 0 8 −1 ] maka tentukan nilai eigen dari vector tersebut ? Jawab : Ingat ! 𝐴𝑥 = 𝜆𝑥 Maka [ 3 0 8 −1 ] [ 1 2 ] = 𝜆𝑥 jadi hasil kalinya adalaah, [ 3 6 ] 𝑥, lalu kita mendapatkan 3𝑥 = 3 [ 1 2 ], maka, besar nilai eigennya adalah 3. Apakah setiap matriks A yang berukuran 𝑛 × 𝑛 selalu mempunyai vektor eigen dan nilai eigen? Berapa banyak vektor eigen dan nilai eigen yang dimiliki oleh sebuah matriks A yang berukuran 𝑛 × 𝑛? Untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan ini sekaligus memberikan penjelasan lebih lanjut dari contoh di atas, sehingga kita dapat dengan cepat dan tepat memberikan jawabannya, perhatikanlah uraian berikut dengan baik. B. Persamaan Karakteristik Untuk mencari nilai eigen dari matriks A yang berukuran n n, maka kita perlu memperhatikan kembali definisi vektor eigen dan nilai eigen, yaitu Ax = λx. Bentuk ini dapat kita tulis sebagai berikut :
  • 5. 5 Ax = ( I-A)x = 0 …………………………………. (1) (A- I )x = 0 …………………………………. (2) Supaya λ menjadi nilai eigen, maka harus ada penyelesaian yang tidak nol dari persamaan (1) ini. Menurut teorema dalam bahasan sebelumnya, maka persamaan (1) akan mempunyai penyelesaian tak nol (mempunyai penyelesaian non trivial) jika dan hanya jika: det( 𝜆𝐼 − 𝐴) 𝑥 = 0 Definisi Persamaan det( 𝜆𝐼 − 𝐴) 𝑥 = 0 dengan λ sebagai variabel disebut persamaan karakteristik dari matriks A. Akar-akar atau skalar-skalar yang memenuhi persamaan ini adalah nilai-nilai eigen (nilai-nilai karakteristik) dari matriks A. det( 𝜆𝐼 − 𝐴) 𝑥 ≡ 𝑓(𝜆) yaitu berupa polinom dalam λ yang dinamakan polinom karakteristik. Dari pemahaman definisi di atas, jelas bahwa jika A adalah matriks 𝑛 × 𝑛 maka persamaan karakteristik dari matriks A mempunyai derajat n dengan bentuk : det (λ I – A) = f(λ) = a0 + a1x1 + a2x2 + … + an - 1xn - 1 + anxn = 0 Menurut teorema dasar aljabar kita dapatkan bahwa persamaan karakteristik tersebut mempunyai paling banyak n penyelesaian yang berbeda (Ingat metode Horner dan persamaan pangkat tinggi). Jadi, suatu matriks yang berukuran 𝑛 × 𝑛 paling banyak mempunyai n-nilai eigen yang berbeda. Contoh :  Carilah nilai-nilai eigen dari matriks = [ 3 2 −1 0 ] ? Jawab :  Ingat ! det( 𝜆𝐼 − 𝐴) 𝑥 = 0 det( 𝜆𝐼 − 𝐴) 𝑥 = det 𝜆 [ 1 0 0 1 ] − [ 3 2 −1 0 ] = 0
  • 6. 6 det [ 𝜆 − 3 −2 1 𝜆 ]= 𝜆2 − 3𝜆 + 2 Sekarang kita perhatikan teorema berikut yang merupakan ikhtisar dari hasil- hasil yang telah diperoleh melalui diskusi materi pembelajaran di atas : Teorema : Jika A adalah suatu matriks 𝑛 × 𝑛 dan λ adalah suatu bilangan real, maka pernyataan-pernyataan berikut ini adalah ekuivalen  λ adalah nilai-nilai eigen dari matriks A.  Sistem persamaan (λ I – A)x = 0 mempunyai penyelesaian tak trivial (non trivial).  Ada vektor x yang tidak nol dalam Rn sedemikian sehingga Ax = λx.  λ adalah suatu penyelesaian real dari persamaan karakteristik det (λ I – A) = 0 Setelah kita memahami bagaimana mencari nilai-nilai eigen hubungannya dengan persamaan karakteristik, maka sekarang akan beralih ke masalah untuk mencari vektor eigen. Menurut definisi terdahulu bahwa vektor eigen dari matriks A yang bersesuaian dengan nilai eigen λ adalah vektor x yang tidak nol dan haruslah memenuhi Ax = λ x. Dengan kata lain, secara ekuivalen tentunya vektor eigen yang bersesuaian dengan nilai eigen λ adalah vektor yang tak nol dalam ruang penyelesaian (λI – A) x = 0. Ruang penyelesaian ini kita namakan sebagau ruang eigen (eigen space) dari matriks A yang bersesuaian dengan nilai eigen λ. Apakah ruang eigen ini membentuk basis?. Definisi Ruang penyelesaian dari sistem persamaan linear (λ I – A) x = 0 atau (A - λI) x = 0 dinamakan ruang eigendari matriks A yang berukuran 𝑛 × 𝑛 Sekarang kita perhatikan beberapa contoh, bahwa vektor-vektor eigen suatu matriks akan membentuk suatu basis untuk ruang eigen yang bersesuaian dengan nilai eigen dari matriks tersebut.
  • 7. 7 Contoh : Diketahui 𝐴 = [ 0 0 −2 1 2 1 1 0 3 ] carilah basis-basis ruang untuk eigen ? Jawab : Telah diselesaikan dalam Contoh di atas, bahwa dari persamaan karakteristik det( 𝜆𝐼 − 𝐴) 𝑥 = 𝜆3 − 5𝜆2 + 8𝜆 − 4 didapat dua buah nilai eigen matriks A, yaitu : 𝜆 = 1 𝑑𝑎𝑛 𝜆 = 2 Sebagai konsekwensinya akan kita dapatkan tiga buah ruang eigen dari matriks A. Menurut definisi,𝑥 = [ 𝑥1 𝑥2 𝑥3 ] adalah vektor eigen dari matriks A yang bersesuaian dengan λ jika dan hanya jika x adalah suatu penyelesaian non trivial dari sistem persamaan linear homogeny. Maka kita gunakan ( 𝜆𝐼 − 𝐴) 𝑥 = 0 maka, [ 𝜆 0 2 −1 𝜆 − 2 −1 −1 0 𝜆 − 3 ] [ 𝑥1 𝑥2 𝑥3 ] = [ 0 0 0 ] lalu menentukan solusi dan basis untuk 𝜆 = 2 [ 2 0 2 −1 0 −1 −1 − −1 ] [ 𝑥1 𝑥2 𝑥3 ] = [ 0 0 0 ] maka di dapat X1= S X2= t X3= -S [ −1 0 1 ] 𝑑𝑎𝑛 [ 0 1 0 ] adalah vector yang membentuk suatu basis untuk ruang eigen yang berpadanan dengan 𝜆 = 2 Dengan cara yang sama padankan dengan 𝜆 = 1 maka akan mendapatkan vector [ −2 1 1 ] yang sepadan dengan 𝜆 = 1
  • 8. 8 2.2 Diagonalisasi Pada bahasan pembelajaran berikut kita akan mendiskusikan masalah mencari suatu baris untuk Rn yang terdiri dari vektor-vektor eigen dari suatu matriks A yang diketahui berukuran n n. Basis-basis ini dapat dipakai untuk menelaah sifat-sifat geometris dari matriks A dan sekaligus dipakai untuk menyederhanakan berbagai perhitungan numerik yang melibatkan matriks A. Basis-basis sangat penting dalam berbagai penerapan aljabar linear, dan beberapa diantaranya akan kita diskusikan dalam bahasan pembelajaran modul berikutnya. Seperti telah kita ketahui dalam bahasan modl-modul sebelumnya tentang matriks, bahwa salah satu teoremanya adalah pengkombinasian banyak persamaan menjadi satu. Cara penulisan sistem persamaan linear yang terdiri dari m persamaan dengan n variabel menjadi sebuah persamaan matriks telah kita pelajari dalam Modul 2 (Sistem Persamaan Linear). Sedangkan cara menyelesaikan sistem persamaan linear 𝐴𝑥 = 𝑏 dengan A matriks berukuran 𝑛 × 𝑛 yang invertibel dapat dilakukan dengan bantuan matriks A-1, sehingga terjadi pengkombinasian A-1AX = A-1b atau X = A-1b. Berdasarkan ide yang sama seperti di atas, maka dalam bagian ini kita akan mengkombinasikan persamaan nilai eigen untuk beberapa vektor eigen yang berlainan ke dalam persamaan matriks yang tunggal. Untuk lebih jelasnya kita perhatikan penjelasan berikut ini. Pandang matriks A berukuran n n dengan vektor-vektor eigen (yang bebas linear) u1, u2, ... , uk yang bersesuaian dengan nilai-nilai eigen λ1, λ2, ... , λk. Sebagai akibatnya maka : Au1 = λ1u1, Au2 = λ2u2, ... , Auk = λkuk atau Aur = λrur dengan r = 1, 2, ..., k.....................................(1) Vektor-vektor ui dapat dikelompokkan menjadi bentuk matriks 𝑛 𝑥 𝑘, yang ditulis sebagai matriks partisi P = (u1,u2,... uk)
  • 9. 9 Dengan ui adalah kolom ke-i dari P. Selanjutnya persamaan (1) dapat ditulis menjadi bentuk: AP = (Au1, Au2, ..., Auk) = (u1,u2,..., uk) D dengan D adalah matriks diagonal k k dengan unsur-unsurnya λ1, λ2, ... , λk. Jadi kita dapatkan AP = PD atau PD = AP ................................................ (2) Bentuk ini merupakan bentuk yang ringkas dari persamaan nilai eigen untuk k vector eigen. Sekarang misalkan matriks A yang berukuran n n mempunyai n vector eigen, sehingga k = n. Akibatnya matriks P menjadi berukuran 𝑛 × 𝑛, dengan kolom-kolomnya vektor-vektor eigen (yang bebas linear), dan P tentunya invertibel. Selanjutnya dengan mengalikan persamaan (2) oleh P-1 dari sebelah kiri kita dapatkan: D = P-1A P ....................................................................... (3) Dengan demikian jika suatu matriks A yang berukuran 𝑛 × 𝑛 mempunyai n vector eigen yang bebas linear, maka terdapat matriks P yang inverstibel dan matriks diagonal D sehingga D dapat difaktorkan dalam bentuk persamaan (3). Keadaan ini dinamakan A dapat didiagonalkan (diagonalizable). Definisi Suatu matriks persegi (matriks bujursangkar) A dinamakan dapat didiaginalkan (dapat didiagonalisasi) jika ada suatu matriks P yang invertibel sedemikian rupa sehingga P-1 A P adalah suatu matriks diagonal, matriks P dikatakan mendiagonalkan A (mendiagonalisasi) matriks A. Dari penjelasan dan definisi di atas, jelaskah bahwa masalah diagonalisasi dari suatu vektor A yang berukuran n n adalah ekuivalen dengan pertanyaan: ”Apakah ada matriks P yang invertibel sehingga P-1 AP adalah matriks diagonal D?”. Prosedur berikut menunjukkan bahwa masalah vektor-vektor eigen dan diaginalisasi adalah setara. Dengan kata lain prosedur berikut adalah tahapan untuk mendiagonalkan matriks yang berukuran 𝑛 × 𝑛 Tahap 1 : Carilah n vektor eigen yang bebas linear dari matriks A yang berukuran 𝑛 × 𝑛 Misalnya p1, p2, ... , pn
  • 10. 10 Tahap 2. Bentuklah matriks P yang mempunyai p1, p2, ... , pn sebagai vektor- vektor kolomnya. Tahap 3. Matriks D = P-1 A P adalah matriks diagonal dengan λ1, λ2, ... , λn sebagai unsur-unsur diagonal yang berurutannya dan λi adalah nilai- nilai eigen yang bersesuaian dengan pi untuk I = 1, 2, 3, …, n. Contoh : Kita mengambil contoh dari pencarian basis nilai eigen [ −1 0 1 ] 𝑑𝑎𝑛 [ 0 1 0 ] adalah vector yang membentuk suatu basis untuk ruang eigen yang berpadanan dengan 𝜆 = 2 Dengan cara yang sama padankan dengan 𝜆 = 1 maka akan mendapatkan vector [ −2 1 1 ] yang sepadan dengan 𝜆 = 1 Lalu, masukkan dalam bentuk matriks 𝑃 = [ −1 0 −2 0 1 1 1 0 1 ], Lalu masukan dalam persamaan 𝑃−1 𝐴𝑃 = [ 2 0 0 0 2 0 0 0 1 ] = 𝐷 2.3 Diagonalisasi Ortogonal Sekarang kita akan mendiskusikan bagaimana mencari suatu basis ortonormal dengan hasil kali dalam Euclid yang terdiri dari vektor-vektor eigen dari suatu matriks A yang berukuran 𝑛 × 𝑛. Sedangkan untuk menunjang pembahasan materi ini adalah pemahaman tentang matriks-matriks simetris dan pengertian ortogonal yang telah kita pelajari dari modul sebelumnya. Untuk lebih jelasnya kita perhatikan dua masalah berikut yang ekuivalen. 1. Masalah vektor eigen ortonormal Jika diketahui suatu matriks A yang berukuran 𝑛 ×
  • 11. 11 𝑛, apakah ada suatu basis ortonormal untuk Rn dengan hasil kali dalam (Euclid) yang terdiri dari vektor-vektor eigen dari matriks A? Masalah diagonalisasi orthogonal adalah Jika diketahui suatu matriks A yang berukuran 𝑛 × 𝑛 , apakah ada suatu matriks diagonal P sedemikian sehingga matriks D = P-1 A P = Pt A P adalah matriks diagonal? Sebagai akibat dari permasalahan ini mendorong kita untuk membuat definisi berikut. Definisi. Matriks A yang berukuran 𝑛 × 𝑛 dinamakan dapat didiagonalisasi secara ortogonal jika terdapat matriks P yang ortogonal, dan matriks P dikatakan mendiagonalisasi A secara ortogonal. Dari definisi dan dua permasalahan di atas ada dua pelajaran yang perlu mendapat perhatian kita, yaitu 1. Matriks manakah yang dapat didiagonalisasi secara ortogonal? 2. Bagaimana kita mencari suatu matriks ortogonal untuk melakukan diagonalisasi Sehubungan dengan pertanyaan-pertanyaan di atas, maka tentunya tidak ada harapan lagi bagi kita untuk mendiagonalisasi suatu matriks A, kecuali jika matriks A adalah matriks simetris. (yaitu A = At). Untuk melihat mengapa hal tersebut demikian adanya, misalkan Pt A P = D ....................................................................... (1) Dengan P adalah matriks ortogonal dan D adalah matriks diagonal. Karena P ortogonal, maka Pt P = Pt P = I sehingga persamaan (1) bisa kita tulis dalam bentuk: A = P D Pt ...................................................................... (2) Karena D matriks diagonal, maka D = Dt, sehingga dengan mentranspos kedua ruas dari persamaan (2) didapatkan
  • 12. 12 At = (P D Pt)t = (Pt)t Dt Pt = P D Pt = A sehingga A pastilah merupakan matriks simetris. Sekarang kita perhatikan teorema berikut merupakan alat utama untuk menentukan apakah sebuah matriks dapat didiagonalisasi secara ortogonal. Teorema berikut juga menunjukkan bahwa setiap matriks simetris, pada kenyataannya dapat didiagonalisasi secara ortogonal. Perlu pula diketahui bahwa pada teorema ini dan teorema berikutnya dari bahasan ini, pengertian ortogonal akan berarti ortogonal berkenaan dengan hasil kali dalam Euclid. (Euclidean inner product). Teorema Jika A adalah suatu matriks 𝑛 × 𝑛, maka pernyataan berikut adalah ekuivalen.  A dapat didiagonalisasi secara ortogonal.  A merupakan suatu himpunan n vector eigen yang ortonormal  A adalah matriks simetrik. Teorema Jika A adalah suatu matriks simetris, maka vektor-vektor eigen dari ruang eigen yang berbeda akan ortogonal. Prosedur mendiagonalkan secara ortogonal suatu matriks simetris: • Step 1. Cari basis untuk setiap ruang eigen dari A. • Step 2. Terapkan proses Gramm Schmidt pada setiap basis-basis ini untuk mendapatkan suatu basis ortonormal untuk setiap ruang eigen. • Step 3. Bentuk matriks P yang kolom-kolomnya adalah vektor-vektor basis yang disusun pada step-2, matriks ini mendiagonalkan A secara orthogonal.
  • 13. 13 Contoh : Carilah matriks orthogonal P yang mendiagonalkan 𝐴 = [ 4 2 2 2 4 2 2 2 4 ] Jawab : Carilah persamaan nilai karakteristiknya sehingga mendapatkan nilai eigennya det( 𝜆𝐼 − 𝐴) 𝑥 = det [ 𝜆 − 4 −2 −2 −2 𝜆 − 4 −2 −2 −2 𝜆 − 4 ] = ( 𝜆 − 2)2 (𝜆 − 8) Maka didapatkan nilai 𝜆 = 2 𝑑𝑎𝑛 𝜆 = 8 Lalu carilah basis ruangan pada matriks A, maka akan mendapatkan: Basis ruang yang bersepadanan dengan 𝜆 = 2 adalah : 𝑢1= [ −1 1 0 ] 𝑑𝑎𝑛 𝑢2= [ −1 0 1 ] Lalu, terapkan proses Gram Schmidt pada {u1 dan u2} agar dapar menghasilakn vector eigen yang orthogonal berikut : 𝑣1 = [ −1 √2 1 √2 0 ] 𝑑𝑎𝑛 𝑣2 = [ −1 √6 −1 √6 2 √6] Sedangkan basis ruang yang bersepadanan dengan 𝜆 = 8 adalah 𝑢3 = [ 1 1 1 ] Lalu, terapkan proses Gram Schmidt pada u3, didapat : 𝑣3 = [ 1 √3 1 √3 1 √3]
  • 14. 14 Sehingga = [ 𝑣1, 𝑣2, 𝑣3] = [ −1 √2 −1 √6 1 √3 1 √2 −1 √6 1 √3 0 2 √6 1 √3] , maka dapat dibuktikan bahwasanya P mendiagonalkan A secara orthogonal.
  • 15. 15 BAB III PENUTUP 3.1 Kesimpulan Jika A matriks 𝑛 × 𝑛, maka vektor x yang tidak nol di Rn disebut vektor eigen (eigen vector) dari A jika Ax adalah kelipatan skalar dari x, yaitu Ax = λ x untuk suatu skalar λ. Skalar λ dinamakan nilai eigen (eigen value) dari A. Persamaan det (λ I – A) = 0 dengan λ sebagai variabel disebut persamaan karakteristik dari matriks A. Akar-akar atau skalar-skalar yang memenuhi persamaan ini adalah nilai-nilai eigen (nilai-nilai karakteristik) dari matriks A. Det(λ I – A) ≡ f(λ) yaitu berupa polinom dalam λ yang dinamakan polinom karakteristik Suatu matriks persegi (matriks bujursangkar) A dinamakan dapat didiaginalkan (dapat didiagonalisasi) jika ada suatu matriks P yang invertibel sedemikian rupa sehingga P-1 A P adalah suatu matriks diagonal, matriks P dikatakan mendiagonalkan A (mendiagonalisasi) matriks A. Untuk memeriksa bahwa P adalah matriks yang mendiagonalisasi matriks A dapat dilakukan dengan menentukan matriks diagonal D = P-1AP dengan unsur-unsur diagonal utamanya adalah nilai-nilai eigen dari matriks A yang urutannya adalah nilai- nilai eigen dari matriks A yang urutannya sesuai urutan vektor-vektor kolom matriks P. Matriks A yang berukuran 𝑛 × 𝑛 dikatakan dapat didiagonalisasi secara ortogonal jika terdapat matriks P yang ortogonal, dan matriks Pdikatakan mendiagonalisasi A secara orthogonal, Jika A adalah suatu matriks simetris, maka vektor-vektor eigen dari ruang eigen yang berbeda akan orthogonal.
  • 16. 16 DAFTAR PUSTAKA Anton Howard, (1987), Elementary Linear Algebra, 5th Edition New York: John Wiley & Sons. Larry Smith. (1998). Linear Algebra. Gottingen: Springer. Raisinghania & Aggarwal, R.S, (1980), Matrices, New Delhi: S.Chan & Company Ltd. Roman Steven (1992). Advanced Linear Algebra, New York, Berlin, Herdelberg, London, Paris, Tokyo, Hongkong, Barcelona, Budapest: Springer-Velag. Seymour Lipschutz. (1981). Linear Algebra, Singapore: Schaum’s Outline, Mc-Graw Hill Book Company.