MATRIKS A = ; B = ; C = ; D = ( 5 )

Transkripsi

1 MATRIKS A. DEFINISI MATRIKS Matriks adalah suatu susunan bilangan berbentuk segi empat dari suatu unsur-unsur pada beberapa sistem aljabar. Unsur-unsur tersebut bisa berupa bilangan dan juga suatu peubah. Nama matriks menggunakan huruf besar seperti A, B, C dst. Sedangkan anggota (elemen) dari matriks yang berupa huruf dituliskan menggunakan huruf kecil. Tanda yang digunakan untuk mengurung elemen-elemen matriks menggunakan tanda atau. Contoh 1.1: A = ; B = ; C = ; D = ( 5 ) Elemen-elemen matriks pada garis horizontal disebut dengan baris, dan elemen-elemen pada garis vertical disebut dengan kolom. Ukuran dari suatu matriks yang disebut dengan Dimensi atau Ordo ditentukan oleh banyaknya baris di kali dengan banyaknya kolom yang ada didalam suatu matriks. Contoh 1.2: E = baris kolom Nama Matriks Tanda kurung matriks

2 Pada Matriks E mempunyai 3 baris dan dan 2 kolom yaitu adalah baris pertama, adalah baris kedua dan adalah baris ketiga, sedangkan adalah kolom pertama dan adalah kolom kedua. Sehingga dimensi atau ordo dari matriks E adalah 3x2 (dibaca: tiga kali dua). Notasi A =, untuk menyatakan matrik secara umum dan menunjukkan letak suatu elemen matriks. Dengan i menunjukkan letak baris dan j menunjukkan letak kolom. Contoh 1.3 A= Perhatikan matriks A, elemen adalah elemen pada baris pertama kolom kedua; sedangkan elemen adalah elemen pada baris kedua kolom ketiga, dan seterusnya. Sehingga matriks A mempunyai 4 baris dan 3 kolom, dimensi dari A adalah 4x3 dapat ditulis dengan A 4x3. Sehingga bentuk umum dari suatu matriks adalah sebagai berikut: A = Matriks A di atas mempunyai m baris dan n kolom. Dalam notasi yang lebih singkat, A dapat ditulis dengan: A = ( dimana i = 1, 2, 3,., m j = 1, 2, 3,., n sehingga dimensi A adalah mxn yang bisa ditulis dengan A mxn.

3 B. JENIS JENIS MATRIKS (Bagian I) 1. Matriks Baris dan Matriks Kolom Matriks Baris adalah suatu matriks yang hanya mempunyai satu baris saja. Matriks kolom adalah suatu matriks yang hanya mempunyai satu kolom saja. Contoh 1.4 : A = B = adalah matriks baris berdimensi 1x3 adalah matriks kolom berordo 2x1 2. Matriks Persegi (Square Matriks) Suatu matriks A = disebut sebagai matrik persegi (matriks bujur sangkar) bila i = j = 1, 2, 3, n. atau dengan kata lain banyaknya baris dan banyaknya kolom suatu matriks sama. Matriks persegi mempunyai dimensi nxn. Bentuk umum dari matriks persegi adalah sebagai berikut: A = Pada matriks persegi A diatas elemen,,, disebut sebagai diagonal utama dari matriks A. jumlah dari semua elemen-elemen diagonal dari suatu matriks persegi disebut dengan trace. Sehingga trace A = + + ) = 3. Matriks Nol (Zero Matriks) Suatu matriks yang semua elemennya adalah 0 (nol) disebut dengan matriks nol. Matriks nol dilambangkan dengan O. Contoh 1.5: ; 4. Matriks Identitas Suatu matriks persegi yang semua elemen diagonalnya adalah 1 dan selain elemen diagonal adalah 0 maka dinamakan matriks identitas. Matriks identitas biasanya dinotasikan dengan I. Karena matriks I berdimensi n, sehingga dinotasikan dengan I n.

4 Jadi, 5. Matriks Bagian (Sub-Matriks) Sebuah matriks dapat dibagi atau dipartisi menjadi matriks-matriks yang lebih kecil dengan menghilangkan salah satu atau lebih vektor-vektor baris dan atau vektorvektor kolom yang sudah ditentukan. Matriks-matriks yang dihasilkan dari partisi tersebut dinamakan submatriks atau matriks bagian. Contoh 1.6 : Diketahui matriks M = diperoleh matriks bagian dengan menghilangkan vektor kolom ketiga. Menghilangkan vektor baris pertama dan vektor kolom kedua diperoleh matriks bagian matriks bagian dari M? dan seterusnya. Berapa banyaknya Contoh 1.7: Andaikan matriks persegi Q=. Menghilangkan vektor baris kedua dan kolom kedua diperoleh submatriks. Menghilangkan vektor baris pertama dan ketiga serta vektor kolom pertama dan ketiga diperoleh submatriks (2) dan seterusnya. Perhatikan bahwa diagonal matriks Q= tetap menjadi diagonal pada submatriks dan (2). Submatriks yang diperoleh disebut dengan matriks bagian utama (submatriks principal). Sehingga dan (2) disebut sebagai submatriks principal. Submatriks principal yang lain dari matriks Q adalah dan (6).

5 C. Operasi Matriks 1. Kesamaan Dua Matriks Definisi: Dua matriks didefinisikan sama jika keduanya mempunyai ukuran atau dimensi yang sama dan elemen-elemen yang berpadanan sama. Dalam notasi matriks, jika A = ( dan B = ( mempunyai ukuran yang sama maka A=B jika dan hanya jika, atau secara ekuivalen, untuk semua i dan j. Contoh 1.8: Diketahui matriks B=, C= D= Jika x = 5, maka B=C, tetapi untuk nilai x yang lainnya matriks B dan C tidak sama. Tidak ada nilai x yang membuat B = D karena B dan D mempunyai ukuran atau dimensi yang berbeda. 2. Penjumlahan dan Pengurangan Matriks Definisi: jika A dan B adalah matriks-matriks berukuran (berdimensi) sama, maka jumlah A+B adalah matriks yang diperoleh dengan menambahkan elemen-elemen A dengan elemen-elemen B yang letaknya bersesuaian, dan selisih A-B adalah matriks yang diperoleh dengan mengurangkan elemen-elemen A dengan elemen-elemen B yang letaknya bersesuaian. Matriks-matriks yang berukuran berbeda tidak dapat ditambahkan atau dikurangkan. Contoh 1.9: Andaikan A =, B=, C= A+B = + = = A-B = - = = Perhatikan bahwa matriks A dan B masing-masing berdimensi 3x2 sehingga dapat dilakukan operasi penjumlahan dan pengurangan matriks dan matriks hasil operasinya juga tetap berdimensi 3x2. Tidak dapat dilakukan operasi penjumlahan B+C sebab dimensi kedua matriks tidak sama.

6 Andaikan dua buah matriks A = (, B = ( dan C = ( yang dapat dilakukan operasi penjumlahan memenuhi sifat-sifat: a. Komutatif; A+B = B+A Bukti: b. Asosiatif; (A+B)+C = A + (B+C) Bukti: c. Identitas Penjumlahan Untuk setiap matriks A = ( berdimensi mxn selalu ada matriks nol (0) berdimensi mxn, demikian sehingga: A+0 = 0+A = A. matriks 0 ini disebut matriks identitas penjumlahan. Bukti: d. Invers Aditif (invers penjumlahan) Untuk setiap matriks A = ( berdimensi mxn selalu ada matriks -A = (- sedemikian hingga A + (-A) = (-A) + (A) = 0, dimana 0 adalah matriks nol yang berdimensi sama dengan matriks A. Matriks -A disebut dengan lawan atau negatif dari matriks A, atau invers penjumlahan dari A. Dari sifat yang terakhir ini, dapat dipahami bahwa jika dua matriks A dan B yang mempunyai dimensi yang sama, maka: A-B = A + (-B). jadi mengurangi matriks A dengan matriks yang lain adalah sama saja menambah matriks A tersebut dengan negatif dari matriks yang lain. 3. Perkalian Skalar Definisi: jika A adalah sembarang matriks dan c adalah sembarang scalar, maka hasil kali ca adalah matriks yang diperoleh dengan mengalikan setiap elemen A dengan c. Dalam notasi matriks, jika A = (, maka ca = c ( Contoh 1.10: Untuk matriks-matriks: A=, B=, C= 2A = 2 =

7 (-1)B = (-1) = = Sifat-sifat perkalian skalar dengan matriks: a. Andaikan k dan s adalah skalar dan A = ( matriks, maka: (k+s) A = ka + sa Bukti: b. Andaikan k skalar dan A = ( serta B = ( adalah dua matriks yang berdimensi sama, maka: k (A+B) = ka +kb Bukti: c. Andaikan k dan s skalar serta matriks A = (, maka: K (sa) = (ks) A Bukti: d. Andaikan k skalar, dan matriks A = (, maka ka = Ak Bukti: e. Jika skalar k =1, maka 1A = A Sehubungan dengan sifat ini maka (-1) A = -A 4. Perkalian Matriks Definisi: jika A adalah sebuah matriks m x r dan B adalah sebuah matriks r x n, maka hasil kali AB adalah matriks m x n yang elemen-elemennya didefinisikan sebagai berikut. Untuk mencari elemen dalam baris i dan kolom j dari AB, pilih baris i dari matriks A dan kolom j dari matriks B. Kalikan elemen-elemen yang bersesuaian dari baris dan kolom secara bersama-sama dan kemudian jumlahkan hasil kalinya. Andaikan matriks baris A = ( dan matriks B = Jika AB = C, maka:

8 C = ( = ( C = AB = Perhatikan bahwa dimensi matriks A adalah 1xn dan dimensi dari matriks kolom B adalah nx1 sehingga matriks C= AB mempunyai dimensi 1x1. Untuk matriks yang bukan matriks baris atau matriks kolom, operasinya adalah sebagai berikut. Andaikan A=, dan B= Atau: A = ( ; i = 1, 2, 3,, m; j = 1, 2, 3,,p B = ( ; i = 1, 2, 3, p; j= 1, 2, 3, n AB = C = ( = ; i = 1, 2, 3,, m; j= 1, 2, 3,, n. Dimana: Dua matriks dapat dilakukan operasi perkalian jika banyaknya elemen dari matriks baris A harus sama dengan banyaknya elemen dari matriks kolom B. Oleh karena itu perkalian matriks sering juga disebut dengan perkalian baris kali kolom. Contoh 1.11: Diketahui D=, E= Hitunglah DE dan ED!

9 DE = = = ED = = Apa yang dapat disimpulkan dari contoh 1.11? Sifat-sifat perkalian matriks: Andaikan A = (, B = ( dan C = ( adalah matriks-matriks yang dimensinya sesuai untuk perkalian dan penjumlahan, maka perkalian matriks bersifat: a. Distributif 1) A (B+C) = AB + AC distributif kiri 2) (A+B) C = AC +BC distributif kanan Bukti b. Asosiatif; A(BC) = (AB) C Bukti D. JENIS JENIS MATRIKS (Bagian II) 1. Matriks Eselon Matriks A, untuk A = ( berdimensi mxn disebut matriks eselon baris atau matriks eselon jika dan hanya jika memenuhi sifat: a. Setiap baris yang semua elemennya nol terletak sesudah baris yang mempunyai elemen tidak nol b. Pada setiap baris yang mempunyai elemen tidak nol; elemen tidak nol yang pertama harus terletak dikolom sebelah kanan elemen tidak nol baris sebelumnya. Elemen tidak nol pertama dari suatu baris disebut unsure utama atau elemen pivot. Contoh 1.12:

10 A = ; B= Elemen yang dilingkari menunjukkan elemen pivot. 2. Matriks Segitiga a. Matriks Segitiga Atas Matriks A, untuk A = ( berdimensi nxn dan elemen-elemen = 0 untuk i > j disebut dengan matriks segitiga atas. Atau dengan kata lain Matriks segitiga atas merupakan matriks persegi dengan semua elemen di bawah diagonalnya adalah. Secara umum matriks segitiga atas berbentuk: Contoh : Misalkan b. Matriks Segitiga Bawah Matriks A = ( berdimensi nxn dan elemen-elemen = 0 untuk i < j disebut dengan matriks segitiga bawah. Atau dengan kata lain Matriks segitiga bawah merupakan matriks persegi dengan semua elemen di atas diagonalnya adalah. Secara umum matriks segitiga bawah berbentuk: Contoh: 3. Matriks Diagonal Matriks A, untuk A = ( berdimensi nxn dan elemen-elemen = 0 untuk i > j dan i < j disebut dengan matriks diagonal. Suatu matriks yang memenuhi sifat matriks segitiga atas maupun segitiga bawah disebut matriks diagonal. Atau dengan kata lain

11 suatu matriks persegi yang semua elemen selain diagonalnya adalah 0 dinamakan matriks diagonal. Matriks Diagonal dinotasikan dengan D. Secara umum matriks segitiga atas berbentuk: Perhatikan bahwa semua elemen-elemen diluar posisi elemen diagonal nilainya 0 (nol) Contoh 1.13: B= 4. Matriks Identitas Dari matriks diagonal D = jika nilai = dimana k adalah sebuah skalar, maka matriks ini disebut matriks skalar. Jika k= 1 maka matriks dinamakan matriks identitas. Contoh 1.14: S =, matriks skalar. Untuk k = 1 I=, matriks identitas berdimensi 4 Secara umum matriks I berdimensi n, dinotasikan dengan:

12 Matriks-matriks I dinamakan matriks identitas untuk perkalian matriks karena untuk sembarang matriks A berdimensi mxn selalu ada matriks identitas untuk perkalian dengan A, sedemikian hingga IA = AI = A (coba buktikan!) 5. Matriks Komutatif, Idempoten dan Periodik Dua matriks persegi A = ( dan B = ( yg berdimensi sama disebut komutatif (commute) jika berlaku AB = BA. Sebaliknya, disebut anti komutatif (anticommute) jika berlaku AB = - BA. Matriks persegi A = ( yang berlaku A k+1 = A, dengan k bilangan bulat positif, disebut matriks periodik. Untuk k = 1, berarti A 2 = A, maka A disebut matriks idempoten. Matriks persegi A = ( yang berlaku A p = 0, untuk p bilangan bulat positif disebut matriks nilpoten. Contoh: 1. Andaikan matriks B = B 2 = = B 3 =B 2 B= = =B Tampak bahwa B 3 = B 2+1 = B ini berarti matriks B adalah periodic dengan periode Matriks E = E 2 = EE = = = E Tampak bahwa E 2 = E, berarti matriks E adalah matriks idempoten. 3. Matriks F = F 2 = FF = = F 3 =F 2 F = = = O Karena F 3 = O, maka F adalah nilpoten indeks 3

13 6. Matriks Invers Andaikan A = ( dan B = ( dua matriks persegi berdimensi sama sehingga berlaku : AB = BA = I, maka B disebut invers A ditulis dengan B = A -1. Atau A invers B ditulis dengan A = B -1. Dengan demikian bentuk: AB = BA = I A A -1 = A -1 A=I atau juga B -1 B=B B -1 =I Suatu matriks yang mempunyai invers disebut matriks yang invertible atau matrik non singular. Contoh: Matriks dan saling invers, sebab: = = I Andaikan invers dari matriks A adalah A -1 dan invers dari matriks B adalah B -1 maka berlaku sifat (AB) -1 = B -1 A Transpose Matriks Transpose matriks diperoleh dengan menukar baris menjadi kolom seletak, atau sebaliknya. Transpose dari matriks biasanya dinotasikan dengan. Dalam notasi adalah sebagai berikut: A = A T = dimana = Misalkan dengan Transpose dari, yaitu Dengan demikian bila matriks A = berdimensi mxn, maka matriks A T =( akan berdimensi nxm.

14 Contoh : Misalkan maka transpose dari adalah Dari definisi transpose matriks tersebut diturunkan beberapa sifat yang berhubungan dengan transpose matriks, yaitu: 1. (A T ) T = A 2. (A + B) T = A T + B T 3. (AB) T = B T A T Bukti: 8. Matriks Simetri dan Matriks Simetri Miring Andaikan A = adalah matriks persegi berdimensi n. Matriks A dikatakan Matriks simetri yang memenuhi. Contoh : Misalkan maka. Berarti matriks A adalah matriks simetri. Sedangkan untuk matriks A = dikatakan Matriks simetri miring yang memenuhi adalah matriks persegi berdimensi n. Matriks A. Karena untuk setiap I dan j. khusus untuk diagonal (i=j), maka artinya elemen diagonal suatu matriks miring adalah berupa bilangan yang sama dengan negatifnya, bilangan tersebut adalah bilangan 0. Contoh : C = ; C T = = - = -C Karena C T = -C maka C adalah matriks simetri miring. 9. Conjugate Matriks Misalkan adalah matriks dengan elemen-elemen dalam matriksnya merupakan bilangan kompleks. Untuk bilangan kompleks z = a+bi maka conjugate bilangan kompleks z dinotasikan dengan =. Conjugate dari adalah dirinya sendiri.. Jadi conjugate dari conjugate bilangan kompleks adalah

15 Andaikan A adalah suatu matriks dengan elemen-elemen bilangan kompleks, maka conjugate dari matriks dinotasikan dengan adalah suatu matriks yang diperoleh dengan mencari conjugate dari setiap elemen-elemen matriks A. Contoh: A = ; Andaikan A = dan B = adalah matriks-matriks yang mempunyai elemen bilangan kompleks, dan masing-masing conjaget dari A dan B, serta k adalah skalar dengan adalah conjugate dari k, maka: a. b. c. d. e. notasi untuk transpose dari conjugate (conjugate dari transpose) suatu matriks A adalah A H. Jadi dalam hal ini A H = atau A H =. 10. Matriks Hermitian dan Skew Hermitian Matriks persegi A = berdimensi n dikatakan Matriks Hermitian jika dan hanya jika berlaku A H = A. berdasarkan definisi tersebut matriks A adalah hermitian jika unsure-unsurnya berlaku hubungan untuk setiap i dan j. Khusus untuk elemen diagonal, i=j maka haruslah yang berarti menggambarkan suatu bilangan yang sama dengan conjugatenya. Jadi elemen diagonal dari matriks hermitian adalah bilangan real. Contoh: Tunjukkan bahwa A = adalah hermitian! Solusi: =A

16 Matriks persegi A = berdimensi n dikatakan Matriks Skew Hermitian jika dan hanya jika berlaku A H =- A. berdasarkan definisi tersebut matriks A adalah hermitian jika unsure-unsurnya berlaku hubungan untuk setiap i dan j. Khusus untuk elemen diagonal, i=j maka haruslah yang berarti menggambarkan suatu bilangan yang sama dengan negatif conjugatenya. Jadi elemen diagonal dari matriks hermitian adalah bilangan 0 atau bilangan imajiner. Contoh: Tunjukkan bahwa C = adalah skew hermitian! Solusi: = -C 11. Matriks Ortogonal Matriks persegi A = berdimensi n disebut Matriks ortogonal jika dan hanya jika memenuhi AA T =I=A T A. Disisi lain pada pembahasan tentang matriks invers, untuk matriks persegi A yang non-singular maka ada invers A, ditulis sehingga berlaku Contoh: Tunjukkan bahwa matriks B = matriks orthogonal! Solusi:

17 B T = B B T = = = I Jadi B adalah matriks orthogonal. 12. Matriks Uniter Matriks persegi A = berdimensi n dengan elemen matriks adalah bilangan kompleks. Matriks disebut Matriks uniter jika berlaku A H A= I = AA H. Sehubungan dengan matriks invers maka matriks uniter adalah matriks yang mempunyai invers sana dengan conjugate transposenya A H. Contoh: Tunjukkan bahwa matriks C = adalah uniter! Solusi: ; C H = C H C= = =I CC H = = =I Jadi, C adalah uniter. 13. Matriks Normal Matriks persegi A = berdimensi n yang memenuhi AA T = A T A (untuk anggotaanggota A adalah bilangan real); atau A H A=AA H (untuk anggota-anggota A adalah dari bilangan kompleks) disebut matriks normal. Berdasarkan pengertian tersebut

18 jelas bahwa matriks orthogonal dan matriks uniter adalah salah satu contoh dari matriks normal. Contoh: Apakah matriks A = matriks normal? Solusi: A T = A A T = = A T A = = Jadi, A adalah matriks normal.