Universitas Muhammadiyah Sukabumi Artikel Aljabar Vektor dan Matriks Oleh : Zie_Zie Vektor Vektor 1. Pengertian Vektor a. Definisi Vektor adalah suatu besaran yang mempunyai nilai (besar) dan arah. Contohnya yaitu gaya,kecepatan,percepatan dan lain-lain. b. Notasi Vektor Vektor ini dinyatakan dengan Notasi,,, a, atau dibaca Vektor AB. Titik A disebut pangkal (titik awal) dan B disebut titik ujung (terminal). Panjang dari titik A ke B menunjukan besar Vektor dan arah panah menunjukan arah vector. c. Kesamaan Dua Vektor Dua Vektor dan disebut sama jika keduanya mempunyai panjang dan arah yang sama. Untuk dan di R2 : Vektor dan sama x1 x2 dan y1 y2 Untuk dan di R3 : Vektor dan sama x1 x2, y1 y2 dan z1 z2 2. Sistem Koordinasi dalam Bidang dan Ruang
A. Sistem Koordinasi dalam Bidang Sistem koordinasi dalam bidang adalah ruang berdimensi 2 atau R2 yang dinyatakan dengan adanya dua buah sumbu yang saling berpotongan tegak lurus. Sebuah titik P dalam system koordinat cartesius berkorespondennsi dengan pasangan bialangan terurut (x,y). koordinat (x,y) menentukan jarak serta arah titik P terhadap sumbu x dan sumbu y. bilangan pertama x disebut absis dan bilangan kedua y disebut ordinat. 3. Aljabar Matrik Elementer Definisi: Matrik A berukuran mxn ialah suatu susunan angka dalam persegi empat ukuran m x n, sebagai berikut: atau A (aij) Untuk menyatakan elemen matrik A yang ke (i,j), yaitu aij, digunakan notasi (A)ij. Ini berarti aij (A)ij. Bila m n, matrik dinamai matrik bujur sangkar berukuran m. Matrik berukuran mx1 disebut vektor kolom dan berukuran 1xn disebut vektor baris. Contoh: a, suatu vektor kolom, ai menyatakan komponen a ke i. b, suatu vektor baris, bi menyatakan komponen b ke i. (A)i. menyatakan vektor baris ke i matrik A. (A).j menyatakan vektor kolom ke j matrik A. 4. Berbagai jenis matrik dan vektor : 1. Matrik Diagonal Elemen diagonal matrik A ialah a11, a22,,, amm, khusus untuk matrik bujur sangkar; dan
vektor a dengan m komponen adalah sebagai berikut : a Bila semua elemen selain a11, a22,,, amm bernilai 0, A disebut matrik diagonal. A diag ( a11, a22,,, amm) menyatakan matrik diagonal dengan elemen diagonal a11, a22,,, a mm. Bila aii 1 untuk i 1, 2,, m, maka A disebut matrik identitas berukuran m, dinotasikan I m atau I. DA diag ( a 11, a 22,,, amm) dan Da diag ( a 1, a 2,, a m) DA Da Bila A diag ( a 1, a 2,, a m) dan b skalar, maka A b diag. 1. Matrik Segitiga Matrik segitiga ialah matrik dengan elemen di atas atau di bawah diagonal bernilai 0. Matrik segitiga terdiri dari dua macam, segitiga atas dan segitiga bawah. Segitiga atas bila yang bernilai 0 adalah elemen di bawah diagonal, dan segitiga bawah bila yang bernilai 0 di atas diagonal. Contoh matrik segitiga atas (misal dinamai P) dan segitiga bawah (misal dinamai Q) adalah sebagai berikut : P Q Bila A I m, maka terdapat vektor e 1, e 2, e m, masing-masing menyatakan suatu vektor dengan komponen ke 1, 2, m bernilai 1 dan komponen yang lain bernilai 0, dinyatakan sebagai berikut : Vektor 0, Vektor 1 dan Matrik 0 0 menyatakan skalar bernilai 0. 0 menyatakan vektor dengan semua komponen bernilai 0. (0) menyatakan matrik dengan semua elemen bernilai 0. 1 menyatakan vektor dengan semua komponen bernilai 1.
1m menyatakan vektor berukuran m komponen yang semuanya bernilai 1. 3. Operasi Matrik 1. a. Penjumlahan, Matrik yang dijumlahkan harus mempunyai ukuran yang sama, yaitu banyak baris dan kolom sama. A + B (aij) + (bij) (aij + bij) 1. b. Perkalian matrik dengan skalar, Bila A matrik dan skalar, maka : A A (aij) 1. c. Perkalian matrik dengan matrik, Ada dua macam perkalian matrik, yaitu perkalian sebelum (premultiplication) dan perkalian sesudah ( postmultiplication), dan hasilnya tidak sama. Matrik A dikalikan dengan cara sebelum dengan matrik B, dituliskan BA; dan dikalikan secara sesudah dituliskan AB. Hasil BA tidak sama dengan AB. Ukuran matrik yang dikalikan harus sesuai. Bila A berukuran mxn, maka matrik B yang akan dikalikan dengan A harus berukuran nxp, akan menghasilkan matrik baru, misal C berukuran mxp. Elemen ke (i,j) matrik C, yaitu cij, didapatkan dengan cara berikut : cij (A)i. (B).j Penjabaran : C A B cij (ab)ij (A)i. (B).j vektor baris ke i matrik A dikalikan vektor kolom ke j matrik B
Matrik A yang memenuhi sifat A A A 2 A disebut matrik idempoten. Teorema 1 Bila dan skalar, sedang A, B, dan C matrik, maka berlaku beberapa sifat berikut : (a) A + B B + A (b) (A+B) + C A + (B + C) (c) (A + B) A + B (d) ( + ) A A + A (e) A A A + ( A) (0) (f) A(B + C) AB + AC (g) (A + B)C AC + BC (h) (AB)C A(BC) Transpose Transpose matrik A dinotasikan A T atau didapatkan dengan cara menukar elemen baris ke i matrik A menjadi elemen kolom ke i. Bila matrik A berukuran mxn, maka berukuran nxm dan elemen yang ke (i,j) adalah aji; dapat pula dinyatakan ()ij (A)ji. Berikut ini adalah contoh matrik, A, B, Diketahui matrik A berukuran mxp dan matrik B berukuran pxn, maka elemen ke (i,j) matrik (AB) dinyatakan sebagai berikut :
((AB) )ij (AB)ji (A)j. (B).i (elemen baris ke i matrik B )(elemen kolom ke j matrik ) (B )i. ().j (B )ij Jadi : () B Teorema 2 Diketahui dan skalar, sedang A dan B matrik, maka berlaku beberapa sifat berikut : (a) (A) A (b) (A ) A (c) (A + B) A + B
(d) () B Bila A berukuran mxm maka juga berukuran mxm. Pada kasus A, matrik A disebut matrik simetri; dan bila A -, A disebut matrik skew simetri. Transpose vektor kolom adalah vektor baris, dan ada matrik khusus (misal matrik Elementer dinotasi-kan E) merupakan hasil kali vektor kolom dengan vektor baris, eij (E)ij ei ej. Dalam notasi lengkap, ei,m e j,n menghasilkan matrik E berukuran mxn, dengan elemen yang tidak nol bernilai 1 dan terletak pada posisi atau elemen ke (i,j). Bagaimanakah bentuk matrik E? Setiap matrik A berukuran mxn dapat dinyatakan sebagai persamaan berikut : (A) Trace Trace terdefinisikan hanya pada matrik bujursangkar. Bila matrik A berukuran mxm maka trace A, dinotasikan tr(a), adalah jumlah elemen diagonal matrik A, tr(a) Matrik A berukuran mxn dan B berukuran nxm, maka matrik AB berukuran mxm. Berlaku : trace (AB) trace (BA) Penjabaran : tr(ab) Jadi : tr(ab) tr(ba) Teorema 3 Diketahui skalar, sedang A dan B matrik. Dengan menganggap kedua matrik ukurannya sesuai bila dikalikan, maka berlaku sifat berikut :
(a) tr(a ) tr(a) (b) tr(a) tr(a) (c) tr(a + B) tr(a) + tr(b) (d) tr(ab) tr(ba) (e) tr(a A) 0 bila dan hanya bila A (0) Determinan Sebelum diuraikan perhitungan determinan dengan cara lain lebih dulu akan diuraikan dua pengertian penting, yaitu minor dan kofaktor. Minor aij, dengan aij elemen matrik A berukuran mxm, dinotasikan mij, adalah determinan matrik beru-kuran (m-1)x(m-1). Matrik ini didapatkan dengan cara menghilangkan baris ke i dan kolom ke j matrik A. Kofaktor aij dinotasikan Aij dinyatakan dengan persamaan berikut : Aij (-1)i+j mij Determinan matrik A berukuran mxm didapatkan dengan dua cara, yaitu ekspansi menurut baris ke i dan menurut kolom ke j, masing-masing dinyatakan dengan persamaan berikut : A dan A Bila elemen dan kofaktor tidak bersesuaian hasil ekspansi akan bernilai 0. Ini berarti, kalau dida-patkan persamaan bernilai 0 sebagai berikut : 0 Teorema 4 Bila skalar, sedang A dan B masing-masing matrik berukuran mxm maka berlaku sifat berikut. (a) A A
(b) A m A (c) Bila A matrik diagonal maka A a 11 a 22 a mm (d) Bila terdapat satu baris atau kolom matrik A yang semua elemennya bernilai 0 maka A 0. (e) Bila terdapat dua baris atau kolom matrik A dengan elemen-elemen baris atau kolom yang satu merupakan kelipatan elemen-elemen baris atau kolom yang lain, maka A 0. (f) Pertukaran elemen di dua baris atau kolom matrik A menyebabkan perubahan tanda A. (g) Bila semua elemen di satu baris atau kolom matrik A dikalikan maka nilai determinannya menjadi kali. (h) Determinan A tidak berubah bila kelipatan satu baris atau kolom ditambahkan kepada baris atau kolom yang lain. (i) AB A B Invers Matrik A berukuran mxm disebut matrik nonsingular bila A tidak nol. Matrik mempunyai invers tung-gal, dinotasikan A -1, dan memenuhi sifat berikut, A A-1 A-1A I Teorema 4 Bila skalar, sedang A dan B matrik nonsingular berukuran mxm, maka berlaku : (a) (A) -1-1 A -1 (b) (A ) -1 (A -1 ) (c) (A -1 ) -1 A
(d) A -1 A -1 (e) Bila A diag( a 11, a 22,,,amm), maka A -1 diag(. (f) Bila A A, maka A -1 (A -1 ) (g) (AB) -1 B -1 A -1