Ketaksamaan Cauchy-Schwarz, Ketaksamaan Bessel, dan Kesamaan Parseval di Ruang n-hasilkali Dalam Baku. Hendra Gunawan

dokumen-dokumen yang mirip
TEOREMA TITIK TETAP PADA RUANG NORM-n STANDAR. Shelvi Ekariani KK Analisis dan Geometri FMIPA ITB

Rumus eksplisit untuk sudut antara dua subruang dari suatu ruang hasilkali dalam 1. Hendra Gunawan 2

Teorema Titik Tetap di Ruang Norm-2 Standar

Ruang Norm-n Berdimensi Hingga

BEBERAPA KONSEP ORTOGONALITAS DI RUANG NORM

Edisi Juni 2011 Volume V No. 1-2 ISSN SIFAT-SIFAT RUANG HASIL KALI DALAM-n KOMPLEKS

TEOREMA TITIK TETAP DI RUANG BARISAN p-summable DALAM NORM-n

Ruang Norm-2 dan Ruang Hasil Kali Dalam-2

ORTOGONALITAS-P DI RUANG NORM-n

BAB 2 RUANG HILBERT. 2.1 Definisi Ruang Hilbert

FUNGSIONAL LINEAR-2 DALAM RUANG NORM-2 2-LINEAR FUNCTIONALS IN 2-NORMED SPACE

JMP : Volume 1 Nomor 1, April 2009 KETAKSAMAAN CAUCHY SCHWARZ PADA RUANG HASIL KALI DALAM-2

DASAR-DASAR TEORI RUANG HILBERT

Kelengkapan Ruang l pada Ruang Norm-n

Perluasan Teorema Cayley-Hamilton pada Matriks

ORTOGONALITAS DI RUANG BERNORM

0. Pendahuluan. 0.1 Notasi dan istilah, bilangan kompleks

Latihan 5: Inner Product Space

ANALISIS NUMERIK LANJUT. Hendra Gunawan, Ph.D. 2006/2007

Beberapa Sifat Operator Self Adjoint dalam Ruang Hilbert

Ekuivalensi Norm-n dalam Ruang R d

ANALISIS REAL. (Semester I Tahun ) Hendra Gunawan. September 12, Dosen FMIPA - ITB

UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA

DIAGONALISASI MATRIKS KOMPLEKS

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

6 Sistem Persamaan Linear

RENCANA KEGIATAN PERKULIAHAN Kode Mata Kuliah : MAA 526 Nama Mata Kuliah : Analisis Fungsional

Trihastuti Agustinah

MUH1G3/ MATRIKS DAN RUANG VEKTOR

4.1 Algoritma Ortogonalisasi Gram-Schmidt yang Diperumum

MA5032 ANALISIS REAL

Aljabar Linear Elementer

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN MATEMATIKA FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS VETERAN BANGUN NUSANTARA SUKOHARJO

CHAPTER 6. Ruang Hasil Kali Dalam

SOLUSI PENDEKATAN TERBAIK SISTEM PERSAMAAN LINEAR TAK KONSISTEN MENGGUNAKAN DEKOMPOSISI NILAI SINGULAR

Analisis Fungsional. Oleh: Dr. Rizky Rosjanuardi, M.Si Jurusan Pendidikan Matematika UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA

BAB III MATRIKS HERMITIAN. dan konsep-konsep lainnya yang berkaitan dengan matriks Hermitian. Matriks

BAB 6 RUANG HASIL KALI DALAM. Dr. Ir. Abdul Wahid Surhim, MT.

9. Teori Aproksimasi

II. LANDASAN TEORI. Pada bab ini akan dijelaskan mengenai teori-teori yang berhubungan dengan

Ruang Vektor Euclid R n

MA3231 Analisis Real

BAB III OPERATOR LINEAR TERBATAS PADA RUANG HILBERT. Operator merupakan salah satu materi yang akan dibahas dalam fungsi

SUMMARY ALJABAR LINEAR

G a a = e = a a. b. Berdasarkan Contoh 1.2 bagian b diperoleh himpunan semua bilangan bulat Z. merupakan grup terhadap penjumlahan bilangan.

REDUNDANSI FRAME DAN PENGARUHNYA PADA DEKOMPOSISI FUNGSI DI RUANG HILBERT

ALGORITMA ELIMINASI GAUSS INTERVAL DALAM MENDAPATKAN NILAI DETERMINAN MATRIKS INTERVAL DAN MENCARI SOLUSI SISTEM PERSAMAAN INTERVAL LINEAR

ALJABAR LINEAR BASIS RUANG BARIS DAN BASIS RUANG KOLOM SEBUAH MATRIKS. Dosen Pengampu: DARMADI, S.Si, M.Pd. Oleh: Kelompok III

BAB II LANDASAN TEORI

TINJAUAN PUSTAKA. Dalam bab ini akan dibahas beberapa konsep mendasar meliputi ruang vektor,

SATUAN ACARA PERKULIAHAN UNIVERSITAS GUNADARMA

BAB III KEKONVERGENAN LEMAH

ISSN: X 35 SEMI HASIL KALI DALAM ATAS DAN BAWAH

MATERI ALJABAR LINEAR LANJUT RUANG VEKTOR

ALJABAR LINEAR SUMANANG MUHTAR GOZALI KBK ANALISIS

KAJIAN KONSEP RUANG NORMA-2 DENGAN DOMAIN PEMETAAN BERUPA RUANG BERDIMENSI HINGGA

SIFAT-SIFAT HIMPUNAN PROXIMINAL

BAHAN AJAR ANALISIS REAL 1 Matematika STKIP Tuanku Tambusai Bangkinang

Kata Pengantar. Puji syukur kehadirat Yang Maha Kuasa yang telah memberikan pertolongan hingga modul ajar ini dapat terselesaikan.

CHAPTER 6. INNER PRODUCT SPACE

II LANDASAN TEORI. Contoh. Ditinjau dari sistem yang didefinisikan oleh:

Analisis Matriks. Ahmad Muchlis

Definisi Jumlah Vektor Jumlah dua buah vektor u dan v diperoleh dari aturan jajaran genjang atau aturan segitiga;

11. FUNGSI MONOTON (DAN FUNGSI KONVEKS)

UNIVERSITAS GADJAH MADA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM JURUSAN MATEMATIKA PROGRAM STUDI S1 MATEMATIKA Sekip Utara, Yogyakarta

REPRESENTASI FUNGSIONAL-2 DI l p. Yosafat Eka Prasetya Pangalela Institut Teknologi Bandung

Beberapa Pertidaksamaan Tipe Ostrowski

17. Transformasi Wavelet Kontinu dan Frame

BAB II SISTEM PERSAMAAN LINEAR. Sistem persamaan linear ditemukan hampir di semua cabang ilmu

PENGANTAR ANALISIS FUNGSIONAL

KEKONVERGENAN LEMAH PADA RUANG HILBERT

MA Analisis dan Aljabar Teori=4 Praktikum=0 II (angka. 17 Juli

Pertama, daftarkan kedua himpunan vektor: himpunan yang merentang diikuti dengan himpunan yang bergantung linear, perhatikan:

KS KALKULUS DAN ALJABAR LINEAR Vektor di Ruang N TIM KALIN

KAJIAN MATRIKS JORDAN DAN APLIKASINYA PADA SISTEM LINEAR WAKTU DISKRIT

Ruang Hasil Kali Dalam

Pengantar Vektor. Besaran. Vektor (Mempunyai Arah) Skalar (Tidak mempunyai arah)

Catatan Kuliah MA1123 Kalkulus Elementer I

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

8. Deret Fourier yang Diperumum dan Hampiran Terbaik di L 2 (a, b)

Hand-Out Geometri Transformasi. Bab I. Pendahuluan

Aljabar Linier Elementer. Kuliah ke-9

Daftar Isi 5. DERET ANALISIS REAL. (Semester I Tahun ) Hendra Gunawan. Dosen FMIPA - ITB September 26, 2011

MA5031 Analisis Real Lanjut Semester I, Tahun 2015/2016. Hendra Gunawan

BAB III PEREDUKSIAN RUANG INDIVIDU DENGAN ANALISIS KOMPONEN UTAMA. Analisis komponen utama adalah metode statistika multivariat yang

dari ruang vektor berdimensi hingga V (dimana I adalah suatu himpunan indeks) disebut basis bagi V jika V = span(ψ) dan vektorvektor

OPERASI MODIFIKASI ARITMATIKA INTERVAL TERHADAP INVERS MATRIKS INTERVAL

DASAR-DASAR ANALISIS MATEMATIKA

MA3231 Analisis Real

Euclidean n & Vector Spaces. Matrices & Vector Spaces

MATRIKS UNITER, SIMILARITAS UNITER DAN MATRIKS NORMAL. Anis Fitri Lestari. Mahasiswa Universitas Muhammadiyah Ponorogo ABSTRAK

7. NILAI-NILAI VEKTOR EIGEN. Nilai Eigen dan Vektor Eigen Diagonalisasi Diagonalisasi Ortogonal

Trihastuti Agustinah

MUH1G3/ MATRIKS DAN RUANG VEKTOR

Pertemuan Ke 2 SISTEM PERSAMAAN LINEAR (SPL) By SUTOYO,ST.,MT

BAB II TEORI KODING DAN TEORI INVARIAN

RANK MATRIKS ATAS RING KOMUTATIF

BAB 2 LANDASAN TEORI

OSN MATEMATIKA SMA Hari 1 Soal 1. Buktikan bahwa untuk sebarang bilangan asli a dan b, bilangan. n = F P B(a, b) + KP K(a, b) a b

Transkripsi:

Ketaksamaan Cauchy-Schwarz, Ketaksamaan Bessel, dan Kesamaan Parseval di Ruang n-hasilkali Dalam Baku Hendra Gunawan Departemen Matematika, ITB, Bandung 40132 hgunawan@dns.math.itb.ac.id 1

Abstrak Beberapa hasil penelitian terkini tentang ruang n-hasilkali dalam, di antaranya adalah generalisasi dari ketaksamaan Cauchy- Schwarz, ketaksamaan Bessel, dan kesamaan Parseval di ruang n-hasilkali dalam baku, akan disajikan. 2

Pendahuluan Untuk kemudahan, kita hanya akan bekerja dengan ruang hasilkali dalam real, walaupun sesungguhnya fakta-fakta yang dikemukakan di sini berlaku di ruang hasilkali dalam kompleks. Misalkan H ruang vektor real yang dilengkapi dengan hasilkali dalam, : H H R, yang memenuhi (1) x, x 0 x H; x, x = 0 j.h.j. x = 0, (2) x, y = y, x x, y H, (3) αx, y = α x, y x, y H, α R, dan (4) x + y, z = x, z + y, z x, y, z H. Dalam perkataan lain, (H,, ) merupakan ruang hasilkali dalam. 3

Pada (H,, ), berlaku ketaksamaan Cauchy-Schwarz: x, y 2 x, x y, y. Selanjutnya, kita dapat mendefinisikan norm : H R dengan x := x, x 1/2. Periksa bahwa memenuhi (5) x 0 x H; x = 0 j.h.j. x = 0, (6) αx = α x x H, α R, dan (7) x + y x + y x, y H. Ketaksamaan pada (7) dikenal sebagai ketaksamaan segitiga. 4

Pada (H,, ), berlaku hukum Pythagoras: x + y 2 = x 2 + y 2 asalkan x, y = 0, dan kesamaan polarisasi: serta hukum jajarangenjang: x + y 2 x y 2 = 4 x, y, x + y 2 + x y 2 = 2 x 2 + 2 y 2. Kesamaan terakhir merupakan ciri sebuah norm yang diperoleh dari hasilkali dalam. 5

Misalkan I suatu himpunan indeks (biasanya merupakan himpunan terhitung). Himpunan {e i : i I}, dengan e i 0 i I, dikatakan ortogonal apabila e i, e j = 0 untuk setiap i j. Himpunan ortogonal {e i : i I} dikatakan ortonormal apabila e i = 1 i I. Himpunan ortonormal {e i : i I} dikatakan lengkap apabila x = i I x, e i e i untuk setiap x H. 6

Jika {e i : i I} merupakan himpunan ortonormal di H, maka untuk setiap x H berlaku ketaksamaan Bessel: i I x, e i 2 x 2. Jika himpunan ortonormal {e i : i I} lengkap, maka untuk setiap x H berlaku kesamaan Parseval: Sebaliknya juga benar: {e i : i I} lengkap. i I x, e i 2 = x 2. jika kesamaan Parseval berlaku, maka 7

Ruang n-hasilkali dalam Misalkan H ruang vektor real berdimensi d n (n 2). Sebarang fungsi bernilai real,,..., pada H n+1 yang memenuhi kelima sifat berikut: H1. x 1, x 1 x 2,..., x n 0; x 1, x 1 x 2,..., x n = 0 jhj x 1, x 2,..., x n bergantung linear; H2. x 1, x 1 x 2,..., x n = x i1, x i1 x i2,..., x in untuk tiap permutasi (i 1,..., i n ) dari (1,..., n); H3. x 0, x 1 x 2,..., x n = x 1, x 0 x 2,..., x n ; H4. αx 0, x 1 x 2,..., x n = α x 0, x 1 x 2,..., x n, α R; 8

H5. x 0 +x 0, x 1 x 2,..., x n = x 0, x 1 x 2,..., x n + x 0, x 1 x 2,..., x n, disebut n-hasilkali dalam pada H, dan pasangan (H,,,..., ) disebut ruang n-hasilkali dalam. Pada ruang n-hasilkali dalam (H,,,..., ), berlaku ketaksamaan Cauchy-Schwarz x 0, x 1 x 2,..., x n 2 x 0, x 0 x 2,..., x n x 1, x 1 x 2,..., x n, dengan kesamaan dipenuhi j.h.j. linear (lihat [G1]). x 0, x 1, x 2,..., x n bergantung 8

Selanjutnya, fungsi,..., yang didefinisikan pada H n oleh x 1, x 2,..., x n := x 1, x 1 x 2,..., x n 1/2 merupakan suatu n-norm pada H, yang memenuhi keempat sifat berikut: N1. x 1,..., x n 0; x 1,..., x n = 0 jhj x 1,..., x n bergantung linear; N2. x 1,..., x n invarian terhadap permutasi; N3. αx 1, x 2,..., x n = α x 1, x 2,..., x n, α R; N4. x 0 + x 1, x 2,..., x n x 0, x 2,..., x n + x 1, x 2,..., x n. 9

Contoh. Jika (H,, ) merupakan ruang hasilkali dalam, maka H dapat pula dilengkapi dengan n-hasilkali dalam baku x 0, x 1 x 2,..., x n := dan n-norm baku Perhatikan bahwa x 0, x 1 x 0, x 2... x 0, x n x 2, x 1 x 2, x 2... x 2, x n...... x n, x 1 x n, x 2... x n, x n x 1, x 2,..., x n := x 1, x 1 x 2,..., x n 1/2. x 1,..., x n 2 = G(x 1,..., x n ), yang merupakan determinan Gram (lihat [FRG] and [MPF]). Secara geometris, x 1,..., x n menyatakan volume paralelpipedium berdimensi n yang direntang oleh x 1,..., x n. 10

Catatan. Konsep ruang n-norm dikembangkan lebih dahulu oleh Gähler pada tahun 1960-an sebagai generalisasi dari konsep panjang, luas dan volume di ruang vektor real (lihat [Ga1], [Ga2] and [Ga3]). Konsep ruang n-hasilkali dalam dikembangkan belakangan oleh Diminnie, Gähler dan White [DGW1] dan [DGW2] (untuk n = 2) pada tahun 1970-an, serta Misiak [M1] (untuk n 2) pada akhir tahun 1980-an. 11

Seperti halnya ruang hasilkali dalam, ruang n-hasilkali dalam (H,,,..., ) mempunyai sejumlah sifat yang bagus. Selain ketaksamaan Cauchy-Schwarz, kita juga mempunyai kesamaan polarisasi: x 0 + x 1, x 2,..., x n 2 x 0 x 1, x 2,..., x n 2 = 4 x 0, x 1 x 2,..., x n, dan hukum jajarangenjang: x 0 + x 1, x 2,..., x n 2 + x 0 x 1, x 2,..., x n 2 = 2( x 0, x 2,..., x n 2 + x 1, x 2,..., x n 2 ), yang merupakan ciri sebuah n-norm yang diperoleh dari n-hasilkali dalam. 12

Kemudian, dari kesamaan polarisasi dan sifat (H2), kita peroleh x 0, x 1 x 2,..., x n = x 0, x 1 x i2,..., x in untuk tiap permutasi (i 2,..., i n ) dari (2,..., n). Selanjutnya, jika x 0 atau x 1 merupakan kombinasi linear dari x 2,..., x n, maka dan dalam hal ini kita peroleh x 0, x 1 x 2,..., x n = 0, x 0 + x 1, x 2,..., x n 2 = x 0, x 2,..., x n 2 + x 1, x 2,..., x n 2. 13

Sebelumnya kita telah mengetahui bahwa pada ruang hasilkali dalam (H,, ), kita dapat mendefinisikan n-hasilkali dalam baku. Sebaliknya, pada ruang n-hasilkali dalam (H,,,..., ), kita juga dapat mendefinisikan suatu hasilkali dalam. Persisnya, ambil sebarang himpunan bebas linear {a 1,..., a n } di H. Lalu, untuk setiap x, y H, definisikan x, y := {i 2,...,i n } {1,...,n} x, y a i2,..., a in. Maka, merupakan hasilkali dalam pada H. Pengamatan lebih lanjut tentang hal ini dapat dilihat di [G2] dan [G3]. 14

Catatan. Walaupun ruang n-hasilkali dalam ternyata merupakan ruang hasilkali dalam, generalisasi dari ketaksamaan Cauchy- Schwarz, ketaksamaan Bessel, dan kesamaan Parseval di ruang n-hasilkali dalam baku, yang berupa ketaksamaan/kesamaan determinantal, cukup menarik untuk dibahas. Di samping memberikan kemudahan dalam penyajian, konsep n-hasilkali dalam ternyata membuka jalan bagi penemuan baru. 15

Ketaksamaan dan kesamaan di ruang n-hasilkali dalam baku Misalkan (H,, ) ruang hasilkali dalam yang juga dilengkapi dengan n-hasilkali dalam baku,,...,. Maka kita mempunyai teorema berikut tentang ketaksamaan Cauchy-Schwarz di H: Teorema 1. Ketaksamaan Cauchy-Schwarz x 0, x 1 x 2,..., x n 2 x 0, x 2,..., x n 2 x 1, x 2,..., x n 2 ekivalen dengan ketaksamaan determinantal x 0, x 0 x 0, x 1... x 0, x n x 1, x 0 x 1, x 1... x 1, x n...... x n, x 0 x n, x 1... x n, x n 0. 16

Catatan. Kebenaran masing-masing ketaksamaan dalam Teorema 1 merupakan hal yang trivial. Untuk n = 1 atau 2, ekivalensi di antara kedua ketaksamaan tersebut mudah dilihat. Teorema 1 merupakan konsekuensi dari fakta berikut: Fakta. Setiap matriks A 1 = [a ij ] berukuran N N (N 3), dengan determinan submatriks A m = [a ij ] i,j=m,...,n (m = 3,..., N) bernilai tak nol, mestilah memenuhi A 1 A 3 = A 11 A 22 A 12 A 21 dimana A ij adalah matriks (N 1) (N 1) yang diperoleh dari A 1 dengan menghapus baris ke-i dan kolom ke-j. (Khususnya, jika A 1 simetris, maka A 1 A 3 = A 11 A 22 A 12 2.) 17

Teorema 2. Jika {e k } merupakan himpunan ortonormal di H, maka untuk setiap x 1,..., x n H berlaku ketaksamaan Bessel: k e k, x 1 e k, x 2... e k, x n x 2, x 1 x 2, x 2... x 2, x n...... x n, x 1 x n, x 2... x n, x n x 1, x 1... x 1, x n..... x n, x 1... x n, x n 2 x 2, x 2... x 2, x n..... x n, x 2... x n, x n. (1) Jika, sebagai tambahan, {e k } lengkap, maka kesamaan berlaku. 18

Catatan. Untuk n = 1, ruas kanan disepakati terdiri dari suku pertama saja: ketaksamaan di atas tak lain merupakan ketaksamaan Bessel di ruang hasilkali dalam, sementara kesamaannya dikenal sebagai kesamaan Parseval. Dengan menggunakan notasi n-hasilkali dalam baku, ketaksamaan (1) dapat dituliskan sebagai k e k, x 1 x 2,..., x n 2 x 1, x 2,..., x n 2 x 2,..., x n 2 n 1, dengan,..., n 1 menyatakan (n 1)-norm baku pada H. Seperti halnya Teorema 1, Teorema 2 dapat dibuktikan pula dengan menggunakan fakta tadi. Sketsa buktinya adalah sebagai berikut. 19

Sketsa Bukti Teorema 2 (untuk n 2). Pertama catat jika x 1, x 2,..., x n bergantung linear, maka kedua ruas (1) bernilai 0 dan karenanya tak ada yang harus dibuktikan. Jadi, untuk selanjutnya asumsikan bahwa x 1, x 2,..., x n bebas linear. Untuk setiap k, tinjau (n + 1) (n + 1) matriks simetris berikut e k, e k e k, x 1... e k, x n x 1, e k x 1, x 1... x 1, x n...... x n, e k x n, x 1... x n, x n Maka, dengan menggunakan fakta tentang determinan matriks, kita mempunyai e k, x 1 x 2,..., x n 2 = e k, x 2,..., x n 2 x 1, x 2,..., x n 2. e k, x 1, x 2,..., x n 2 n+1 x 2,..., x n 2 n 1. 20

Sekarang bagi kedua ruas dengan x 1, x 2,..., x n 2 x 2,..., x n 2 n 1 untuk memperoleh e k, x 1 x 2,..., x n 2 x 1, x 2,..., x n 2 x 2,..., x n 2 n 1 = e k, x 2,..., x n 2 x 2,..., x n 2 n 1 e k, x 1, x 2,..., x n 2 n+1 x 1, x 2,..., x n 2. Selanjutnya kita tinggal menunjukkan bahwa, dengan menggerakkan nilai k, jumlah dari suku-suku di ruas kanan lebih kecil daripada 1 (atau, dalam kasus di mana {e k } lengkap, sama dengan 1). Semua ini dapat dilakukan dengan bantuan intuisi geometris dari n-norm baku, proyeksi ortogonal, proses Gram- Schmidt, dan hukum Pythagoras, serta ketaksamaan Bessel (dan kesamaan Parseval) di ruang hasilkali dalam (lihat [G4]). 21

Rujukan [DGW1] C. Diminnie, S. Gähler and A. White, 2-inner product spaces, Demonstratio Math. 6 (1973), 525-536. [DGW2] C. Diminnie, S. Gähler and A. White, 2-inner product spaces. II, Demonstratio Math. 10 (1977), 169-188. [Ga1] S. Gähler, Lineare 2-normietre Räume, Math. 28 (1965), 1-43. Nachr. [Ga2] S. Gähler, Untersuchungen über verallgemeinerte m-metrische Räume. I, Math. Nachr. 40 (1969), 165-189. [Ga3] S. Gähler, Untersuchungen über verallgemeinerte m-metrische Räume. II, Math. Nachr. 40 (1969), 229-264. 22

[FRG] F.R. Gantmacher, The Theory of Matrices, Vol. I, Chelsea Publ. Co., New York (1960), 247 256. [G1] H. Gunawan, On n-inner products, n-norms, and the Cauchy-Schwarz inequality, Sci. Math. Japon. 55 (2002), 53 60. [G2] H. Gunawan, On n-inner product spaces, preprint. [G3] H. Gunawan, An inner product that makes a set of vectors orthonormal, Austral. math. Soc. Gaz. 28 (2001), 194-197. [G4] H. Gunawan, A generalization of Bessel s inequality and Parseval s identity, akan terbit di Per. Math. Hungar. [M1] A. Misiak, n-inner product spaces, Math. Nachr. 140 (1989), 299-319. [MPF] D.S. Mitrinović, J.E. Pečarić and A.M. Fink, Classical and New Inequalities in Analysis, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht (1993), 595 603. 22