Modul Alim Baru Komplit

DIKTAT PERKULIAHAN

EDISI 1
Aljabar Linear dan Matriks

Penulis :
Ednawati Rainarli, M.Si.
Kania Evita Dewi, M.Si.

JURUSAN TEKNIK INFORMATIKA

UNIVERSITAS KOMPUTER INDONESIA
BANDUNG
2011

IF/2011 1

ALJABAR LINEAR DAN MATRIKS

DAFTAR ISI

Daftar isi .............................................................................................................................. 2
Bab 1 Sistem Persamaan Linear dan Matriks ................................................................... 3
Bab 2 Determinan ............................................................................................................. 15
Bab 3 Ruang Vektor........................................................................................................... 23
Bab 4 Ruang Hasil Kali Dalam ............................................................................................ 43
Bab 5 Transformasi Linear................................................................................................. 55
Bab 6 Nilai dan Vektor Eigen ............................................................................................. 67
Daftar Pustaka..................................................................................................................... 73
Daftar Isi …………………………………………………………………………………………………………………. 2

IF/2011 2

ALJABAR LINEAR DAN MATRIKS

1
SISTEM PERSAMAAN LINEAR DAN MATRIKS

JUMLAH PERTEMUAN : 2 PERTEMUAN
TUJUAN INSTRUKSIONAL KHUSUS :

1. Mengetahui sifat-sifat dan operasi matriks
2. Mengetahui bentuk – bentuk penyelesaian sistem persamaan linear.
3. Menggunakan operasi baris elementer untuk menyelesaikan sistem persamaan

linear dan menentukan invers dari suatu matriks

Materi :

1.1 Bentuk Umum Matriks

Definisi 1.1 Matriks adalah suatu susunan banjar (array) bilangan-bilangan dalam bentuk segi

empat, dengan jumlah baris sebanyak m dan jumlah kolom sebanyak n.

dinotasikan dengan

 a11 a12 a1n  Baris jumlahnya m
 a22  atau dapat ditulis secara ringkas dengan A  (aij )mn
A   a21 a2n 
 am2
 
 am1 
amn 

Kolom jumlahnya n
dimana i =1,...,m dan j =1,...,n , aij adalah elemen matriks A pada baris ke-i dan kolom ke-j.
Ukuran (dimensi/ordo) matriks A diatas adalah mxn.

Contoh 1.1:

 1 0  5 3 1   1  1 0 2
 2      3 1
A   3  B   0 2 3  C   2  D   0 
 4 6 0 6 

 Tentukan dimensi dari matriks berikut dan tentukan elemen dari matriks berikut ini

a21, b13, c31, d23

IF/2011 3

ALJABAR LINEAR DAN MATRIKS

Definisi 1.2 Kesamaan dua matriks

Dua buah matriks dikatakan sama jika dimensi kedua matriks sama dan elemen-elemen

seletaknya sama.

 Berikan dua contoh matriks yang sama

1.2 Operasi dan Sifat Matriks
Definisi 1.3 Operasi Matriks
a) Jika A  (aij ) dan B  (bij ) masing-masing adalah matriks mxn, maka A  B adalah matriks
mxn yang elemen ke-ij adalah aij  bij , (i, j) .
b) Jika A adalah matriks mxn, α adalah suatu skalar maka αA adalah matriks yang dibentuk
dari perkalian setiap elemen A dengan α.
c) Jika A dan B adalah matriks mxn maka A  B adalah matriks mxn yang dapat dituliskan dari
A  B  A  (B) .

d) Jika A matriks mxr dan B matriks rxn maka hasil kali A.B=C adalah matriks mxn yang
anggota-anggotanya didefinisikan sebagai berikut:

n

cij  aikbkj , i  1,..., m j  1,..., n
k 1

Contoh 1.2:

Misalkan diketahui A   a11 a12  B   b11 b12  ,
 a21   b21 b22 
 a22   

Tentukan :

a. A+B c. A-B

b. αA, dimana α adalah skalar d. A.B

Penyelesaian

a. A  B   a11 a12    b11 b12    a11  b11 a12  b12 
 a21 a22   b21 b22   a21  b21 a22  b22 
     

b.  A    a11 a12    a11  a12 
 a21 a22   a21 
   a22 

c. A  B   a11 a12    b11 b12    a11  b11 a12  b12 
 a21 a22   b 21 b22   a21  b21 a22  b22 
     

d. A.B   a11 a12   b11 b12    a11b11  a12b21 a11b12  a12b22 
 a21 a22  . b21 b22   a21b11  a22b21 
     a21b12  a22b22 

IF/2011 4

ALJABAR LINEAR DAN MATRIKS

Latihan 1.1 Selesaikan soal berikut ini

 1 2 4  2 1 3  2 1 0 
 2 6  1 2  23
A   0  B   4  C   1 3
  0 2

a. Tentukan matriks 2C

b. Tentukan matriks A+B, periksalah apakah matriks yang diperoleh sama dengan

matriks B+A

c. Tentukan matriks A-B, periksa pula matriks B-A! Apa kesimpulan yang dapat

diambil?

d. Tentukan matriks AB, BA, AC, CA. Apakah semua matriks tersebut dapat ditentukan

nilai elemen-elemennya? Apa syarat agar dua matriks dapat dikalikan?

Teorema 1.1

Untuk setiap skalar α, β dan untuk setiap matriks A,B dan C dimana operasi-operasi yang

bersangkutan terdefinisi maka berlaku : 6. ( )A  ( A)
1. A B  B  A 7. (AB)  ( A)B  A(B)
2. (A  B)  C  A  (B  C) 8. (   )A   A   A
3. (AB)C  A(BC) 9. (A  B)   A B
4. A(B  C)  AB  AC
5. (A  B)C  AC  BC

Bukti dapat dilihat di Howard Anton, Aljabar Linear Elementer

1.3 Beberapa Matriks Istimewa

a. Matriks berukuran 1xn disebut vektor baris, matriks berukuran mx1 disebut vektor kolom.

Contoh 1.3:

P  2 1 4 Q   1 P adalah vektor baris dan Q adalah vektor kolom.
 
 0 

b. Matriks bujur sangkar berorde n jika jumlah baris dan kolom matriks sama yaitu n buah.

Contoh 1.4:

 1 9  2 3 1
 5 3  
A   B   5 6 2 
4 2 0

IF/2011 5

ALJABAR LINEAR DAN MATRIKS

c. Jika A matriks bujur sangkar maka elemen aii disebut elemen diagonal dari A, dan elemen-

elemen lain merupakan elemen diluar diagonal A.
Contoh 1.5:

 a11 a12 a13 
 
A   a21 a22 a23  maka a11, a22 , a33 adalah elemen diagonal dan yang lainnya elemen –

 a31 a32 a33 

elemen diluar diagonal A. a11, a22, a33 disebut juga diagonal utama.
d. Jika A matriks bujur sangkar dan elemen aii  0 sedangkan semua elemen diluar diagonal A

aij  0, i  j maka matrik A disebut matriks diagonal.
Contoh 1.6:

1 0 0  1 0 0 0
 
A   0 3 0  D   0 2 0 0 
 0 0 2   0 0 3
0
 
 0 0 0 9 

e. Jika A matriks bujur sangkar dan elemen aii  ,  i  1,..., n dimana  adalah suatu skalar

sedangkan semua elemen diagonal A aij  0, i  j maka matriks A disebut matriks skalar.

Contoh 1.7:

 3 0  2 0 0 
 0  
A   3  B   0 2 0 
 0 0 2

f. Jika A adalah matriks skalar dimana aii  1,  i  1,..., n , maka matriks A disebut matriks

identitas, matriks A dapat ditulis dengan In .
Contoh 1.8:

 1 0 1 0 0
 0  
A   1  B   0 1 0 
 0 0 1

g. Jika A adalah matriks dimana semua elemennya bernilai 0 maka A disebut matriks null,
sering dituliskan dengan matriks O .

Contoh 1.9:

 0 0 0 0 0
 0  00 
O   0  O   0 0
 0 0

IF/2011 6

ALJABAR LINEAR DAN MATRIKS
h. Jika A matriks bujur sangkar dimana semua elemen diatas diagonal utama adalah nol maka

A disebut matriks segitiga bawah.

Contoh 1.10:

 2 0 1 0 0
 3  
A   1  B   3 4 0 
 2 3 1

i. Jika A matriks bujur sangkar dimana semua elemen dibawah diagonal utama adalah nol
maka A disebut matriks segitiga atas.
Contoh 1.11:

 2 3  3 4 5 
 0  
A   1  B   0 1 2 
 0 0 7

1.4 Transpose dari Suatu Matriks
Definisi 1.4
Jika A adalah matriks mxn maka transpos A (ditulis AT) adalah matriks berukuran nxm yang
didapatkan dengan mempertukarkan baris dengan kolom dari A. A  (aij ) dan AT  (aji ) . Jika

A matriks bujur sangkar dan AT  A maka A adalah matriks simetri.

Contoh 1.12:

 2 1 0 2 3  1 2 4  1 2 4
 3 4      
A   5  AT   1 4  B   2 3 8  BT   2 3 8 
 5 4 8 7
 0  4 8 7 

Dari contoh matriks B adalah matriks simetri

Teorema 1.2
A,B adalah matriks mxn dan α adalah skalar maka berlaku sifat:

 a) AT T  A

b)  A  BT  AT  BT
c)  AT   AT

IF/2011 7

ALJABAR LINEAR DAN MATRIKS

Definisi 1.5

Jika A adalah matriks bujur sangkar maka trace A (ditulis tr(A)) didefinisikan sebagai jumlah

anggota-anggota dari diagonal utama matriks A. Trace A tidak terdefinisi jika A bukan matriks

bujur sangkar.

 Latihan 1.2 Diketahui matriks-matriks berikut ini :

 1 2  1 0 1 4 1  2 3 1
   3 3 0   
A   2 0  B   2  C   2 D   5 1 0 
1 3   1 2 0

Sederhanakan matriks berikut ini jika mungkin

a. 2AT  C c. tr(DDT ) e. tr(CA)  tr(B)
f. (AC)T  D
b. AT  2B d. BT  CA

1.5 Sistem Persamaan Linear
Definisi 1.6
Secara umum sebuah persamaan linear dengan n variabel x1, x2,..., xn dapat dituliskan sebagai
suatu persamaan linear dalam bentuk
a1x1  a2x2  a3x3  ...  anxn  b
Dengan a1, a2,..., an dan b konstanta real.

 Latihan 1.3

Tentukan persamaan berikut yang merupakan persamaan linear :

a. x  3y  7 d. x1  x2  x3  ...  xn  1

b. x1  2x2  4x31  3x4  12 e. x1  1 x2  x1/ 2 1
2

c. x1  1 x2  4x3 f. 2x1  1 x2  4x3  x4  121/2
3 3

Definisi 1.7
Sebuah himpunan terhingga m buah persamaan linear dengan variabel x1, x2,..., xn disebut
sistem persamaan linear dengan n variabel dituliskan sebagai

IF/2011 8

ALJABAR LINEAR DAN MATRIKS
a11x1  a12 x2  ...  a1n xn  b1
a21x1  a22 x2  ...  a2n xn  b2

am1x1  am2 x2  ...  amn xn  bm
Suatu urutan bilangan-bilangan s1, s2, , sn disebut himpunan penyelesaian sistem jika
x1  s1, x2  s2,..., xn  sn memenuhi setiap persamaan dalam sistem tersebut.

Contoh 1.13: Sistem persamaan linear

2x1  5x2  x3  4  Tentukan jumlah variabel dan banyak persamaan dari
x1  3x2  2x3  8 sistem persamaan disamping (m dan n)

Definisi 1.8
Sistem persamaan yang tidak mempunyai penyelesaian disebut sistem yang tak konsisten
sedangkan jika minimal terdapat satu penyelesaian maka sistem tersebut disebut konsisten.

Setiap sistem persamaan linear mungkin tidak mempunyai penyelesaian, mempunyai tepat
satu penyelesaian, atau tak hingga banyaknya penyelesaian.

 Latihan 1.4 Periksalah ketiga sistem persamaan berikut dan gambarkan penyelesaian dari

sistem persamaan tersebut dalam koordinat kartesian. Tentukan sistem persamaan yang

mempunyai tepat satu penyelesaian, tak hingga atau tidak mempunyai penyelesaian

x1  x2  2 x1  x2  2 x1  x2  2
x1  x2  2 x1  x2  1  x1  x2  2

Definisi 1.9
Suatu sistem persamaan linear dikatakan homogen jika semua konstantanya nol, yaitu jika
sistem tersebut mempunyai bentuk :

a11x1  a12 x2  ...  a1n xn  0
a21x1  a22 x2  ...  a2n xn  0

am1x1  am2 x2  ...  amn xn  0
Setiap sistem homogen mempunyai sifat konsisten, karena semua sistem seperti itu
mempunyai penyelesaian x1  0, x2  0, , xn  0 . Penyelesaian ini disebut penyelesaian

IF/2011 9

ALJABAR LINEAR DAN MATRIKS
trivial. Jika ada penyelesaian lain yang memenuhi sistem persamaan tersebut maka

penyelesaian sistemnya disebut penyelesaian tak-trivial.

Contoh 1.14:

x1  3x2  x3  0 b) 3x1  2x2  0
a) x2  8x3  0 6x1  4x2  0

4x3  0

Tunjukkan bahwa a) memiliki penyelesaian trivial dan b) memiliki penyelesaian tak-trivial.

Definisi 1.10

Sistem m persamaan linear dengan n buah variabel dapat diubah dalam bentuk matrik yang

diperbanyak (augmented matrix) yang dituliskan sebagai:

a11x1  a12 x2   a1n xn  b1   a11 a12 a1n b1 
a21x1  a22 x2   a2n xn  b2  a21 a22 a2n b2 
 
 am2 
 
am1x1  am2 x2   amn xn  bm  am1 amn bm 

 Latihan 1.5
Buatlah augmented matrix dari sistem persamaan linear berikut:

3x1  2x2  x3  15
5x1  3x2  2x3  0
3x1  x2  3x3  11
 6x1  4x2  2x3  30

1.6 Eliminasi Gaussian
Penyelesaian sistem persamaan dapat dilakukan dengan operasi baris elementer (OBE) pada
matriks yang diperbanyak. Metode dasar dari OBE adalah dengan menggantikan sistem yang
diberikan dengan suatu sistem baru yang mempunyai himpunan penyelesaian yang sama
tetapi lebih mudah diselesaikan.

Definisi 1.11 10
Tiga langkah yang digunakan dalam OBE adalah:
1. Kalikan suatu baris dengan bilangan real bukan nol.
2. Pertukarkan dua baris
3. Ganti suatu baris dengan hasil penjumlahannya dengan kelipatan dari baris lain.

IF/2011

ALJABAR LINEAR DAN MATRIKS

Definisi 1.12

Sebuah matriks dikatakan memiliki bentuk baris eselon jika:

1. Elemen bukan nol pertama dalam setiap baris adalah 1

2. Jika baris k tidak seluruhnya mengandung 0, maka banyak elemen nol bagian muka pada

baris k+1 lebih besar dari banyaknya elemen nol di bagian depan baris k.

3. Jika terdapat baris-baris yang elemennya semuanya adalah nol, maka baris-baris ini berada

tepat dibawah baris-baris yang memiliki elemen-elemen bukan nol.

 Latihan 1.6 Tentukan apakah matriks-matriks berikut ini merupakan matriks yang memiliki
bentuk eselon baris atau tidak

2 3 6 1 3 4 1 2 3 1 2 3 4 1 2 3 4
         
a)  0 5 4  b)  0 1 2  c)  0 0 1  d )  0 1 7 2  e)  0 0 1 5 

 0 0 3  0 0 1   0 0 0  0 0 0 1   0 0 0 4 

Definisi 1.13 dengan
Proses mengubah matriks yang diperbanyak menjadi matrik baris eselon
menggunakan OBE disebut Eliminasi Gauss.

Definisi 1.14
Suatu matriks memiliki baris eselon tereduksi jika :
1. Matriks memiliki bentuk baris eselon.
2. Elemen bukan nol pertama dalam setiap baris adalah satu-satunya elemen bukan nol

dalam kolom yang bersangkutan.
Proses mengubah matriks yang diperbanyak menjadi matrik baris eselon tereduksi dengan
menggunakan OBE disebut Eliminasi Gauss-Jordan/Reduksi Gauss-Jordan.

 Latihan 1.7 Tentukan apakah bentuk matriks berikut ini memiliki baris eselon tereduksi atau

tidak.

1 0 0 1 1 2 0 1  0 2 3 1 
     
a)  0 1 0 9  b)  0 0 1 3  c)  3 6 3 2 
0 0 1 5 0 0 0 0 6 6 3 5

IF/2011 11

ALJABAR LINEAR DAN MATRIKS

Contoh 1.15 :

Tentukan penyelesaian dari sistem persamaan berikut ini menggunakan reduksi Gauss-Jordan

2x1  4x2  3x3  1
x1  x2  2x3  9
3x1  6x2  5x3  0

Langkah – langkah penyelesaian sistem persamaan diatas dilakukan sebagai berikut:

 2 4 3 1   1 1 2 9   1 1 2 9   1 1 2 9 
       
 1 1 2 9    2 4 3 1    0 2 7 17    0 2 7 17  
3 6 5 0 3 6 5 0 3 6 5 0 0 3 11 27

(a) (b) (c)

1 1 2 9  1 1 2 9  1 1 2 9 
     
 0 1  7  17    0 1  7  17    0 1  7  17  
2 2 2 2 2 2
 0 3 11 27   0   0 0 3 
0  1  3 1
2 2

(d) (e) (f)

1 0 11 35   1 0 0 1 Penyelesaiannya adalah
 1 2 2   0 1 0  x1  1, x2  2, x3  3
   
0  7  17  2
2 2
 0 0 1 3   0 0 1 3

(g) (h)
Keterangan:
a. Pertukarkan baris pertama dengan baris kedua sehingga diperoleh matriks (a).
b. Kalikan baris pertama dengan -2 kemudian tambahkan dengan bilangan yang ada pada

baris kedua sehingga diperoleh matriks (b).
c. Kalikan baris pertama dengan -3 kemudian tambahkan dengan bilangan yang ada pada

baris ketiga sehingga diperoleh matriks (c).

d. Kalikan baris kedua dengan  1 sehingga diperoleh matriks (d).
2

e. Kalikan baris kedua dengan -3 kemudian tambahkan dengan bilangan pada baris ketiga

sehingga diperoleh matriks (e).

f. Kalikan baris ketiga dengan -2 sehingga diperoleh matriks (f).

g. Kalikan baris kedua dengan -1 kemudian tambahkan dengan bilangan pada baris pertama

sehingga diperoleh matriks (g).

IF/2011 12

ALJABAR LINEAR DAN MATRIKS

h. Kalikan baris ketiga dengan 7 kemudian tambahkan dengan bilangan pada baris kedua
2

selanjutnya kalikan baris ketiga dengan - 11 kemudian tambahkan dengan bilangan pada
2

baris pertama sehingga diperoleh matriks (h).

Perhatikan kembali contoh 1.15 Proses yang dilakukan dari (a) sampai (f) adalah proses

Eliminasi Gauss.

1 1 2 9  x1  x2  2x3  9
 
 0 1  7  17  dapat dituliskan menjadi x2  7 x3   17
2 2 2 2

 0 0 1 3  x3  3

Dengan mensubstitusikan x3  3 ke persamaan kedua akan diperoleh x2  2 kemudian nilai

x2, x3 disubstitusikan ke persamaan pertama sehingga diperoleh x1  1. Proses yang dilakukan

ini disebut dengan cara substitusi balik.

 Latihan 1.8 Gunakan Eliminasi Gauss dan subtitusi balik untuk menentukan penyelesaian

dari sistem persamaan linear berikut ini kemudian periksa hasilnya dengan menggunakan

Reduksi Gauss Jordan

a) x1  x2  2x3  8 b) 2x1  3x2  x3  1 c) x1  x2  2x3  4
 x1  2x2  3x3  1 x1  x2  x3  3 2x1  3x2  x3  1
3x1  7x2  4x3  10 2x1  3x2  x3  1
3x1  4x2  2x3  4

1.7 Menentukan Invers Matriks dengan OBE

Definisi 1.16

Suatu matriks A bujur sangkar dapat dibalik jika terdapat suatu matriks B sehingga berlaku

AB  BA  I maka matriks A disebut dapat dibalik dan B adalah matriks invers dari A (ditulis

A1 ).
 Latihan 1.9 Periksalah apakah B adalah invers dari matriks A.

A   2 5  B   3 5
 1   1 
 3   2 

Teorema 1.3

Jika A dan B adalah matriks-matriks yang dapat dibalik dan berukuran sama maka:

a) AB dapat dibalik

b)  AB 1  B1A1

IF/2011 13

ALJABAR LINEAR DAN MATRIKS
Untuk mendapatkan invers suatu matriks yang dapat dibalik A, kita harus menemukan
serangkaian OBE yang mereduksi A menjadi identitas dan kemudian melakukan serangkaian

operasi yang sama pada In untuk memperoleh matriks A1 .

Contoh 1.6:

Cari invers dari matriks

1 2 3
 
A   2 5 3 
1 0 8

Penyelesaian:

Kita harus menyandingkan matriks A dengan matriks I berukuran 3x3 sehingga diperoleh

 matriks  A | I  dan setelah proses OBE diperoleh matriks I | A1 .

1 2 3 1 0 0  1 0 0 40 16 9 
   5 3  I | A1
     
A | I  2 5 30 1 0 OBE 0 1 0 13

 1 0 8 0 0 1   0 0 1 5 2 1

 40 16 9 
 5 3
Jadi A1   13

 5 2 1

 Latihan 1.10

1. Lakukan proses OBE pada contoh diatas sehingga terbukti bahwa invers dari A adalah

 40 16 9 
 31
 13 5
5 2

2. Carilah invers dari matriks berikut ini dengan OBE

IF/2011 14

ALJABAR LINEAR DAN MATRIKS

2
DETERMINAN

JUMLAH PERTEMUAN : 2 PERTEMUAN
TUJUAN INSTRUKSIONAL KHUSUS :

1. Mengetahui sifat-sifat determinan.
2. Menggunakan teknik ekspansi kofaktor untuk menghitung determinan.
3. Menggunakan aturan Cramer untuk menyelesaikan sistem persamaan linear.

Materi :

2.1 Pendahuluan

Definisi 2.1

Misalkan A adalah matriks bujur sangkar berukuran 2x2. Determinan matriks A didefinisikan

sebagai :

det(A)=det  a11 a12   a11 a12  a11a22  a12a21
  a21 a22
 a21 a22 

Definisi 2.2

Jika matriks A berukuran 3x3, determinan matriks A didefinisikan sebagai :

a11 a12 a13
det( A)  a21 a22 a23  a11a22a33  a12a23a31  a13a21a32  a13a22a31  a12a21a33  a11a23a32

a31 a32 a33

Determinan dapat dihitung dengan menggunakan metode Sarrus, diilustrasikan sebagai

berikut:

i) a11 a12 a11 a12 a13 a11 a12
a21 a22 ii) a21 a22 a23 a21 a22

a31 a32 a33 a31 a32

-+ - -- +++

 Latihan 2.1

Hitunglah determinan dari matriks berikut ini (bisa menggunakan aturan Sarrus) :

 1 2 1 2 0 
 3  
A   4  B   4 5 3 
 2 1 4

IF/2011 15

ALJABAR LINEAR DAN MATRIKS
*Aturan Sarrus hanya berlaku untuk matriks berukuran maksimal 3x3.

2.2 Sifat-sifat Determinan
Sebelumnya kita telah membahas tentang cara menghitung determinan untuk matriks
berukuran maksimal 3x3, berikutnya kita dapat menggunakan sifat-sifat determinan berikut
ini untuk menghitung determinan dari matriks yang berukuran lebih besar.

Teorema 2.1
Jika A matriks bujur sangkar maka:

i) Jika A mempunyai sebuah baris nol atau sebuah kolom nol maka det(A) = 0.
ii) det(A)=det(AT)

Latihan 2.2
Gunakan matriks 3x3 sebarang untuk memeriksa sifat i) dan ii) dari teorema 2.1.

Teorema 2.2
Jika A adalah suatu matriks segitiga nxn (segitiga atas,segitiga bawah, atau diagonal) maka

det(A) adalah hasil kali anggota-anggota pada diagonal utamanya, yaitu

det( A)  a11a22 ann

Latihan 2.3

Hitunglah determinan dari masing-masing matriks berikut ini:

3 2 1 1 0 0 1 0 0
     
A   0 2 1  B   6 2 0  C   0 2 0 

 0 0 5  1 4 3  0 0 5

2 0 0 0 1 0 0 0
   
D   1 5 0 0  E   0 2 0 0 
 4 6 4  0 0 4
 0 0
   
3 2 5 3   0 0 0 3 

Teorema 2.3
Misalkan A matriks nxn
- Jika B adalah matriks yang dihasilkan jika suatu baris tunggal atau kolom tunggal dari A

dikalikan dengan suatu skalar α, maka det(B) = α.det(A).
IF/2011 16

ALJABAR LINEAR DAN MATRIKS
- Jika B adalah matriks yang dihasilkan jika dua baris atau kolom dari A dipertukarkan maka

det(B) = -det(A).
- Jika B adalah matriks yang dihasilkan jika suatu panggandaan suatu baris A ditambahkan

pada baris lainnya atau jika suatu penggandaan suatu kolom ditambahkan pada kolom
lainnya, maka det(B) = det(A).

Contoh 2.1: Operasi
Hubungan Baris pertama A dikalikan dengan α.

 a11  a12  a13 a11 a12 a13 Baris pertama dan kedua dari A
dipertukarkan.
a21 a22 a23   a21 a22 a23
Suatu penggandaan baris kedua dari A
a31 a32 a33 a31 a32 a33 ditambahkan pada baris pertama.

det(B)=α.det(A)

a21 a22 a23 a11 a12 a13

a11 a12 a13   a21 a22 a23

a31 a32 a33 a31 a32 a33

det(B) = - det(A)

a11   a21 a12   a22 a13   a23 a11 a12 a13
a21 a22 a23  a21 a22 a23
a31 a32 a33 a31 a32 a33

det(B) = det(A)

Teorema 2.4
Jika A adalah matriks bujur sangkar dengan dua baris proporsional atau dua kolom
proporsional, maka det (A)=0.

Contoh 2.2 :

1 3 2 1 3 2

2 6 4  2 1 3 2 =0

314 31 4

Dari contoh baris pertama dan baris kedua adalah dua baris yang proporsional sehingga nilai
determinannya adalah 0.

IF/2011 17

ALJABAR LINEAR DAN MATRIKS

Latihan 2.4

 1 7 2  3 1 4 5
 
 1 4  3 5 6   6 2 8 10 
 4 3 8 
 2 8   9 3 12 15 
   
1 5
4 2

Periksalah bahwa matriks-matriks diatas mempunyai determinan nol, berikan alasannya!

Teorema 2.4
Sifat-sifat dasar determinan:
Misalkan A dan B matriks nxn dan α skalar maka
1. det( A)   n det(A)
2. det(AB)  det(A).det(B)

2.3 Ekspansi Kofaktor

Definisi 2.3

Jika A sebuah matriks bujursangkar nxn maka minor dari aij dituliskan dengan Mij dan

didefinisikan sebagai determinan sub-matriks yang masih tersisa setelah baris ke-i dan kolom

ke-j dihilangkan dari A. Bilangan 1i j Mij dinyatakan oleh Cij dan disebut kofaktor anggota

aij .

Contoh 2.3:

 1 3 2 13
 
A   5 6 7  M 23  4  15 C23   1 23 .M23  15
3
 4 3 2 

Latihan 2.5

Dengan menggunakan matriks contoh 2.3 tentukan M12 , C12 dan M23 , C23

Teorema 2.5

Determinan suatu matriks A berukuran nxn bisa dihitung dengan mengalikan anggota-anggota

pada sebarang baris (atau kolom) dengan kofaktornya dan menjumlahkan hasil kali yang
didapatkan yaitu untuk setiap 1  i  n dan 1  j  n

det(A)  a1jC1j  a2 jC2 j  ...  anjCnj (perluasan kofaktor disepanjang kolom ke-j)

det(A)  ai1Ci1  ai2Ci2  ...  ainCin (perluasan kofaktor disepanjang baris ke-i) 18

IF/2011

ALJABAR LINEAR DAN MATRIKS

Contoh 2.4:

310 3 2 3 2 4
4  (1)  (0)  3(4)  (1)(11)  0  1
det(A)= 2 4 3 3
4 2 5 2 54
5 4 2

Perhatikan bahwa Cij  Mij sehingga secara matriks dapat digambarkan

    
 
     

    
 
     



Latihan 2.6

Gunakan kolom atau baris lainnya untuk menghitung determinan A! Apakah nilai determinan

yang diperoleh sama dengan contoh 2.4.

2.4 Menghitung Determinan Menggunakan Sifat-sifat Determinan

Kita dapat menggunakan reduksi baris, sifat-sifat determinan yang dibahas sebelumnya dan

perluasan kofaktor untuk menghitung determinan matriks. Perhatikan contoh berikut dan

tentukan sifat-sifat yang digunakan untuk menentukan determinannya.

 4 2 3  3 5 2 6 
 
Contoh 2.5: A   1 0 2  B   1 2 1 1 
 2 3 1   2 4 1
 5
 
3 7 5 3 

4 2 3 1 0 2 5 6 0 5 6

det(A)= 1 0 2   4 2 3   10 11 0  1 10 11  [55  (60)]  5

2 3 1 2 3 1 2 3 1

3 5 2 6 0 1 1 3 1 1 3

det(B)  1 2 1 1 1 2 1 1  1 0 3 3

24 1 5 0 0 3 3
1 80
37 5 3 0 1 8 0

1 1 3 3 31 3 
 0 1 3 
 1 0 3 3  1 1 8   1 1 24 1 6  18
1 8 0  03

IF/2011 19

ALJABAR LINEAR DAN MATRIKS

Latihan 2.7

Tentukan determinan dari matriks berikut ini

 2 1 1   3 2 3 3
 
P   4 6 3  Q   2 4 5 2 
 2 0 2   1 3 2
 4
 
4 2 3 2 

2.5 Aplikasi Determinan

Salah satu kegunaan determinan adalah untuk menentukan invers suatu matriks

Teorema 2.6
Matriks A mempunyai invers jika dan hanya jika det(A)  0

Definisi 2.4
Matriks yang mempunyai determinan  0 disebut matriks tak singular, sedangkan matriks
yang mempunyai determinan = 0 disebut matriks singular.

Definisi 2.5

Jika A adalah sebarang matriks nxn dan Cij adalah kofaktor dari aij maka matriks

 C11 C12 C1n 
 C22 
 C21 C2n 
Cn2
 
 
 Cn1 Cnn 

disebut matriks kofaktor dari A. Transpos dari matriks ini disebut adjoin A dinyatakan adj(A).

Teorema 2.7

Jika A adalah suatu matriks yang dapat dibalik, maka:

A1  1 adj( A)
det( A)

 Latihan 2.8

Tentukan adj(A) dan A1

 1 2 3 
 7 1
A   6

 3 1 4 

IF/2011 20

ALJABAR LINEAR DAN MATRIKS

Teorema 2.8

Jika A dan B adalah matriks – matriks nxn yang taksingular, maka AB juga tak singular dan

 AB 1  B1A1 .

2.6 Aturan Cramer
Definisi 2.6
Diketahui suatu sistem persamaan linear :
a11x1  a12 x2  ...  a1n xn  b1
a21x1  a22 x2  ...  a2n xn  b2

am1x1  am2 x2  ...  amn xn  bm
dapat dituliskan dalam bentuk hasil kali matriks

 a11 a12 a1n   x1    b1  atau Ax  b
 a21 a22 a2n   x2   b2 
     
 am2     
    
 am1 amn   xn   bm 

Teorema 2.9

Jika Ax  b merupakan suatu sistem n persamaan linear dengan n peubah sedemikian

sehingga A  0 maka sistem tersebut mempunyai penyelesaian tunggal yaitu:

x1  det( A1) , x2  det( A2 ) , , xn  det  An 
det( A) det( A)
det( A)

Dengan Aj adalah matriks yang diperoleh dengan menggantikan anggota-anggota pada kolom

ke-j dari A dengan anggota-anggota pada matriks

 b1 
 
b   b2 
 

 bn 

Contoh 2.6 :

Gunakan aturan Cramer untuk menyelesaikan

x1  2x3  6
3x1  4x2  6x3  30
x1  2x2  3x3  8

IF/2011 21

ALJABAR LINEAR DAN MATRIKS

Penyelesaian

 1 0 2  6 0 2  1 6 2 1 0 6
       
A   3 4 6  A1   30 4 6  A2   3 30 6  A3   3 4 30 
1 2 3
 8 2 3  1 8 3   1 2 8 

sehingga diperoleh

x1  det( A1 )  40  10 x2  det(A2 )  72  18 x3  det( A3 )  152  38
det( A) 44 11 det( A) 44 11 det( A) 44 11

 Latihan 2.9

Selesaikan sistem persamaan berikut menggunakan aturan Cramer
4x 5y  2
11x  y  2z  3
x 5y  2z 1

IF/2011 22

ALJABAR LINEAR DAN MATRIKS

3
RUANG VEKTOR

JUMLAH PERTEMUAN : 2 PERTEMUAN
TUJUAN INSTRUKSIONAL KHUSUS :

1. Menjelaskan sifat-sifat dan operasi vektor di R2 dan R3.
2. Menjelaskan aksioma ruang vektor dan syarat subruang.
3. Mengidentifikasi suatu himpunan vektor sebagai suatu ruang vektor atau subruang

vektor .
4. Mengidentifikasi suatu himpunan vektor membangun, bebas linear,basis.
5. Menentukan basis dan dimensi dari himpunan vektor-vektor yang merupakan

anggota dari suatu ruang vektor atau subruang.
6. Menghitung matriks transisi dari perubahan basis.
7. Menentukan ruang baris, ruang kolom, ruang null dan dimensinya.

Materi :

3.1 Vektor di R2 dan R3

Secara geometris vektor digambarkan sebagai ruas garis berarah.

Perhatikan gambar berikut ini :

v B Titik A disebut titik pangkal vektor dan titik B disebut titik ujung

A Vektor dengan titik pangkal A dan titik ujung B dinotasikan dengan
AB atau dapat dituliskan dengan huruf kecil v

Di dalam sistem koordinat vektor dapat digambarkan sebagai berikut:

Vektor dalam Ruang Berdimensi 2 (R2) Vektor dalam Ruang Berdimensi 3 (R3)

Y Z Titik Ujung
A Titik Ujung B
Titik Pangkal AO
v X wB

Y

OO X
Titik Pangkal

OA,OB disebut vektor standar karena titik pangkal vektor tersebut berada pada titik O.

IF/2011 23

ALJABAR LINEAR DAN MATRIKS

Definisi 3.1

Misalkan AB dan PQ adalah vektor dalam R2 dan R3 maka dalam koordinat kartesian vektor

komponen A = (x1, y1) dan komponen B = (x2, y2 ) sedangkan dalam R3 komponen P =

(x1, y1, z1) dan Q = (x2, y2, z2) . Panjang vektor AB dinotasikan AB dan PQ dinotasikan

PQ adalah

AB  (x1  x2 )2  ( y1  y2 )2 dan PQ  (x1  x2 )2  ( y1  y2 )2  (z1  z2 )2

3.2 Operasi –Operasi Vektor
a. Penjumlahan Vektor
Cara segitiga

w vw w
v v

Cara jajaran genjang

w w vw

v v
b. Perkalian Vektor dengan Skalar

u 2u
c. Vektor Negatif

u u
 Latihan 3.1

Misalkan u  (2, 2,3), v  (1, 3, 4) , w  (3,6, 4) . Hitunglah ekspresi yang ditunjukkan:

a. 3u  5v  w

b. 1 u  v  2w d. u  v
2 e. 1 w

c. u  v w

IF/2011 24

3.3 Ruang Vektor dan Sub Ruang Vektor
Aksioma 3.1
Misalkan V suatu himpunan tak kosong dimana operasi penjumlahan dan perkalian
didefinisikan, jika untuk setiap u, v, w anggota V dan α,β adalah skalar berlaku:
(a) u,v V  u  v V
(b) u  v  v  u
(c) u  (v  w)  (u  v)  w
(d) 0V  u  0  0  u  u,u V
(e) u V , u V  u  (u)  0
(f) α skalar, u V  u V
(g) ( u)  ( )u
(h) (u  v)  u v
(i) (   )u  u  u
(j) 1u  u

IF/2011 25

Maka V disebut ruang vektor dan anggota dalam V disebut vektor.

Contoh 3.2:

Misalkan V  R2 adalah himpunan vektor-vektor yang didefinisikan sebagai berikut

  x1     x1 
 y1    y1 
   

 x1    x2    x1  x2 
 y1   y2   y1  y2 
     

Maka R2 memenuhi semua aturan dari aksioma 3.1.

Jika diberikan suatu ruang vektor V, maka kita dapat membentuk ruang vektor lain S yang
merupakan himpunan bagian dari V dan menggunakan operasi-operasi pada V.
Definisi 3.2
Jika S adalah himpunan bagian tidak kosong dari suatu ruang vektor V dan S memenuhi
syarat-syarat berikut ini maka berlaku :
a)  x  S jika x  S untuk sembarang skalar  .
b) x  y  S jika x  S dan y  S .
maka S disebut subruang dari V.

Contoh 3.3:

Misalkan S =(x, 0) x  R . Tunjukkan S adalah subruang dari R2.

Penyelesaian:
Ambil u  (u1,0), v  (v1,0)  S dan   R maka

1. u  (u1, 0)  (u1, 0)  S
2. u  v  (u1, 0)  (v1, 0)  (u1  v1, 0)  S

Dari 1. dan 2. Terbukti S =(x, 0) x  R adalah subruang dari R2.

Contoh 3.4:

IF/2011 26

ALJABAR LINEAR DAN MATRIKS

Diketahui K =(x, 0) x  0 . Periksalah apakah K adalah subruang dari R2.

K bukan subruang dari R2 karena terdapat u  (1, 0)  K dan 1 R sehingga (1)u  R .

 Latihan 3.2

Periksa apakah himpunan berikut adalah subruang dari R3 .

a. K  (x, y, z) x  2y, z  y b. K  (x, y, z) x  2y 1

3.4 Kombinasi Linear dan Membangun
Berikut ini diperkenalkan tentang konsep kombinasi linear dari vektor-vektor kolom.

Definisi 3.3
Suatu vektor w disebut suatu kombinasi linear dari vektor-vektor v1, v2,..., vr jika bisa
dinyatakan dalam bentuk :

w  1v1 2 v2  ... n vn
Dengan 1,2, ,n adalah skalar.
Contoh 3.5:

Diketahui u  (1, 2, 1) dan v  (6, 4, 2) dalam R3. Periksalah apakah w  4,0, 4 dan

a  (3, 1, 2) adalah kombinasi linear dari vektor u dan v .
Penyelesaian:

a. Jika w adalah kombinasi linear dari vektor u dan v maka w dapat dituliskan ke
dalam bentuk w  1u 2 v sehingga diperoleh

4,0, 4  1(1, 2, 1) 2(6, 4, 2)
4, 0, 4  (1, 21, 1)  (62, 42, 22)

IF/2011 27

ALJABAR LINEAR DAN MATRIKS

4, 0, 4  (1  62, 21  42, 1  22)

Dengan menyamakan komponen-komponen diperoleh

1  62  4 1  62  4
21  42  0 1  22  4 
1  22  4
82  8
2  1

Kemudian 2  1 disubstitusikan ke persamaan 1) atau 3) sehingga diperoleh

1  2 . Terakhir memeriksa hasil dengan cara mensubstitusikan 1,2 ke

persamaan 3. Karena 1 dan 2 memenuhi ketiga persamaan maka a adalah

kombinasi linear dari vektor u dan v .

b. Jika a adalah kombinasi linear dari vektor u dan v maka a dapat dituliskan ke dalam

bentuk a  1u 2 v sehingga diperoleh

3, 1, 2  1(1, 2, 1) 2(6, 4, 2)
3, 1, 2  (1, 21, 1)  (62, 42, 22)
3, 1, 2  (1  62, 21  42, 1  22 )

Dengan menyamakan komponen-komponen diperoleh

1  62  3 1  62  3
21  42  1
1  22  2 1  22  2 
82  5

2  5
8

Kemudian 2  5 disubstitusikan ke persamaan 1) atau 3) sehingga diperoleh
8

1   3 . Terakhir memeriksa hasil dengan cara mensubstitusikan 1,2 ke
4

persamaan 3 ternyata diperoleh

IF/2011 28

ALJABAR LINEAR DAN MATRIKS

2 3  4 5  1
48

 3  5  1
22
1  1

Maka a adalah bukan kombinasi linear dari vektor u dan v .

Latihan 3.3

Diketahui u  (2,1, 4) , v  (1, 1,3) dan w  (3, 2,5) , nyatakan vektor-vektor berikut ini

sebagai kombinasi linear dari vektor-vektor u, v, w .

a. a  (6,11,6) b. b  (9, 7, 15)

Definisi 3.4

 Diketahui V adalah ruang vektor dan S  s1, s2,..., sn dimana s1, s2,..., sn V . S dikatakan

membangun (merentang) V jika v V , v merupakan kombinasi linear dari S, yaitu :
v  1s1 2 s2  ... n sn 1,2, ,n skalar

S disebut ruang rentang dan s1, s2,..., sn disebut rentang dari V.

Contoh 3.6:
Apakah u  (1, 2,3), v  (2, 4,6), w  (3, 4,7) membangun di R3?
Penyelesaian:
Misalkan u, v, w membangun R3 maka untuk sembarang vektor (x, y, z)  R3 akan
ditunjukkan bahwa vektor (x, y, z) adalah kombinasi linear dari u, v, w , sehingga dapat
dituliskan

IF/2011 29

ALJABAR LINEAR DAN MATRIKS

1 1, 2,3 2 2, 4,6 3 3, 4,7   x, y, z

Atau dalam bentuk matriks dapat dituliskan menjadi

 1 2 3 1   x 
     
 2 4 4    2    y 

 3 6 7 3   z 

Persamaan linear ini akan konsisten jika tidak ada baris 0 pada matriks A setelah dilakukan

reduksi baris.

Dengan OBE diperoleh

1 2 3 1 2 3  1 2 0
     
 2 4 4   0 0 2   0 0 1 
3 6 7 0 0 2 0 0 0

Karena ada baris yang 0 maka pastilah ada vekor di R3 yang bukan merupakan kombinasi

linear dari u, v, w . Jadi u, v, w tidak membangun di R3 .

Latihan 3.4

Diketahui u  (1, 2), v  2, 2, w  (1,3) . Apakah u, v, w membangun di R2?

3.5 Bebas Linear dan Bergantung Linear

Definisi 3.5

Misalkan S = { v1, v2,..., vr } adalah suatu himpunan vektor-vektor tak kosong, vektor-vektor

v1, v2,..., vr disebut bebas linear jika untuk persamaan vektor 1v1 2 v2  ... r vr  0
mempunyai satu-satunya penyelesaian yaitu

1  0, 2  0, ..., r  0

Definisi 3.6

IF/2011 30

ALJABAR LINEAR DAN MATRIKS

Misalkan S = { v1, v2,..., vr } adalah suatu himpunan vektor-vektor tak kosong, vektor-vektor
v1, v2,..., vr disebut bergantung linear jika terdapat skalar-skalar 1, 2, ..., r yang tidak
semuanya nol sehingga 1v1 2 v2  ... r vr  0 .
Contoh 3.7:

a. Vektor-vektor 1 dan 1  adalah bebas linear karena jika
1  
 2 

1 1   2  1    0  maka 1 2  0 dan 1  22  0 sehingga diperoleh
1  2   0 
   

1  2  0

b. Diketahui dua vektor (4,3) dan (4, 3) maka

1 4,3 2 4, 3  0,0

41  42  0 misalkan 2  t maka 1  t
31  32  0

Maka kedua vektor bergantung linear. Atau tanpa menyelesaikan sistem persamaan

linear kita dapat menunjukkan bahwa determinan dari matriks koefisiennya = 0 maka

sistemnya punya penyelesaian tak-trivial.

 Latihan 3.5

Periksalah apakah vektor-vektor berikut ini bebas linear atau bergantung linear

a. u  8, 1,3,v  4,0,1 b. u  (1, 2), v  2, 2, w  (1,3)

3.6 Basis dan Dimensi
Definisi 3.7

Misalkan V ruang vektor dan S  {s1, s2,..., sn}. S disebut basis dari V jika memenuhi dua
syarat, yaitu :
1. S bebas linear

IF/2011 31

ALJABAR LINEAR DAN MATRIKS

2. S membangun V

Basis dari suatu ruang vektor bisal lebih dari satu. Ada dua macam basis yang kita kenal,

yaitu:

a. Basis standar dimana (1, 0, ..., 0), (0,1, ..., 0), ..., (0, 0, ...,1)
Contoh 3.8:
- S  {(1,0,...,0),(0,1,...,0),...,(0,0,...,1)}

adalah anggota vektor Rn sehingga (1,0,...,0),(0,1,...,0),...,(0,0,...,1) adalah basis

standar dari Rn .

-   1 0 0 1 0 0 0 0  adalah basis dari M 22 .
S  ,  0  ,   ,  1 
 0 0   0  1 0   0 

- Didalam R2 dan R3 , basis standar sering dituliskan menjadi i, j, k .

b. Basis tidak standar

Definisi 3.8
Suatu ruang vektor tak nol V disebut berdimensi terhingga jika V berisi suatu himpunan

 vektor terhingga v1, v2,..., vn yang membentuk suatu basis. Jika tidak ada himpunan

seperti itu maka V disebut berdimensi tak hingga. Ruang vektor nol berdimensi hingga.

Teorema 3.1

 Jika V adalah suatu ruang vektor berdimensi terhingga dan v1, v2,..., vn adalah sembarang

basis, maka:
a. Setiap himpunan yang lebih dari n vektor adalah tak bebas linear.
b. Tidak ada himpunan dengan vektor yang kurang dari n yang membangun V.

IF/2011 32

ALJABAR LINEAR DAN MATRIKS

Teorema 3.2
Semua basis untuk suatu ruang vektor berdimensi terhingga mempunyai jumlah vektor
yang sama.
Definisi 3.9
Dimensi suatu ruang vektor berdimensi terhingga V, yang dinyatakan dengan dim(V),
didefinisikan sebagai jumlah vektor dalam suatu basis untuk V.

Teorema 3.3
Jika V adalah suatu ruang vektor berdimensi n , dan jika S adalah suatu himpunan dalam V
dengan tepat n vektor, maka S adalah suatu basis untuk V jika S merentang V atau S bebas
linear.

Contoh 3.9:

Misalkan v1  (1, 2,1), v2  (2,9, 0), v3  (3,3, 4) . Tunjukkan bahwa himpunan S={ v1, v2, v3 }
adalah suatu basis dari R3.

Penyelesaian:
Untuk menunjukkan bahwa himpunan S membangun R3 akan ditunjukkan bahwa untuk

sembarang b  (b1,b2,b3)  R3 bisa dinyatakan sebagai kombinasi linear

b  1v1  2v2  3v3

Sehingga diperoleh (b1,b2,b3)  1(1, 2,1) 2(2,9, 0) 3(3,3, 4)

(b1,b2,b3)  (1  22  33, 21  92  33,1  43)

Dengan menyamakan komponen-komponen berpadanan diperoleh:

1  22  33  b1
21  92  33  b2
1  43  b3

IF/2011 33

ALJABAR LINEAR DAN MATRIKS

Untuk menunjukkan bahwa S membangun R3 harus ditunjukkan bahwa sistem persamaan

linear diatas punya penyelesaian untuk semua b .
Untuk menunjukkan bebas linear maka jika

1v1 2 v2 3v3  0
Maka 1  2  3  0
Karena dim R3 = 3 dan jumlah anggota S = 3, maka kita hanya perlu menunjukkan bahwa
vektor-vektornya saling bebas linear atau membangun. Dengan menunjukkan matriks
koefisiennya punya determinan tidak nol, maka dikatakan S bebas linear dan membangun

1 2 3
 
A   2 9 3 
1 0 4

det(A)  1

Jadi S adalah basis untuk R3.

Latihan 3.6

 1   2  1 
     
Tunjukkan bahwa 2  ,  1  ,  0 adalah basis R3
3 0 1

3.7 Vektor Koordinat dan Matriks Transisi
Definisi 3.10

 Misalkan V adalah suatu ruang vektor dengan basis B = b1,b2,...,bn dan v V . Koordinat

vektor v terhadap basis B adalah :

v  B   1  IF/2011 34
 2 
 
 
 
  n 

ALJABAR LINEAR DAN MATRIKS

Dimana 1b1 2b2  n bn  v

Contoh 3.10:

 1   1   1   1 
    ,    21
Tentukan koordinat vektor v   0  terhadap basis B  0 2  , 
3 0 0

Penyelesaian

 1 
 
Koordinat v terhadap B adalah vektor v  B    2  yang memenuhi

  3

1 1  1  1
     1  
1  0    2  2   3    0 

 0  0   2   3

Sehingga diperoleh matriks augmentednya

1 1 1 1 1 0 0  9 
 2 1  OBE  1 0 4 
   3
0 0 0 4

 0 0 2 3  0 0 1 3 
2

  9 
 4 
3 
Jadi v  B  4 

 3
2

Perhatikan bahwa urutan vektor di basis menentukan koordinat. Jika

IF/2011 35

ALJABAR LINEAR DAN MATRIKS

 1   1   1
 2   1 ,  
B'  ,  0

 0   2   0

Maka koordinat v terhadap B’ adalah

 3 
 4 
v  B'  
3
2
 
9
4

Latihan 3.7

Tentukan koordinat relatif dari (3,2,5)T terhadap basis

u1  (1,1,1)T ,u2  (1, 2, 2)T ,u3  (2,3, 4)T .

Teorema 3.4
Koordinat vektor terhadap suatu basis tertentu adalah tunggal.

Definisi 3.11

   Pandang B  b1,b2,...,bn dan U  u1,u2,...,un untuk ruang vektor V. Matriks transisi dari

B ke U adalah

 P  b1U , b2 U ...bn U

Dan memenuhi persamaan
vU  P vB v V

Matriks P adalah matriks tak singular dan P’ adalah matriks transisi dari U ke B.

Contoh 3.11:

IF/2011 36

ALJABAR LINEAR DAN MATRIKS

   a. Carilah matriks transisi dari perubahan basis v1, v2 ke u1,u2 dimana

v1   5 , v2  7 dan u1   3 , u2  1
      1
 2   3   2 

b. Jika aV   1  tentukan  a U
 2 
 

Penyelesaian

a. Kita dapat menuliskan masing-masing basis v1, v2 ke dalam u1,u2

v1  p11u1  p21u2
v2  p12 u1  p22 u2

Dengan mensubstitusi v1, v2 dan u1,u2 diperoleh dua persamaan sebagai berikut:

 5    3 p11  p21  dan 7   3 p12  p22 
 2   2 p11  p21   3    p22 
      2 p12 

Dari persamaan ini diperoleh  p11    3  dan  p12    4 
   4     5 
 p21     p22   

 3 4
   Sehingga   4
diperoleh P  5  adalah matriks transisi dari basis v1, v2 ke u1, u2 .


b. Dapat ditunjukkan pula bahwa

aU   3 4  a V   3 4  1   5 
 4 5   4 5   2   6 
     

Latihan 3.8 37

   1. Dari contoh diatas tentukan matriks transisi dari basis u1,u2 ke v1, v2

2. Misalkan v1  (4, 6, 7)T , v2  (0,1,1)T , v3  (0,1, 2)T adalah basis dan u1  (1,1,1)T ,

IF/2011

ALJABAR LINEAR DAN MATRIKS

u2  (1, 2, 2)T ,u3  (2,3, 4)T

   a. Tentukan matriks transisi dari u1,u2,u3 ke v1, v2, v3
 b. Jika x  2v1  3v2  4v3 , tentukan koordinat dari x relatif terhadap u1,u2,u3

3.8 Rank dan Nulitas
Definisi 3.12
Jika A adalah matriks mxn maka subruang Rn yang direntang oleh vektor-vektor baris dari A
disebut ruang baris dari A. Subruang dari Rm yang direntang oleh vektor-vektor kolom dari

A disebut ruang kolom dari A. Ruang penyelesaian dari sistem persamaan homogen Ax  0
adalah subruang dari Rn disebut ruang null/ruang kosong dari A dinotasikan N(A) .
Contoh 3.12

Misalkan A   1 0 0
 0 1 
 0 

Ruang baris dari A adalah himpunan dari

(1,0,0)   (0,1,0)   , ,0

Ruang kolom dari A adalah himpunan semua vektor yang berbentuk

  1     0    0    
 0     0   
   1      

Teorema 3.5
Operasi baris elementer tidak mengubah ruang null dari suatu matriks
Operasi baris elementer tidak mengubah ruang baris suatu kolom
Contoh 3.13:

IF/2011 38

ALJABAR LINEAR DAN MATRIKS

 1 2 1 1 
 
Diketahui A   2 4 3 0 
1 2 1 5

Tentukan basis untuk ruang kosong A (N(A))

Penyelesaian
Menggunakan operasi baris elementer diperoleh matriks U yang merupakan matriks bentuk
eselon baris tereduksi dari A.

1 2 0 3
 
U   0 0 1 2 
0 0 0 0

Karena persamaan Ax  0 ekivalen dengan U x  0 (berdasarkan Teorema 3.5) maka

x  N(A) jika dan hanya jika

x1  2x2  3x4  0 sehingga x1  2x2  3x4
x3  2x4  0 x3  2x4

Misalkan x2   dan x4   maka vektor-vektor x  N(A) berbentuk

 x1    2  3     2     3 
 x2      1   0 
 x3   2   0   2 
 x4      0   1 
       
       

Jadi basis untuk N(A) adalah 2,1, 0, 0T dan 3, 0, 2,1T

Teorema 3.6
Jika suatu matriks U berada dalam bentuk baris eselon maka vektor-vektor baris dengan
utama 1 (yaitu vektor-vektor tak-nol) membentuk suatu basis untuk ruang baris U dan

IF/2011 39

ALJABAR LINEAR DAN MATRIKS

vektor-vektor kolom dengan utama 1 dari vektor-vektor baris membentuk suatu basis untuk
ruang kolom dari U.

Teorema 3.7
Jika A dan B adalah matriks yang ekivalen baris maka
a. Suatu himpunan vektor kolom dari A yang bebas linear jika dan hanya jika vektor-vektor

kolom yang berpadanan dari B juga bebas linear.
b. Suatu himpunan vektor kolom dari A yang diberikan membentuk suatu basis untuk

ruang kolom dari A jika dan hanya jika vektor-vektor kolom yang berpadanan dari B
membentuk suatu basis untuk ruang kolom dari B.

Berdasarkan teorema 3.6 , teorema 3.7 dan teorema 3.5 maka kita dapat menentukan basis
dari suatu matriks A dengan cara
Diketahui himpunan vektor S = { v1, v2, , vk } Rn
1. Bentuk matriks A yang mempunyai vektor v1, v2, , vk sebagai vektor-vektor kolomnya
2. Reduksi matriks A menjadi matriks baris eselon tereduksi R dan anggaplah w1, w2, , wk

adalah vektor-vektor kolom dari U.
3. Kenali kolom-kolom yang mengandung utama 1 di U. Vektor-vektor yang berpadanan

dari A merupakan vektor-vektor basis yang membangun S.
4. Nyatakan setiap kolom dari U yang tidak mengandung utama 1 sebagai kombinasi linear

dari vektor-vektor kolom yang mengandung utama 1. Persamaan yang berpadanan
untuk vektor-vektor kolom dari A menyatakan bahwa vektor-vektor yang tidak ada
dalam basis tersebut dapat diperoleh dari kombinasi linear dari vektor-vektor basisnya.

IF/2011 40

ALJABAR LINEAR DAN MATRIKS

Definisi 3.13
Rank dari suatu matriks A adalah dimensi dari ruang baris/ruang kolom dari A. Nulitas
adalah dimensi dari ruang nol.
Pada umumnya jumlah rank dan nulitas akan selalu sama dengan banyak kolom dari
matriks.
Teorema 3.8
Jika A adalah matriks m x n, maka rank dari A ditambah nulitas dari A sama dengan n.

Contoh 3.14

1 2 3
 
Diketahui A   2 1 0 
 3 1
1
 0 1
 5

Tentukan

a. Semua vektor baris dan vektor kolom dari A
b. Basis dan dimensi dari ruang kolom A
c. Basis dan dimensi dari ruang baris A

Penyelesaian

a. Vektor baris : v1  (1, 2,3), v2  (2,1, 0), v3  (3,1,1), v4  (5, 0, 1)

 1  2  3 
     
Vektor kolom : w1   2  , w2   1  , w3   0 
 3   1   1 
   1
5 0 

IF/2011 41

ALJABAR LINEAR DAN MATRIKS

 1 2 3  1 2 3
   6
 2 1 0   0 1 
b. A   3 1 0 5   U
1 0
 1  1 
  
5 0 0 0 0

Bilangan utama 1 ada pada semua kolom pada matriks U sehingga basis dari ruang

kolom adalah S  {w1, w2, w3} dan dimensi ruang kolomnya adalah 3.

 1 2 3 5   1 2 3 5 
   
c. AT   2 1 1 0   0 1 1 2   U

 3 0 1 1  0 0 1 2 

Bilangan utama satu terletak pada kolom ke-1,2,3 maka basis dari ruang baris A adalah

S  {v1, v2, v3} dan dimensi ruang baris A adalah 3.

Latihan 3.9

1. Tentukan basis dan dimensi dari ruang kosong A jika ada

 1 1 3   1 4 5 2
   
(i) A   5 4 4  (ii) A   2 1 3 0 
7 6 2 1 3 2 2

2. Tentukan basis ruang kolom, basis ruang baris dan rank dari matriks A berikut ini

 1 1 3 2 
 
 2 0 1 1 

 2 1 1 1 
 
3 2 3 3

3. Tentukan basis dari ruang yang direntang oleh vektor – vektor berikut ini

v1  (1,0,1,1), v2  (3,3,7,1), v3  (1,3,9,3), v4  (5,3,5, 1)

IF/2011 42

ALJABAR LINEAR DAN MATRIKS

4 RUANG HASIL KALI DALAM

JUMLAH PERTEMUAN : 3 PERTEMUAN
TUJUAN INSTRUKSIONAL KHUSUS :

1. Menghitung hasil kali dalam baku dan hasil kali silang.
2. Menggunakan aksioma hasil kali dalam untuk memeriksa ruang hasil kali dalam
3. Mengetahui sifat-sifat ruang hasil kali dalam
4. Menggunakan sifat-sifat basis ortogonal dan basis ortonormal
5. Menggunakan metode Gram-Schimdt untuk menentukan basis ortogonal.

Materi :
4.1 Hasil Kali Dalam Baku

Definisi 4.1
Jika u dan v adalah vektor-vektor kolom dalam ruang berdimensi 2 maka dinotasikan u.v
sebagai hasil kali titik/hasil kali skalar

u.v  u1v1  u2v2
Jika u dan v adalah vektor-vektor kolom dalam ruang berdimensi 3 maka

u.v  u1v1  u2v2  u3v3
Hasil kali dalam baku untuk R2, R3 didefinisikan sebagai hasil kali skalar u, v  u.v

Definisi 4.2

IF/2011 43

ALJABAR LINEAR DAN MATRIKS

Jika u dan v adalah vektor-vektor dalam ruang berdimensi 2 dan berdimensi 3,  adalah

sudut antara u dan v , maka hasil kali titik atau hasil kali dalam Euclidean

u.v   u  v cos , jika u  0 dan v  0

 0 jika u  0 dan v  0

Definisi 4.3

Jika u dan v adalah vektor-vektor tak-nol, maka sudut dari dua buah vektor dapat
ditentukan dengan cara

cos  u.v
u.v

 Latihan 4.1

1 1
   
1. Jika a   2  b   2  tentukan T b dan a, b

a

 3  2

2. Diketahui u  (2, 1,1) dan v  (1,1, 2) Tentukan sudut  antara u dan v .

4.2 Hasil Kali Silang
Dalam penerapan vektor dalam ruang berdimensi 3 kadang-kadang diperlukan suatu vektor
yang tegak lurus terhadap dua vektor yang diketahui, untuk itu diperkenalkan sebuah jenis
perkalian vektor yang menghasilkan vektor-vektor tersebut.

Definisi 4.4
Jika u  (u1,u2,u3), v  (v1,v2,v3) adalah vektor-vektor dalam ruang berdimensi 3 maka hasil
kali silang u  v adalah vektor yang didefinisikan sebagai

IF/2011 44

ALJABAR LINEAR DAN MATRIKS

u  v   u2 u3 ,  u1 u3 , u1 u2 
 v2 v3 v1 v3 v1 v2 
 

Contoh 4.1:

Carilah u  v dimana u  (1, 2, 2), v  (3,0,1) .

Penyelesaian :
Susun dalam bentuk matriks

1 2 2
 
 3 0 1 

Maka u v   2 2 1 2 1 2   (2, 7, 6)
 0 , , 0 
 
13 13

 Latihan 4.2
a. Hitunglah u  v dimana u  (2, 1,1) dan v  (1,1, 2)
b. Kemudian tentukan u  v dan u , v

c. Hitunglah u  v .u dan u  v .v . Apa yang dapat Anda simpulkan dari hasil perhitungan

tersebut?

d. Periksalah apakah uv 2  u 2 v 2  (u  v)2

.

4.3 Ruang Hasil Kali Dalam
Definisi 4.5
Hasil kali dalam (dinotasikan <. ,.>) adalah fungsi yang mengaitkan setiap vektor di ruang
vektor V dengan suatu bilangan riil dan memenuhi aksioma berikut. Misalkan V adalah
ruang vektor, u,v, wV  suatu skalar, maka berlaku:

IF/2011 45

ALJABAR LINEAR DAN MATRIKS

1. Simetris : u, v  v,u

2. Aditivitas : u  v, w  u, w  v, w

3. Homogenitas : u, v  . u, v

4. Positifitas : u,u  0 dan u,u  0  u  0

Ruang vektor yang dilengkapi dengan hasil kali dalam disebut ruang hasil kali dalam.
Contoh 4.2
1. Ruang hasil kali dalam Euclides ( Rn )

Misalkan u, v  Rn maka u, v  u1v1  u2v2  ...  unvn .
Panjang vektor di Rn dapat dinyatakan sebagai bentuk hasil kali dalam yaitu

1/ 2

u  u,u  u1u1  u2u2  ...  unun
Dapat ditunjukkan bahwa sifat simetris, aditivitas, homogenitas dan positifitas dipenuhi
2. Jarak antara dua vektor u, v  Rn dinyatakan dengan d(u, v) juga dapat dinyatakan
sebagai bentuk hasil kali dalam.

1/ 2

d (u, v)  u  v  u  v,u  v
 (u1  v1)2  (u2  v2 )2  ...  (un  vn )2

3. Misalkan W  R3 yang dilengkapi dengan operasi hasil kali u, v  2u1v1  u2v2  3u3v3

dimana u, v W . Tunjukkan W adalah ruang hasil kali dalam.
a. Simetris

Ambil u, v W sembarang maka
u, v  2u1v1  u2v2  3u3v3  2v1u1  v2u2  3v3u3  v,u

b. Aditivitas

IF/2011 46

ALJABAR LINEAR DAN MATRIKS

Ambil u, v, wW sembarang maka
u  v, w  2(u1  v1)w1  (u2  v2 )w2  3(u3  v3)w3
 2(u1w1  v1w1)  (u2w2  v2w2 )  3(u3w3  v3w3)
 2u1w1  2v1w1  u2w2  v2w2  3u3w3  3v3w3
 (2u1w1  u2w2  3u3w3)  (2v1w1  v2w2  3v3w3)
 u, w  v, w

c. Homogenitas
Ambil u,v W ,  skalar maka
u, v  2u1v1 u2v2  3u3v3

  (2u1v1  u2v2  3u3v3)   u, v
d. Positifitas

Ambil u W maka
u, u  2u1u1  u2u2  3u3u3  2u12  u22  3u32

Karena u12,u22,u32  0 maka 2u12  u22  3u32  0
dan 2u12  u22  3u32  0  u  0

4. Tunjukkan bahwa u, v  u1v1  2u2v2  3u3v3 bukan merupakan hasil kali dalam
Perhatikan untuk u,u  u12  2u22  3u32 saat 3u32  u12  2u22 maka u,u  0
Sehingga tidak memenuhi sifat positivitas.

 Latihan 4.3

IF/2011 47

ALJABAR LINEAR DAN MATRIKS

a. Periksa apakah u, v  4u1v1  5u2v2 adalah suatu hasil kali dalam pada R2
b. Periksa apakah u, v  u1v1  u3v3 adalah suatu hasil kali dalam pada R3
c. Periksa apakah u, v  u12v12  u22v22  u32v33 adalah hasil kali dalam pada R3

Teorema 4.1
Berikut ini beberapa sifat dari vektor-vektor dalam ruang hasil kali dalam
Jika u, v, w adalah vektor-vektor dalam ruang hasil kali dalam real, dan  adalah skalar
sembarang maka :
a. 0, v  v, 0

b. u,v  w  u,v  u, w
c. u, v  . u, v

d. u  v, w  u, w  v, w

e. u, v  w  u,v  u, w

 Latihan 4.4
1. Buktikan Teorema 4.1

2. Jika U   u11 u12  V   v11 v12  didefinisikan hasil kali dalam untuk M 22 maka
 u21 u22   v21 v22 
   

U ,V  u11v11  u12v12  u21v21  u22v22 dan U  U ,U 1/2  u112  u122  u212  u222

Tentukan U ,V jika U   1 2 V  4 6
 3   
 5   0 8 

IF/2011 48

ALJABAR LINEAR DAN MATRIKS

Definisi 4.6
Dua buah vektor u dan v dalam Rn disebut ortogonal jika u, v  0

 Latihan 4.5

Tunjukkan bahwa matriks U  1 0 V   0 2 saling ortogonal
1   0 
1   0 

4.4 Basis Ortonormal
Definisi 4.7

 Diketahui V adalah ruang hasil kali dalam dan v1, v2, , vn V . H  v1, v2, , vn disebut

himpunan ortogonal jika untuk setiap vektor dalam V saling tegak lurus berlaku
vi , vj  0 i  j dan i, j  1, 2,..., n .

Definisi 4.8

 Diketahui V adalah ruang hasil kali dalam dan v1, v2, , vn V . G  v1, v2, , vn disebut

himpunan ortonormal jika
- G adalah himpunan ortogonal
- Norma dari vi  1, i  1, 2,..., n atau vi ,vi  1

 Latihan 4.6
Diketahui u1  (0,1, 0), u2  (1, 0,1), u3  (1, 0, 1)  R3 dan R3 adalah ruang hasil kali dalam.
a. Tunjukkan bahwa u1, u2, u3 ortogonal
b. Apakah u1, u2, u3 ortonormal?

IF/2011 49

ALJABAR LINEAR DAN MATRIKS

c. Hitunglah u1 , u2 , u3

v1  1 .u1, v2  1 .u2 , v3  1 .u3 d. Tentukan v1, v2 , v3
u1 u2 u3

e. Hitunglah v1 , v2 , v3

f. Apakah v1, v2, v3 adalah vektor ortonormal?
NB: Vektor v1, v2, v3 disebut vektor satuan/vektor normal karena vektor ini mempunyai
panjang 1.

4.5 Metode Gram-Schimdt
Basis yang berisi vektor-vektor ortonormal disebut basis ortonormal dan basis yang berisi
vektor-vektor ortogonal disebut basis ortogonal.
Perhatikan gambar berikut

u u proy  u
W

proyW u W proyW u W

proyW u adalah proyeksi ortogonal u pada W dan proy  u adalah proyeksi ortogonal u
W

pada W┴. Jika u  proyW u  proy  u maka proy  u  u  proyW u sehingga
W W

u  proyW u  proy  u dapat dituliskan menjadi u  proyW u  (u  proyW u)
W

Teorema 4.2
Misalkan W adalah subruang berdimensi tehingga dari suatu ruang hasil kali dalam V.

IF/2011 50