Contoh
Soal Matriks, Pengertian, Jenis-jenis, Sifat Operasi, Invers, Jawaban,
Notasi dan Ordo, Penjumlahan, Pengurangan, Perkalian, Transpose, Skalar,
Determinan, Matematika - Apa yang kalian amati ketika melihat
daftar harga, daftar nilai UN, atau daftar gaji? Apakah kalian
memerhatikan susunan penulisannya? Jika susunan tersebut dituliskan
untuk per hari atau per bulan atau bahkan per tahun pasti akan menjadi
sangat panjang. Perhatikan juga posisi tempat duduk peserta ujian. Apa
yang kalian bayangkan tentang posisi berderet dari depan ke belakang dan
dari kiri ke kanan? Kasus-kasus di atas dapat disajikan dengan mudah
menggunakan matriks.
Tujuan Pembelajaran :
Setelah mempelajari bab ini, diharapkan kalian dapat
- menjelaskan ciri suatu matriks;
- menuliskan informasi dalam bentuk matriks;
- melakukan operasi aljabar atas dua matriks;
- menentukan determinan matriks persegi ordo 2;
- menentukan invers matriks persegi ordo 2;
- menentukan penyelesaian sistem persamaan linear dua variabel dengan invers matriks;
- menentukan penyelesaian sistem persamaan linear dua variabel dengan determinan;
- menentukan determinan matriks persegi ordo 3;
- menentukan penyelesaian sistem persamaan linear tiga variabel.
Materi tentang matriks merupakan materi baru bagi kalian.
Pembahasan tentang matriks ini sangat diperlukan untuk mempelajari
materi lain dalam matematika, antara lain determinan, vektor, dan
transformasi geometri. Matriks merupakan salah satu cara untuk
mempermudah penyelesaian sistem persamaan linear. Dalam kehidupan
sehari-hari, matriks sangat membantu dalam mencatat hal-hal yang
berhubungan dengan jajaran bilangan.
1. Pengertian, Notasi, dan Ordo Matriks
1.1. Pengertian Matriks
Untuk memahami pengertian tentang matriks, perhatikan contoh berikut.
Seorang siswa mencatat hasil ulangan hariannya untuk pelajaran
Matematika, Sejarah, TIK, dan Bahasa Inggris dalam tabel berikut.
Mata
Pelajaran
|
Ulangan I
|
Ulangan II
|
Ulangan III
|
Ulangan IV
|
Matematika
|
7
|
8
|
9
|
8
|
Sejarah
|
8
|
7
|
8
|
6
|
TIK
|
5
|
7
|
8
|
6
|
B.
Inggris
|
7
|
9
|
10
|
8
|
Tabel di atas dapat disajikan dalam bentuk yang lebih sederhana.
Dalam membaca tabel di atas, siswa tidak mengalami kesulitan karena dia
sudah tahu bahwa baris ke-1 adalah nilai Matematika, baris ke-2 nilai
Sejarah, baris ke-3 nilai TIK, dan baris ke-4 nilai Bahasa Inggris.
Untuk kolom pertama menyatakan nilai ulangan I, kolom ke-2 adalah nilai
ulangan II, dan seterusnya.
Dalam matematika, susunan bilangan yang ditulis menurut baris dan kolom
serta ditandai dengan tanda kurung di sebelah kiri dan sebelah kanannya
disebut matriks. Nama baris dan kolom disesuaikan dengan urutannya.
Masing-masing bilangan yang ada di dalam tanda kurung tersebut disebut
elemen matriks. Pada matriks di atas, elemen matriks baris ke-2 kolom
ke-4 adalah 6 dan elemen matriks baris ke-3 kolom ke-1 adalah 5. Hal ini
dapat dilihat dengan mudah pada matriks berikut.
Pada matriks di atas, elemen matriks baris ke-3 kolom ke-4 adalah 6. Elemen matriks baris ke-2 kolom ke-3 adalah 8.
1.2. Notasi dan Ordo Matriks
Untuk menyatakan matriks, biasanya digunakan huruf kapital, seperti A,
B, C, ..., sedangkan untuk menyatakan elemen matriks ditulis dengan
huruf kecil. Misalnya, aij untuk menyatakan tiap elemen matriks A, bij untuk menyatakan tiap elemen B, dan seterusnya.
Dari uraian yang telah disampaikan di atas, kita dapat mendefinisikan pengertian matriks sebagai berikut.
Suatu matriks A berukuran m × n adalah susunan berbentuk persegi panjang yang terdiri atas m baris dan n kolom.
Matriks A biasanya dinotasikan sebagai berikut.
aij menyatakan elemen matriks pada baris ke-i dan kolom ke-j.
Untuk ukuran m × n, sering kali disebut ordo suatu matriks sehingga matriks A dapat ditulis Am
x n. Kadang-kadang, bentuk umum matriks A dapat dituliskan secara singkat ke dalam notasi A = (aij), B = (bij), dan seterusnya.
Dari uraian di atas dapat diberikan definisi yang jelas tentang ordo matriks dan notasi matriks sebagai berikut.
Ordo suatu matriks adalah ukuran matriks yang menyatakan banyak baris
diikuti dengan banyak kolom. Notasi dari matriks A dinyatakan dengan A =
(aij).
Hasil penelitian tentang keadaan harga-harga pokok selama tahun 2004,
2005, 2006, dan 2007 di suatu daerah adalah sebagai berikut.
Tahun
|
Harga Per Kilogram dalam Rupiah
|
Beras
|
Gula
|
Minyak Goreng
|
2004
|
1.900
|
3.750
|
4.500
|
2005
|
2.300
|
3.900
|
4.700
|
2006
|
2.400
|
3.800
|
5.000
|
2007
|
2.600
|
4.000
|
5.600
|
a. Susunlah data di atas ke dalam bentuk matriks dengan notasi A.
b. Berapa banyak baris dan kolom dari matriks A?
c. Sebutkan elemen-elemen pada baris kedua.
d. Sebutkan elemen-elemen pada kolom ketiga.
Pembahasan Soal Matriks 1
a. A =
b. Banyak baris pada matriks A adalah 4 dan banyak kolom pada matriks A adalah 3.
c. Elemen-elemen pada baris kedua adalah a21 = 2.300, a22 = 3.900, dan a23 = 4.700.
d. Elemen-elemen pada kolom ketiga adalah a13 = 4.500, a23 = 4.700, a33 = 5.000, dan a43 = 5.600.
Contoh Soal 2
Diketahui matriks B =
Tentukan :
a. ordo matriks B;
b. elemen-elemen baris pertama;
c. elemen pada baris ke-3 dan kolom ke-2;
d. elemen pada baris ke-2 dan kolom ke-4.
Penyelesaian 2
a. Matriks B mempunyai 3 baris dan 4 kolom sehingga ordo matriks B adalah 3 × 4 atau dinotasikan B3
× 4.
b. Elemen-elemen baris pertama adalah 7, –5, 1, dan 8.
c. Elemen pada baris ke-3 kolom ke-2 adalah 3, ditulis b32 = 3.
d. Elemen pada baris ke-2 kolom ke-4 adalah 9, ditulis b24 = 9.
Contoh Soal 3
Diketahui sistem persamaan linear berikut.
3x + 5y – x = 4
5x + 2y – 3z = 8
2x – 4y + 2z = 6
a. Susunlah sistem persamaan linear di atas ke dalam matriks A.
b. Tentukan ordo matriks A.
c. Hitunglah a32
+ a21 + a13.
Jawaban 3
a. Sistem persamaan linear di atas dapat disusun dalam tabel berikut.
|
Koefisien x
|
Koefisien y
|
Koefisien z
|
Persamaan 1
|
3
|
5
|
–1
|
Persamaan 2
|
5
|
2
|
–3
|
Persamaan 3
|
2
|
–4
|
2
|
Dengan demikian, matriks yang bersesuaian dengan tabel di atas adalah A =
b. Ordo matriks A adalah 3 × 3 atau ditulis A3
× 3.
c. a32 adalah elemen baris ke-3 kolom ke-2, yaitu –4.
a21 adalah elemen baris ke-2 kolom ke-1, yaitu 5.
a13 adalah elemen baris ke-1 kolom ke-3, yaitu –1.
Jadi, a32
+ a21 + a13 = –4 + 5 + (–1) = 0.
1.3. Matriks-Matriks Khusus
Beberapa macam matriks khusus yang perlu kalian kenal adalah sebagai berikut.
1.3.1. Matriks Baris
Matriks baris adalah matriks yang hanya terdiri atas satu baris.
Misalnya:
P = [3 2 1]
Q = [4 5 –2 5]
1.3.2. Matriks Kolom
Matriks kolom adalah matriks yang hanya terdiri atas satu kolom, Misalnya:
1.3.3. Matriks Persegi
Matriks persegi adalah matriks yang banyak baris sama dengan banyak
kolom. Jika banyak baris matriks persegi A adalah n maka banyaknya kolom
juga n, sehingga ordo matriks A adalah n × n. Seringkali matriks A yang
berordo n × n disebut dengan matriks persegi ordo n. Elemen-elemen a11,
a22, a33, ..., ann merupakan elemen-elemen pada diagonal utama.
Misalnya:
A =
merupakan matriks persegi ordo 2.
B =
merupakan matriks persegi ordo 4.
Elemen-elemen diagonal utama matriks A adalah 1 dan 10, sedangkan pada matriks B adalah 4, 6, 13, dan 2.
1.3.4. Matriks Diagonal
Matriks diagonal adalah matriks persegi dengan setiap elemen yang bukan
elemen-elemen diagonal utamanya adalah 0 (nol), sedangkan elemen pada
diagonal utamanya tidak semuanya nol. Misalnya:
1.3.5. Matriks Identitas
Matriks identitas adalah matriks persegi dengan semua elemen pada
diagonal utama adalah 1 (satu) dan elemen lainnya semuanya 0 (nol). Pada
umumnya matriks identitas dinotasikan dengan I dan disertai dengan
ordonya. Misalnya:
1.3.6. Matriks Nol
Matriks nol adalah suatu matriks yang semua elemennya adalah 0 (nol).
Matriks nol biasanya dinotasikan dengan huruf O diikuti ordonya,
Om
× n. Misalnya:
1.4. Transpose Suatu Matriks
Transpose dari matriks A berordo m × n adalah matriks yang diperoleh
dari matriks A dengan menukar elemen baris menjadi elemen kolom dan
sebaliknya, sehingga berordo n × m. Notasi transpose matriks m n A ×
adalah
.
Contoh Soal 5 :
Jika A =
, tentukan
AT dan ordonya.
Pembahasan :
Terlihat dari matriks A bahwa elemen baris ke-1 adalah 4, 2, dan –1,
sedangkan elemen baris ke-2 adalah 3, 5, dan 6. Untuk mengubah matriks A
menjadi
AT, posisikan elemen baris ke-1 menjadi kolom ke-1 dan elemen baris ke-2 menjadi elemen kolom ke-2 sehingga diperoleh
AT =
Ordo matriks A adalah 2 × 3, sedangkan ordo AT adalah 3 × 2.
2. Kesamaan Dua Matriks
Coba perhatikan bahwa :
4 = 4;
5 = 3 + 2;
9 = 33
Perhatikan juga dengan matriks berikut.
Matriks tersebut adalah dua matriks yang sama. Demikian juga dengan matriks berikut.
Tampak bahwa elemen-elemen seletak dari kedua matriks mempunyai nilai yang sama. Sekarang, apakah matriks
merupakan dua matriks yang sama? Coba selidiki, apakah elemen-elemen seletak dari kedua matriks mempunyai nilai yang sama?
Jika kalian telah memahami kasus di atas, tentu kalian dapat memahami definisi berikut.
Dua matriks A dan B dikatakan sama, ditulis A = B jika matriks A dan B
mempunyai ordo yang sama dan semua elemen yang seletak bernilai sama.
Elemen yang seletak adalah elemen yang terletak pada baris dan kolom
yang sama.
Contoh Soal 5
Diketahui A =
, B =
, C =
, dan D =
.
Apakah A = B? Apakah A = C? Apakah A = D?
Pembahasan 5
Dari keempat matriks tersebut, tampak bahwa matriks A = B karena ordonya
sama dan elemen-elemen yang seletak nilainya sama. Matriks A ≠ C karena meskipun ordonya sama, tetapi elemen-elemen seletak ada yang nilainya tidak sama, sedangkan A ≠ D karena ordonya tidak sama.
Contoh Soal 6
Tentukan nilai x, y, dan z jika
=
Jawaban 6
Karena kedua matriks di atas sama dan elemen-elemen yang seletak
bernilai sama, diperoleh x = 2, 12 = 3y atau y = 4, dan 2 – y = z atau z
= –2. Jadi, x = 2, y = 4, dan z = –2.
3. Penjumlahan dan Pengurangan Matriks
3.1. Penjumlahan Matriks
Jumlah matriks A dan B, ditulis matriks A + B, adalah suatu matriks yang
diperoleh dengan menjumlahkan elemen-elemen yang seletak dari matriks A
dan B.
Misalnya:
Matriks
dapat dijumlahkan dengan matriks
.
Matriks
dapat dijumlahkan dengan matriks
.
dan seterusnya.
Secara umum, jika matriks A = [aij] dan B = [bij] maka matriks A + B = [aij] + [bij] = [aij + bij].
Bagaimana jika kedua matriks mempunyai ordo yang tidak sama?
Misalnya:
matriks
dengan matriks
. Dapatkah kedua matriks itu dijumlahkan?
Coba kalian diskusikan dengan teman-temanmu. Setelah melakukan diskusi
tentang permasalahan di atas, tentu kalian dapat menyimpulkan sebagai
berikut.
Syarat agar dua matriks atau lebih dapat dijumlahkan adalah mempunyai ordo yang sama.
Contoh Soal 7
Diketahui A =
, B =
, dan C =
Tentukan :
a. A + B;
b. A + C.
Penyelesaian 7
a. A + B =
b. A + C =
tidak dapat dijumlahkan karena ordonya tidak sama.
Contoh Soal 8
Carilah nilai x dan y yang memenuhi
Terlihat dari persamaan matriks ini, diperoleh 6x + 1 = 3
↔ x = 1/3 dan 4y = 8 ↔ y = 2. Jadi, diperoleh nilai x = 1/3 dan y = 2.
3.2. Pengurangan Matriks
3.2.1. Lawan Suatu Matriks
Sebelum kita membahas tentang pengurangan matriks, terlebih dahulu akan kita bicarakan mengenai lawan suatu matriks.
Lawan suatu matriks A adalah suatu matriks yang elemen-elemennya
merupakan lawan dari elemen-elemen matriks A. Secara lebih jelas, dari
suatu matriks A = [aij] dapat ditentukan lawan matriks yang ditulis dengan –A sehingga –A = [–aij]. Misalnya sebagai berikut.
Jika A =
, lawan matriks A adalah –A =
Jika B =
, lawan matriks B adalah –B =
3.2.2. Pengurangan terhadap Matriks
Pengurangan matriks A dan B, ditulis A – B, adalah suatu matriks yang
diperoleh dengan mengurangkan elemen-elemen yang bersesuaian letak dari
matriks A dan B. Atau, matriks A – B adalah matriks yang diperoleh
dengan cara menjumlahkan matriks A dengan lawan dari matriks B, yaitu A –
B = A + (–B) dengan –B adalah lawan matriks B. Seperti halnya dengan
penjumlahan matriks, syarat agar dua matriks atau lebih dapat
dikurangkan adalah mempunyai ordo yang sama. Secara umum, jika
A = [aij] dan B = [bij] maka A – B = [aij] – [bij] = [aij] – [bij]
Contoh Soal 9
Diketahui A =
dan B =
. Tentukan A – B.
Jawaban 9
Cara 1:
Karena –B =
maka
A – B = A + (–B) =
Cara 2:
A – B =
Contoh Soal 10
Hitunglah X jika diketahui
Penyelesaian 10
X =
3.3. Sifat-Sifat Penjumlahan Matriks
Agar kalian dapat menemukan sendiri sifat-sifat penjumlahan matriks, lakukan Aktivitas berikut.
Aktivitas :
Tujuan : Menemukan sifat-sifat penjumlahan matriks
Permasalahan : Sifat-sifat apakah yang berlaku pada penjumlahan matriks?
Kegiatan : Kerjakan soal-soal berikut di buku tugas.
1. Diketahui matriks A =
, B =
, dan C =
. Tentukan hasil penjumlahan berikut, kemudian tentukan sifat apa yang berlaku.
a. A + B c. (A + B) + C
b. B + A d. A + (B + C)
2. Untuk matriks A =
dan O =
,
dengan ordo A adalah 2 × 3 dan ordo O adalah 2 × 3, apakah A + O = O +
A? Apakah A + O = O + A berlaku untuk semua matriks yang dapat
dijumlahkan?
3. Diketahui matriks A =
. Tentukan A + (–A) dan (–A) + A. Matriks apakah yang kalian peroleh?
Kesimpulan : Berdasarkan kegiatan di atas, sifat apa saja yang kalian peroleh?
Berdasarkan Aktivitas di atas dapat ditemukan sifat-sifat penjumlahan
dan pengurangan matriks sebagai berikut. Jika A, B, dan C
matriks-matriks yang berordo sama maka pada penjumlahan matriks berlaku
sifat-sifat berikut.
a. A + B = B + A (sifat komutatif)
b. (A + B) + C = A + (B + C) (sifat asosiatif)
c. Unsur identitas penjumlahan, yaitu matriks O sehingga A + O = O + A = A.
d. Invers penjumlahan A adalah –A sehingga A + (–A) = (–A) + A = O.
Perhatian :
Untuk pengurangan matriks tidak berlaku sifat komutatif, sifat asosiatif, dan tidak mempunyai unsur identitas.
4. Perkalian Suatu Skalar dengan Matriks
4.1. Pengertian Perkalian Suatu Skalar dengan Matriks
Misalkan A suatu matriks berordo m × n dan k suatu skalar bilangan real.
Matriks B = kA dapat diperoleh dengan cara mengalikan semua elemen A
dengan bilangan k, ditulis :
Contoh Soal 11
Diketahui A =
dan B =
.
Tentukan :
a. 3A; b. 6B; c. –3A + 2B.
Jawaban 11
4.2. Sifat-Sifat Perkalian Bilangan Real (Skalar) dengan Matriks
Perkalian bilangan real (skalar) dengan suatu matriks dapat dilakukan
tanpa syarat tertentu. Artinya, semua matriks dengan ordo sembarang
dapat dikalikan dengan bilangan real (skalar). Misalkan A dan B
matriks-matriks berordo m × n serta k1
dan k2 bilangan real (skalar), berlaku sifat-sifat berikut.
b. (k1 + k2)A
= k1A + k2A
Bukti :
Di buku ini, hanya akan dibuktikan sifat a. Misalkan k1 skalar, A dan B matriks berordo m × n.
Cara membuktikan sifat ini dapat juga dilakukan sebagai berikut.
Misalkan matriks A = [aij] dan B = [bij], dengan i = 1, 2, ..., m
dan j = 1, 2, ..., n
k1(A + B) = k1([aij] + [bij])
= k1([aij + bij])
= [k1(aij + bij)]
= [k1aij + k1bij]
= [k1aij] + [k1bij]
= k1[aij] + k1[bij]
= k1A + k1B .............................................. (terbukti)
5. Perkalian Matriks
5.1. Pengertian Perkalian Matriks
Untuk memahami pengertian perkalian matriks, perhatikan ilustrasi
berikut ini. Rina membeli bolpoin dan buku di dua tempat yang berbeda.
Di toko I, ia membeli 3 bolpoin dan 2 buku, sedangkan di toko II, ia
membeli 4 bolpoin dan 3 buku. Harga bolpoin dan buku di kedua toko
tersebut sama, yaitu Rp2.500,00 dan Rp4.000,00 per buah. Berapa uang
yang dikeluarkan Rina?
Tempat
|
Bolpoin
|
Buku
|
Toko
I
|
3
|
2
|
Toko
II
|
4
|
3
|
Barang
|
Harga
|
Bolpoin
|
Rp2.500,00
|
Buku
|
Rp4.000,00
|
Untuk menghitung jumlah uang yang dibayar oleh Rina dapat langsung kita
hitung dengan cara mengalikan banyaknya barang dengan harga
masing-masing sebagai berikut.
Toko I : (3 × Rp2.500,00) + (2 × Rp4.000,00) = Rp15.500,00
Toko II : (4 × Rp2.500,00) + (3 × Rp4.000,00) = Rp22.000,00
Di samping itu, pernyataan di atas dapat disajikan dalam bentuk matriks sebagai berikut.
P =
menyatakan banyak bolpoin dan buku yang dibeli Rina. Baris 1 menyatakan toko I dan baris 2 untuk toko II.
Q =
menyatakan harga masing-masing bolpoin dan buku. Daftar jumlah uang yang dikeluarkan Rina dapat dilihat pada tabel berikut.
Tempat
|
Harga
Pembelian
|
Toko I
|
3
× Rp 2.500,00 + 2 × Rp 4.000,00 = Rp 15.500,00
|
Toko II
|
4
× Rp 2.500,00 + 3 × Rp 4.000,00 = Rp 22.000,00
|
Tabel pengeluaran di atas bersesuaian dengan perkalian matriks P × Q, yaitu :
P × Q =
Dari uraian di atas, matriks P berordo 2 × 2 dan matriks Q berordo 2 ×
1, sedangkan P × Q berordo 2 × 1 sehingga bagan perkalian dan hasil
kalinya mempunyai hubungan sebagai berikut.
Secara umum, perkalian matriks didefinisikan sebagai berikut.
Misalkan A matriks berordo m × p dan B matriks berordo p × n maka A × B adalah suatu matriks C = [cij] berordo m × n yang elemen-elemennya pada baris ke-i, yaitu kolom ke-j (cij) diperoleh dari penjumlahan hasil kali elemen-elemen yang bersesuaian pada baris ke-i matriks A dan kolom ke-j matriks B.
Contoh Soal 12
Diketahui matriks A =
, B = [-3 2], C =
, dan D =
Tentukan :
a. A × B; c. C × D;
b. B × C; d. A × C.
Jawaban 12
a. Hasil perkalian dari A × B.
b. Hasil perkalian dari B × C.
c. Hasil perkalian dari B × C.
d. A × C =
tidak dapat dikalikan karena banyak kolom matriks A tidak sama dengan banyak baris matriks C.
5.2. Pengertian Dikalikan dari Kiri dan Dikalikan dari Kanan
Syarat dua matriks dapat dikalikan adalah jika banyak kolom matriks kiri
sama dengan banyak baris matriks kanan. Jika perkalian A × B ada (dapat
dikalikan) maka dikatakan bahwa :
a. matriks B dikali dari kiri oleh matriks A;
b. matriks A dikali dari kanan oleh matriks B.
Contoh Soal 13
Diketahui matriks A =
dan B =
.
Tentukan hasil perkalian
a. matriks A dikali dari kiri oleh matriks B;
b. matriks A dikali dari kanan oleh matriks B.
Pembahasan 14
a. Matriks A dikalikan dari kiri oleh matriks B, berarti :
B x A =
b. Matriks A dikalikan dari kanan oleh matriks B, berarti :
A x B =
Tampak dari hasil di atas bahwa A × B ≠ B × A, artinya perkalian matriks tidak bersifat komutatif.
5.3. Sifat-Sifat Perkalian Matriks
Misalkan matriks A, B, dan C dapat dikalikan atau dijumlahkan. Untuk
memahami sifat-sifat perkalian matriks, lakukan Aktivitas berikut.
Aktivitas
Tujuan : Menemukan sifat-sifat perkalian matriks.
Permasalahan : Sifat-sifat apakah yang berlaku pada perkalian matriks?
Kegiatan : Kerjakan (selidiki) soal berikut di buku tugas.
Diketahui matriks A =
, B =
, dan C =
, . Jika k = 2, tentukan hasil perhitungan berikut.
a. A × B dan B × A. Apakah A × B = B × A?
Apa kesimpulanmu?
b. (A × B) × C dan A × (B × C).
Apakah hasilnya sama? Apa kesimpulanmu?
c. A × (B + C), (C × B) + (A × C), dan (A × C) + (A × B).
Bagaimana hubungan ketiga operasi perkalian matriks tersebut?
d. A × I dan I × A dengan I matriks identitas.
Hubungan apa yang terbentuk?
e. A × O dan O × A dengan O matriks nol ordo 2 × 2.
Apakah A × O = O × A = O?
f. (kA) × B dan k(A × B). Apakah (kA) × B = k(A × B)?
Kesimpulan : Sifat-sifat apakah yang kalian temukan dari kegiatan di atas?
Berdasarkan Aktivitas di atas ditentukan sifat-sifat perkalian matriks sebagai berikut.
Jika k bilangan real (skalar); A, B, dan C matriks yang dapat dikalikan;
serta B dan C dapat dijumlahkan maka berlaku sifat-sifat perkalian
matriks sebagai berikut.
a. Tidak komutatif, yaitu A × B = B × A.
b. Asosiatif, yaitu (A × B) × C = A × (B × C).
c. Distributif, yaitu:
1) distributif kiri: A × (B + C) = (A × B) + (A × C);
2) distributif kanan: (A + B) × C = (A × C) + (B × C).
d. Perkalian matriks-matriks persegi dengan matriks identitas I, yaitu A × I = I × A = A (ordo I sama dengan ordo matriks A).
e. Perkalian dengan matriks O, yaitu A × O = O × A = O.
f. Perkalian dengan skalar, yaitu (k A) × B = k(A × B).
Aktivitas
Tujuan : Menentukan hasil perkalian matriks dengan bantuan software komputer.
Permasalahan : Bagaimana cara menentukan hasil perkalian matriks dengan menggunakan software komputer?
Kegiatan : Kita akan menentukan matriks invers dengan Microsoft Excel. Fungsi yang digunakan adalah MMULT. Misalnya,
Untuk itu lakukan langkah-langkah berikut.
1. Masukkan elemen-elemen matriks pada sel-sel Microsoft Excel.
2. Tentukan hasil kali matriks A dengan B. Caranya adalah sebagai
berikut. Blok sel-sel yang akan ditempati elemen-elemen matriks hasil
kali dari matriks A dan B. Ketik
= MMULT(, kemudian sorot sel-sel yang mengandung matriks A tadi. Kemudian, ketik koma (
,) . Sorot sel-sel yang mengandung elemen-elemen matriks B diikuti dengan mengetik
).
Tekan CTRL + SHIFT + ENTER maka matriks hasil kali dari A dan B akan muncul.
Kesimpulan : Jika kalian melakukan langkah-langkah yang diinstruksikan dengan benar, kalian akan memperoleh hasil berikut.
5.4. Perpangkatan Matriks Persegi
Jika n adalah sebuah bilangan bulat positif dan A suatu matriks persegi, maka An = A × A × A × ... × A (sebanyak n faktor) atau dapat juga dituliskan An = A × An–1 atau An = An–1 × A.
Contoh Soal 14 :
Diketahui matriks A =
. Tentukan
a.
A2; b. A3; c. 2A4.
Jawaban :
a.
A2 = A × A =
b.
A3 = A ×
A2 =
Dengan cara lain, yaitu A3 = A2 × A, diperoleh :
A3 =
A2 × A =
Ternyata, A2 × A = A × A2 = A3.
c. 2
A4 = 2A ×
A3 =
6. Invers Suatu Matriks
Dua hal penting yang diperlukan dalam mencari invers matriks adalah
transpose dan determinan suatu matriks. Pada subbab sebelumnya, kalian
telah mempelajari transpose matriks. Sekarang, kita akan mempelajari
determinan matriks.
6.1. Determinan Suatu Matriks
6.1.1. Determinan Matriks Ordo 2 × 2
Misalkan A =
adalah
matriks yang berordo 2 × 2 dengan elemen a dan d terletak pada diagonal
utama pertama, sedangkan b dan c terletak pada diagonal kedua.
Determinan matriks A dinotasikan ”det A” atau |A| adalah suatu bilangan
yang diperoleh dengan mengurangi hasil kali elemen-elemen pada diagonal
utama dengan hasil kali elemen-elemen diagonal kedua.
Dengan demikian, dapat diperoleh rumus det A sebagai berikut.
det A =
= ad – bc
Contoh Soal 15 :
Tentukan determinan matriks-matriks berikut.
a. A =
b. B =
Penyelesaian :
a. det A =
= (5 × 3) – (2 × 4) = 7
b. det B =
= ((–4) × 2) – (3 × (–1)) = – 5
6.1.2. Determinan Matriks Ordo 3 × 3 (Pengayaan)
Jika A =
adalah matriks persegi berordo 3 × 3, determinan A dinyatakan dengan det A =
Ada 2 cara yang dapat digunakan untuk menentukan determinan matriks
berordo 3 × 3, yaitu aturan Sarrus dan metode minor-kofaktor.
Aturan Sarrus
Untuk menentukan determinan dengan aturan Sarrus, perhatikan alur berikut. Misalnya, kita akan menghitung determinan matriks
A3
× 3. Gambaran perhitungannya adalah sebagai berikut.
Metode Minor-Kofaktor
Misalkan matriks A dituliskan dengan [
aij]. Minor elemen aij yang dinotasikan dengan
Mij adalah determinan setelah elemen-elemen baris ke-i dan kolom ke-j dihilangkan. Misalnya, dari matriks
A3
× 3 kita hilangkan baris ke-2 kolom ke-1 sehingga :
Akan diperoleh
M21 =
.
M21 adalah minor dari elemen matriks A baris ke-2 kolom ke-1 atau
M21 = minor
a21. Sejalan dengan itu, kita dapat memperoleh minor yang lain, misalnya :
M13 =
Kofaktor elemen aij, dinotasikan Kij adalah hasil kali (–1)i+j dengan minor elemen tersebut. Dengan demikian, kofaktor suatu matriks dirumuskan dengan :
Kij
= (–1)i+j Mij
Dari matriks A di atas, kita peroleh misalnya kofaktor a21
dan a13 berturut-turut adalah
K
21 = (–1)
2+1
M
21 = –M
21 =
K13 = (–1)1+3
M13 = M13 =
Kofaktor dari matriks
A3
× 3 adalah kof(A) =
Nilai dari suatu determinan merupakan hasil penjumlahan dari perkalian
elemen-elemen suatu baris (atau kolom) dengan kofaktornya. Untuk
menghitung determinan, kita dapat memilih dahulu sebuah baris (atau
kolom) kemudian kita gunakan aturan di atas. Perhatikan cara menentukan
determinan berikut.
Misalkan diketahui matriks A =
Determinan matriks A dapat dihitung dengan cara berikut.
Kita pilih baris pertama sehingga
det A = a11
K11 + a12 K12 + a13 K13
= a
11 (–1)
1+1
M
11 + a
12 (–1)
1+2 M
12 + a
13
(–1)
1+3 M
13
=
= a11(a22 a33 – a32
a23) – a12(a21 a33 – a31
a23) + a13(a21 a32 – a31
a22)
= a11 a22 a33
– a11 a23 a32 – a12 a21
a33 + a12 a23 a31 + a13
a21 a32 – a13 a22 a31
= a11 a22
a33 + a12 a23 a31 + a13
a21 a32 – a13 a22 a31 –
a11 a23 a32 – a12 a21
a33
Tampak bahwa det A matriks ordo 3 × 3 yang diselesaikan dengan cara
minor kofaktor hasilnya sama dengan det A menggunakan cara Sarrus.
Contoh Soal 16
Tentukan determinan dari matriks A =
dengan aturan Sarrus dan minor-kofaktor.
Penyelesaian 16
Cara 1: (Aturan Sarrus)
det A =
= (1 × 1 × 2) + (2 × 4 × 3) + (3 × 2 × 1) – (3 × 1 × 3)
– (1 × 4 × 1) – (2 × 2 × 2)
= 2 + 24 + 6 – 9 – 4 – 8
= 11
Cara 2: (Minor-kofaktor)
Misalnya kita pilih perhitungan menurut baris pertama sehingga diperoleh :
det A =
= –2 – 2(–8) + 3(–1)
= –2 + 16 – 3 = 11
Coba kalian selidiki nilai determinan ini dengan cara lain. Apakah hasilnya sama?
6.1.3. Sifat-Sifat Determinan Matriks
Berikut disajikan beberapa sifat determinan matriks
1. Jika semua elemen dari salah satu baris/kolom sama dengan nol maka determinan matriks itu nol.
Misal :
2. Jika semua elemen dari salah satu baris/kolom sama dengan elemen-elemen baris/kolom lain maka determinan matriks itu nol.
Misal B =
(Karena elemen-elemen baris ke-1 dan ke-3 sama).
3. Jika elemen-elemen salah satu baris/kolom merupakan kelipatan dari
elemen-elemen baris/kolom lain maka determinan matriks itu nol.
Misal A =
(Karena elemen-elemen baris ke-3 sama dengan kelipatan elemen-elemen baris ke-1).
4. |AB| = |A| ×|B|
5. |AT| = |A|, untuk AT adalah transpose dari matriks A.
6. |
A–1| =
, untuk
A–1 adalah invers dari matriks A. (Materi invers akan kalian pelajari pada subbab berikutnya).
7. |kA| = kn |A|, untuk A ordo n × n dan k suatu konstanta. Sifat-sifat
di atas tidak dibuktikan di sini. Pembuktian sifat-sifat ini akan kalian
pelajari di jenjang yang lebih tinggi.
6.2. Pengertian Invers Matriks
Misalkan dua matriks A dan B adalah matriks berordo n × n dan In adalah matriks identitas berordo n × n. Jika A × B = B × A = In maka
matriks A disebut invers matriks B, sebaliknya B disebut invers matriks
A. Dalam keadaan seperti ini maka dikatakan bahwa A dan B saling
invers.
Jika matriks A mempunyai invers, dikatakan bahwa matriks A adalah
matriks nonsingular, sedangkan jika A tidak mempunyai invers, matriks A
disebut matriks singular. Invers matriks A ditulis A–1.
Contoh Soal 17
Diketahui A =
dan B =
Selidiki, apakah A dan B saling invers?
Penyelesaian 17
Matriks A dan B saling invers jika berlaku A × B = B × A = I.
A × B =
B × A =
Karena A × B = B × A maka A dan B saling invers, dengan A–1 = B dan B–1 = A.
6.3. Menentukan Invers Matriks Berordo 2 × 2
Misalkan diketahui matriks A =
, dengan ad – bc
≠ 0.
Suatu matriks lain, misalnya B dikatakan sebagai invers matriks A jika AB = I. Matriks invers dari A ditulis A–1 . Dengan demikian, berlaku :
AA–1 = A–1A = I
Matriks A mempunyai invers jika A adalah matriks nonsingular, yaitu det A ≠ 0. Sebaliknya, jika A matriks singular (det A = 0) maka matriks ini tidak memiliki invers.
Misalkan matriks A =
dan matriks B =
sehingga berlaku A × B = B × A = I. Kita akan mencari elemen-elemen matriks B, yaitu p, q, r, dan s.
Dari persamaan A × B = I, diperoleh :
Jadi, diperoleh sistem persamaan :
ap + br = 1 dan aq + bs = 0
cp + dr = 0 cq + ds = 1
Dengan menyelesaikan sistem persamaan tersebut, kalian peroleh :
Dengan demikian,
Matriks B memenuhi A × B = I.
Sekarang, akan kita buktikan apakah matriks B × A = I?
Karena ad – bc
≠ 0, berlaku B × A =
= I
Karena A × B = B × A = I maka B = A–1.
Jadi, jika A =
maka inversnya adalah :
untuk ad – bc ≠ 0.
Contoh Soal 18
Tentukan invers matriks-matriks berikut.
a. A =
b. B =
Aktivitas :
Tujuan : Menentukan invers matriks persegi dengan bantuan software komputer.
Permasalahan : Bagaimana cara menentukan inver matriks dengan menggunakan software komputer?
Kegiatan : Kita akan menentukan matriks invers dengan Microsoft Excel.
Fungsi yang digunakan adalah MINVERSE. Misalnya, akan ditentukan invers
matriks
. Untuk itu lakukan langkah-langkah berikut.
1. Masukkan elemen-elemen matriks pada sel-sel Microsoft Excel yang membentuk persegi.
2. Tentukan invers matriks A dengan cara berikut. Blok empat sel yang
akan ditempati elemen-elemen matriks invers dari A. Ketik “=MINVERSE(”,
kemudian sorot sel-sel yang mengandung matriks A tadi. Diikuti dengan
mengetik “)”.
Tekan CTRL + SHIFT + ENTER maka matriks invers dari A akan muncul.
Kesimpulan : Jika kalian melakukan langkah-langkah yang diinstruksikan dengan benar, kalian akan memperoleh hasil berikut.
6.4. Menentukan Invers Matriks Berordo 3 × 3 (Pengayaan)
Invers matriks berordo 3 × 3 dapat dicari dengan beberapa cara. Pada
pembahasan kali ini kita akan menggunakan cara adjoin dan transformasi
baris elementer.
6.4.1. Dengan Adjoin
Pada subbab sebelumnya, telah dijelaskan mengenai determinan matriks.
Selanjutnya, adjoin A dinotasikan adj (A), yaitu transpose dari matriks
yang elemen-elemennya merupakan kofaktor-kofaktor dari elemen-elemen
matriks A, yaitu :
adj(A) = (kof(A))T
Adjoin A dirumuskan sebagai berikut.
Invers matriks persegi berordo 3 × 3 dirumuskan sebagai berikut.
Adapun bukti tentang rumus ini akan kalian pelajari lebih mendalam dijenjang pendidikan yang lebih tinggi.
Contoh Soal 19 :
Diketahui matriks A =
. Tentukan invers matriks A, misalnya kita gunakan perhitungan menurut baris pertama.
Jawaban :
Terlebih dahulu kita hitung determinan A.
det A =
= 1(1) – 2(2) + 1(1) = –2
Dengan menggunakan rumus adjoin A, diperoleh :
adj(A) =
Jadi, A–1 dapat dihitung sebagai berikut.
6.4.2. Dengan Transformasi Baris Elementer
Untuk menentukan invers matriks An dengan cara transformasi baris
elementer, dapat dilakukan dengan langkah-langkah berikut berikut.
1) Bentuklah matriks (An | In), dengan In adalah matriks identitas ordo n.
2) Transformasikan matriks (An | In) ke bentuk (In | Bn), dengan transformasi elemen baris.
3) Hasil dari Langkah 2, diperoleh invers matriks An adalah Bn.
Notasi yang sering digunakan dalam transformasi baris elementer adalah :
a) Bi ↔ Bj : menukar elemen-elemen baris ke-i dengan elemen-elemen baris ke-j;
b) k.Bi : mengalikan elemen-elemen baris ke-i dengan skalar k;
c) Bi + kBj : jumlahkan elemen-elemen baris ke-i dengan k kali elemen-elemen baris ke-j.
Contoh Soal 20
Tentukan invers matriks A =
dengan transformasi baris elementer.
Penyelesaian :
Jadi, diperoleh
A–1 =
Keterangan :
1/2 B1 : Kalikan elemen-elemen baris ke-1 dengan 1/2.
B2 – 5B1 : Kurangkan baris ke-2 dengan 5 kali elemen-elemen baris ke-1.
B1
– B2 : Kurangi elemen-elemen baris ke-1 dengan elemen-elemen baris ke-2.
2B2 : Kalikan elemen-elemen baris ke-2 dengan 2.
Contoh Soal 21 :
Tentukan invers matriks A =
dengan transformasi baris elementer.
Jawaban 20
6.5. Persamaan Matriks Bentuk AX = B dan XA = B
Misalkan A, B, dan X adalah matriks-matriks berordo 2 × 2, dengan
matriks A dan B sudah diketahui elemennya, sedangkan matriks X belum
diketahui elemen-elemennya. Matriks X dapat ditentukan jika A mempunyai
invers (matriks nonsingular). Untuk menyelesaikan persamaan matriks
berbentuk AX = B dapat dilakukan dengan langkah berikut.
AX = B
↔ A–1(AX) = A–1B
↔ (A–1A)X = A–1B
↔ IX = A–1B
↔ X = A–1B
Dari persamaan terakhir tampak bahwa kedua ruas dikalikan dari kiri oleh A–1 sehingga diperoleh bentuk penyelesaian X = A–1B. Untuk menyelesaikan persamaan matriks berbentuk XA = B dapat ditentukan dengan cara mengalikan kedua ruas dari kanan dengan A–1 sehingga diperoleh penyelesaian X = BA–1 seperti berikut.
XA = B
↔ (XA)A–1 = BA–1
↔ X(AA–1) = BA–1
↔ XI = BA–1
↔ X = BA–1
Oleh karena itu, diperoleh penyelesaian X = BA–1. Dengan demikian, dapat disimpulkan sebagai berikut.
Penyelesaian persamaan matriks AX = B adalah X = A–1B.
Penyelesaian persamaan matriks XA = B adalah X = BA–1.
Untuk lebih jelasnya, perhatikan contoh berikut.
Contoh Soal 22
Diketahui A =
dan B =
.
Tentukan matriks X yang memenuhi
a. AX = B;
b. XA = B.
Jawaban 22
Karena det A = 16 – 15 = 1 ↔ 0 maka matriks A mempunyai invers.
Jika dicari inversnya, kalian akan memperoleh
A–1 =
(Coba kalian tunjukkan).
Dengan demikian, dapat kita tentukan sebagai berikut.
a. AX = B
↔ X =
A–1B =
b. XA = B
↔ X = B
A–1 =
7. Penyelesaian Sistem Persamaan Linear dengan Matriks
Matriks dapat digunakan untuk mempermudah dalam menentukan penyelesaian
sistem persamaan linear. Pada pembahasan kali ini, kita akan
menggunakannya untuk menyelesaikan sistem persamaan linear dua variabel
dan tiga variabel.
7.1. Sistem Persamaan Linear Dua Variabel
Bentuk umum sistem persamaan linear dua variabel adalah
ax + by = p ............................................................................ (1)
cx + dy = q ............................................................................. (2)
Persamaan (1) dan (2) di atas dapat kita susun ke dalam bentuk matriks seperti di bawah ini.
Tujuan penyelesaian sistem persamaan linear dua variabel adalah
menentukan nilai x dan y yang memenuhi sistem persamaan itu. Oleh karena
itu, berdasarkan penyelesaian matriks bentuk AX = B dapat dirumuskan
sebagai berikut.
asalkan ad – bc
≠ 0.
Contoh Soal 23
Tentukan penyelesaian dari sistem persamaan linear berikut dengan cara matriks.
2x + y = 7
x + 3y = 7
Jawaban 23
Dari persamaan di atas dapat kita susun menjadi bentuk matriks sebagai berikut.
Dengan menggunakan rumus penjelasan persamaan matriks di atas, diperoleh sebagai berikut.
Jadi, diperoleh penyelesaian x = 1 dan y = 2.
7.2. Sistem Persamaan Linear Tiga Variabel
Kalian tentu tahu bahwa untuk menyelesaikan sistem persamaan linear tiga
variabel dapat dilakukan dengan beberapa cara, misalnya eliminasi,
substitusi, gabungan antara eliminasi dan substitusi, operasi baris
elementer, serta menggunakan invers matriks. Kalian dapat menggunakan
cara-cara tersebut dengan bebas yang menurut kalian paling efisien dan
paling mudah.
Misalkan diberikan sistem persamaan linear tiga variabel berikut.
a1x + b1y + c1z = d1
a2x + b2y + c2z
= d2
a3x
+ b3y + c3z = d3
Sistem persamaan linear di atas dapat kita susun ke dalam bentuk matriks seperti berikut.
Misalkan A =
, X =
, dan B =
Bentuk di atas dapat kita tuliskan sebagai AX = B.
Penyelesaian sistem persamaan AX = B adalah X =
A-1 B. Dalam hal ini,
A-1 =
Oleh karena itu, diperoleh :
asalkan det A
≠ 0.