Matriks

 Mochammad Risyad Al Varrel

XI IPS 1

matriks adalah susunan bilangan-bilangan berbentuk persegi panjang yang diatur dalam baris atau kolom dengan dibatasi kurung. Bilangan yang tersusun dalam matriks disebut elemen/unsur matriks. Baris adalah susunan bilangan-bilangan yang mendatar (horizontal), sedangkan kolom adalah susunan bilangan-bilangan yang tegak (vertikal). Ordo matriks adalah banyaknya elemen baris dan banyaknya elemen kolom dari suatu matriks. Jika sebuah matriks memiliki i baris dan j kolom, maka matriks tersebut berordo i x j, dapat dituliskan Ai.j.

Jenis-jenis Vektor Matematika 

Matriks terbagi menjadi beberapa jenis, diantaranya: 

1. Matriks nol, matriks yang seluruh elemennya adalah bilangan nol.
2. Matriks baris, matriks yang hanya memiliki satu baris, berordo 1 x j.
3. Matriks kolom, matriks yang hanya memiliki satu kolom, berordo i x 1.
4. Matriks persegi, matriks yang banyaknya baris sama dengan banyaknya kolom, berordo i x i.
5. Matriks diagonal, matriks persegi yang semua elemennya nol, kecuali pada diagonal utamanya.
6. Matriks segitiga atas, matriks persegi yang semua elemen di bawah diagonal utamanya adalah nol.
7. Matriks segitiga bawah, matriks persegi yang semua elemen di atas diagonal utamanya adalah nol.
8. Matriks identitas, matriks persegi yang elemen pada diagonal utamanya adalah satu, sedangkan elemen lainnya adalah nol.



Dua matriks dikatakan sama (A=B) apabila mempunyai ordo yang sama dan elemen-elemen yang letaknya sama (bersesuaian) besarnya sama. 

  

Operasi Matriks 

Sobat Pintar tahu kan, kalau dua matriks dapat dioperasikan? Nah, Operasi matriks dapat dilakukan hanya jika memenuhi syarat dan ketentuannya. Operasi matriks sendiri meliputi : penjumlahan dan pengurangan dua matriks, perkalian matriks dengan bilangan skalar, perkalian dua matriks, dan transpose matriks. 

Penjumlahan dan Pengurangan Matriks 

Syarat penjumlahan dan pengurangan matriks yaitu : jika terdapat dua matriks, misal matriks A dan B, yang memiliki ordo sama, maka elemen-elemen yang seletak dapat dijumlahkan atau dikurangkan. Jumlah matriks A dan matriks B dapat dinyatakan dengan A+B, sedangkan selisih matriks A dan matriks B dapat dinyatakan dengan A – B. 

Contoh :





Perkalian Skalar pada Matriks 

Pada operasi perkalian skalar, sebuah matriks dikalikan dengan bilangan skalar. Jika diketahui A merupakan suatu matriks dan K merupakan bilangan real, maka hasil perkalian K dengan matriks A adalah matriks yang diperoleh dengan mengalikan setiap elemen A dengan K. 

Contoh :





Perkalian Skalar pada Matriks 

Pada operasi perkalian skalar, sebuah matriks dikalikan dengan bilangan skalar. Jika diketahui A merupakan suatu matriks dan K merupakan bilangan real, maka hasil perkalian K dengan matriks A adalah matriks yang diperoleh dengan mengalikan setiap elemen A dengan K. 

Contoh :



Perkalian Dua Matriks 

Berbeda dengan perkalian skalar yang hanya mengalikan setiap elemen matriks dengan bilangan skalar, perkalian dua matriks memiliki aturan tersendiri.  Syarat dua buah matriks, misal matriks A dan matriks B, dapat dikalikan adalah jika banyaknya kolom matriks A sama dengan banyaknya baris matriks B. 

Bentuk perkalian antar matriks secara umum, yaitu :



Untuk mencari hasil kali matriks A dengan matriks B ialah dengan mengalikan elemen pada baris-baris matriks A dengan elemen pada kolom-kolom matriks B, kemudian jumlahkan hasil perkalian antara baris dan kolom tersebut. 

Contoh matriks :



Transpose Matriks 

Transpose suatu matriks, misal matriks A, yang dilambangkan dengan At adalah sebuah matriks yang disusun dengan cara menukarkan baris matriks A menjadi kolom matriks At dan kolom matriks A menjadi baris matriks At. 

 matriks At.

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

1. menjelaskan ciri suatu matriks;
2. menuliskan informasi dalam bentuk matriks;
3. melakukan operasi aljabar atas dua matriks;
4. menentukan determinan matriks persegi ordo 2;
5. menentukan invers matriks persegi ordo 2;
6. menentukan penyelesaian sistem persamaan linear dua variabel dengan invers matriks;
7. menentukan penyelesaian sistem persamaan linear dua variabel dengan determinan;
8. menentukan determinan matriks persegi ordo 3;
9. 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, a_ij untuk menyatakan tiap elemen matriks A, b_ij 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.

a_ij 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 A_{m x n}. Kadang-kadang, bentuk umum matriks A dapat dituliskan secara singkat ke dalam notasi A = (a_ij), B = (b_ij), 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 = (a_ij).

Contoh Soal Matriks 1

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 B_{3 × 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 A_{3 × 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, ..., a_nn 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, O_{m × 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 A^T 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 A^T, posisikan elemen baris ke-1 menjadi kolom ke-1 dan elemen baris ke-2 menjadi elemen kolom ke-2 sehingga diperoleh A^T = 

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 = [a_ij] dan B = [b_ij] maka matriks A + B = [a_ij] + [b_ij] = [a_ij + b_ij].

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 

Jawaban 8

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 = [a_ij] dapat ditentukan lawan matriks yang ditulis dengan –A sehingga –A = [–a_ij]. 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 = [a_ij] dan B = [b_ij] maka A – B = [a_ij] – [b_ij] = [a_ij] – [b_ij]

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.

a. k₁(A + B) = k₁A + k₁B

b. (k₁ + k₂)A = k₁A + k₂A

c. k₁(k₂A) = (k₁k₂) A

Bukti :

Di buku ini, hanya akan dibuktikan sifat a. Misalkan k1 skalar, A dan B matriks berordo m × n.