Lewati ke konten utama
Gambar logo

Subbab 4.4 Barisan Eksponensial

Subbagian Pratinjau Bagian

Selidiki!
Anda memiliki banyak persegi berukuran \(1\times 1\) dan domino berukuran \(1\times 2\text{.}\) Anda ingin menyusunnya untuk membentuk lajur berukuran \(1 \times 15\text{.}\) Ada berapa cara untuk melakukannya?
Bagaimana jika persegi-persegi tersebut tersedia dalam tiga warna berbeda dan domino-domino tersebut tersedia dalam empat warna berbeda? Mengapa pertanyaan kedua ini lebih mudah daripada pertanyaan pertama?
Petunjuk.
Mulailah dengan menyusun relasi rekurensi. Bagaimana hubungan berbagai lajur \(1\times 3\) dan lajur \(1 \times 4\) dengan lajur \(1 \times 5\text{?}\)
Dalam Subbab 4.3 kita melihat bahwa jika barisan selisih pada suatu tingkat bersifat konstan, barisan awal memiliki rumus tertutup berbentuk polinomial. Adakah barisan yang selisihnya tidak pernah konstan? Seperti apakah rumus tertutupnya?
Perhatikan barisan Fibonacci:
\begin{equation*} 0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, \ldots\text{.} \end{equation*}
Jika kita memperhatikan selisih pertamanya, kita memperoleh barisan berikut:
\begin{equation*} 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, \ldots\text{,} \end{equation*}
yang merupakan barisan Fibonacci itu sendiri. Hal ini tidak mengherankan karena barisan Fibonacci didefinisikan oleh relasi rekurensi \(F_n = F_{n-1} + F_{n-2}\text{.}\) Relasi tersebut tepatnya mengatakan bahwa untuk memperoleh suku berikutnya dalam barisan, kita mengambil suku saat ini lalu menambahkan... salah satu suku dalam barisan!
Tentu saja, jika kita mengambil selisih berikutnya, kita kembali memperoleh barisan yang sama, dan demikian seterusnya. Jadi, tidak ada selisih ke-\(n\) yang akan menjadi konstan.
Barisan lain yang memiliki perilaku ini adalah pangkat-pangkat 2:
\begin{equation*} 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, \ldots \end{equation*}
yang barisan selisihnya adalah
\begin{equation*} 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, \ldots\text{.} \end{equation*}
Kita juga dapat melihatnya dari relasi rekurensi karena
\begin{equation*} a_n = 2a_{n-1} = a_{n-1} + a_{n-1}\text{.} \end{equation*}
Laju pertumbuhan barisan ini—dan pada umumnya setiap barisan geometri—sebanding dengan barisan itu sendiri.
Jika pernah mempelajari kalkulus, Anda mungkin ingat bahwa fungsi yang laju perubahannya (turunannya, dalam konteks kalkulus) sebanding dengan fungsi itu sendiri adalah fungsi eksponensial. Demikian pula di sini, barisan geometri yang memiliki rumus tertutup eksponensial memiliki laju perubahan yang sebanding dengan barisan itu sendiri.
Dalam bagian ini, kita akan menyelidiki barisan yang berubah dengan laju sebanding dengan barisan itu sendiri dan melihat bahwa semuanya memiliki rumus tertutup eksponensial atau variasinya.

Lembar Kerja Kegiatan Pratinjau

1.
Perhatikan relasi rekurensi
\begin{equation*} a_n = 5a_{n-1} - 6a_{n-2} \text{.} \end{equation*}
Karena suku ke-\(n\) dinyatakan sebagai kombinasi dua suku sebelumnya, kita memerlukan dua suku awal untuk menentukan barisan tersebut. Suku awal yang berbeda akan menghasilkan barisan yang berbeda.
(a)
Barisan apa yang Anda peroleh jika syarat awalnya adalah \(a_0 = 1\text{,}\) \(a_1 = 2\text{?}\) Berikan lima suku pertama (termasuk 1 dan 2).
(b)
Berdasarkan beberapa suku pertama, apakah rumus tertutup barisan ini?
\(a_n =\)
(c)
Barisan apa yang Anda peroleh jika syarat awalnya adalah \(a_0 = 1\text{,}\) \(a_1 = 3\text{?}\) Berikan lima suku pertama.
(d)
Berdasarkan beberapa suku pertama, apakah rumus tertutup barisan ini?
\(a_n =\)
(e)
Barisan apa yang Anda peroleh jika syarat awalnya adalah \(a_0 = 2\text{,}\) \(a_1 = 5\text{?}\) Berikan lima suku pertama.
(f)
Berdasarkan beberapa suku pertama, apakah rumus tertutup barisan ini?
\(a_n =\)
Petunjuk.
Bagaimana hubungan suku-suku dalam barisan ini dengan suku-suku dalam dua barisan sebelumnya?

Subbagian Menjumlahkan Barisan Geometri: Kalikan, Geser, dan Kurangkan

Misalkan sebuah mesin permen mengeluarkan permen menurut barisan geometri: mula-mula 1 butir, kemudian 2 butir, lalu 4 butir, 8 butir, dan seterusnya. Berapa jumlah seluruh permen yang Anda terima setelah menggunakan mesin itu 10 kali?
Kita dapat menyusun barisan jumlah parsial \(1, 1+2, 1+2+4, 1+2+4+8, \ldots\text{,}\) yang menghasilkan
\begin{equation*} 1, 3, 7, 15, 31, 63, \ldots \end{equation*}
Barisan ini bukan barisan geometri, tetapi hampir menyerupainya. Bahkan, jika kita menambahkan 1 pada setiap suku, kita memperoleh barisan yang jelas tampak seperti barisan geometri \(2, 4, 8, 16, 32, 64,\ldots\text{.}\) Jadi, kita dapat menduga bahwa rumus tertutup barisan jumlah tersebut adalah \(2^{n+1} - 1\text{,}\) dengan suku pertamanya berindeks 0. Jika dugaan ini benar, jawaban untuk pertanyaan tentang permen adalah \(2^{10} - 1 = 1023\text{.}\)
Pengamatan yang lebih menarik adalah bahwa barisan jumlah parsial suatu barisan geometri kembali memiliki bentuk yang hampir geometris. Mari kita pelajari cara menghitung jumlah barisan geometri secara umum.
Kita tidak dapat begitu saja membalikkan urutan dan menjumlahkannya seperti ketika menjumlahkan barisan aritmetika. Dapatkah Anda melihat alasannya? Kita memperoleh suku yang sama berulang kali karena terdapat selisih konstan. Jadi, ketika kita menambahkan selisih itu dalam satu arah, kita mengurangkan selisih tersebut dalam arah sebaliknya sehingga tersisa jumlah yang konstan. Untuk penjumlahan geometri, kita menggunakan teknik yang berbeda.

Contoh 4.4.1.

Berapakah \(3 + 6 + 12 + 24 + \cdots + 12288\text{?}\)
Penyelesaian.
Kalikan setiap suku dengan 2, yaitu rasio tetapnya. Kita memperoleh \(2S = 6 + 12 + 24 + \cdots + 24576\text{.}\) Sekarang kurangkan: \(2S - S = -3 + 24576 = 24573\text{.}\) Karena \(2S - S = S\text{,}\) kita telah memperoleh jawabannya.
Agar proses dalam contoh di atas terlihat lebih jelas, kita dapat menuliskannya dengan cara berikut:
\(S=\) \(3 \, +\) \(6 + 12 + 24 + \cdots + 12288\)
\(- \qquad 2S=\) \(6 + 12 + 24 + \cdots + 12288\) \(+ 24576\)
\(-S = \) \(3 \, +\) \(0 + 0 + 0 + \cdots + 0 \) \(-24576\)
Kemudian, bagi kedua ruas dengan \(-1\) dan kita memperoleh hasil yang sama untuk \(S\text{.}\) Gagasannya adalah bahwa dengan mengalikan jumlah tersebut dengan rasio tetap, setiap suku berubah menjadi suku berikutnya. Kita menggeser penjumlahan tersebut sehingga hampir semua suku saling menghapus ketika dikurangkan, dan hanya menyisakan suku pertama serta suku terakhir yang baru.

Contoh 4.4.2.

Temukan rumus tertutup untuk \(S(n) = 2 + 10 + 50 + \cdots + 2\cdot 5^n\text{.}\)
Penyelesaian.
Rasio persekutuannya adalah 5. Jadi, kita memiliki
\(S\) \(= 2 + 10 + 50 + \cdots + 2\cdot 5^n\)
\(- \qquad 5S\) \(= ~~~~~~10 + 50 + \cdots + 2\cdot 5^n + 2\cdot5^{n+1}\)
\(-4S\) \(= 2 - 2\cdot5^{n+1}\)
Dengan demikian, \(S = \dfrac{2-2\cdot 5^{n+1}}{-4}\text{.}\)
Meskipun teknik ini mungkin tampak baru, Anda barangkali pernah menggunakannya.

Contoh 4.4.3.

Nyatakan \(0.464646\ldots\) sebagai pecahan.
Penyelesaian.
Misalkan \(N = 0.46464646\ldots\text{.}\) Perhatikan \(0.01N\text{.}\) Kita memperoleh:
\(N =\) \(0.4646464\ldots\)
\(- \qquad 0.01N =\) \(0.00464646\ldots\)
\(0.99N =\) \(0.46\)
Jadi, \(N = \frac{46}{99}\text{.}\) Apa yang baru saja kita lakukan? Kita memandang desimal berulang \(0.464646\ldots\) sebagai jumlah barisan geometri \(0.46, 0.0046, 0.000046, \ldots\) dengan rasio tetap \(0.01\text{.}\) Perbedaan utamanya adalah bahwa sekarang kita menghitung jumlah geometri tak hingga, sehingga tidak ada suku “terakhir” tambahan yang perlu diperhitungkan. Sebenarnya, hasil ini diperoleh dengan mengambil limit, seperti yang dilakukan dalam kalkulus ketika kita menghitung jumlah geometri tak hingga.
Sebagai rangkuman, kini kita dapat menemukan rumus tertutup untuk barisan \(a_n\) yang laju pertumbuhannya berupa fungsi eksponensial: \(a_n - a_{n-1} = b_n\text{,}\) dengan \(b_n\) merupakan barisan geometri (yakni fungsi eksponensial). Rumus tertutup seperti apa yang kita peroleh? Ternyata berupa fungsi eksponensial lain!

Subbagian Teknik Akar Karakteristik

Misalkan kita ingin menyelesaikan relasi rekurensi yang dinyatakan sebagai kombinasi dua suku sebelumnya, misalnya \(a_n = a_{n-1} + 6a_{n-2}\text{.}\) Dengan kata lain, kita ingin menemukan fungsi dari \(n\) yang memenuhi \(a_n - a_{n-1} - 6a_{n-2} = 0\text{.}\) Perhatikan bagaimana kita membangun barisan ini secara iteratif.
\begin{align*} a_2 \amp = a_1 + 6a_0 \\ a_3 \amp = a_2 + 6a_1 = a_1 + 6a_0 + 6a_1\\ a_4 \amp = a_3 + 6a_2 = a_1 + 6a_0 + 6a_1 + 6^2a_0 +6a_1 \end{align*}
Mari berhenti di sini dan mengakui bahwa perhitungannya mulai menjadi sangat rumit. Namun, kita melihat bahwa pada setiap langkah, salah satu hal yang dilakukan adalah mengalikan hasil iterasi sebelumnya dengan 6. Jadi, rumus tertutup kita akan memuat \(6\) yang dikalikan berulang kali. Oleh karena itu, masuk akal untuk menduga bahwa penyelesaiannya memuat bagian yang berbentuk geometris. Mungkin penyelesaiannya berbentuk \(r^n\) untuk suatu konstanta \(r\text{.}\)
Hal yang menguntungkan adalah kita mengetahui cara memeriksa apakah suatu rumus benar-benar merupakan penyelesaian relasi rekurensi: substitusikan rumus itu. Apa yang terjadi jika kita menyubstitusikan \(r^n\) ke dalam relasi rekurensi di atas? Kita memperoleh
\begin{equation*} r^n - r^{n-1} - 6r^{n-2} = 0\text{.} \end{equation*}
Sekarang selesaikan persamaan untuk \(r\text{:}\)
\begin{equation*} r^{n-2}(r^2 - r - 6) = 0\text{,} \end{equation*}
Dengan memfaktorkan, kita memperoleh \(r = -2\) atau \(r = 3\) (atau \(r = 0\text{,}\) meskipun nilai ini tidak membantu kita). Hasil ini menunjukkan bahwa \(a_n = (-2)^n\) merupakan penyelesaian relasi rekurensi tersebut, demikian pula \(a_n = 3^n\text{.}\) Manakah yang benar? Keduanya benar selama kita belum menentukan syarat awal. Perhatikan bahwa kita juga dapat menggunakan \(a_n = (-2)^n + 3^n\text{.}\) Atau \(a_n = 7(-2)^n + 4\cdot 3^n\text{.}\) Bahkan, untuk sembarang \(a\) dan \(b\text{,}\) \(a_n = a(-2)^n + b 3^n\) merupakan penyelesaian (cobalah menyubstitusikannya ke dalam relasi rekurensi). Untuk menemukan nilai \(a\) dan \(b\text{,}\) gunakan syarat awal.
Pengamatan ini mengarahkan kita pada teknik yang lebih umum untuk menyelesaikan relasi rekurensi. Perhatikan bahwa kita selalu dapat mengeluarkan faktor \(r^{n-2}\) seperti di atas. Jadi, kita sebenarnya hanya perlu memperhatikan bagian lainnya. Bagian lain ini kita sebut persamaan karakteristik dari relasi rekurensi tersebut. Kita ingin menemukan akar-akar persamaan karakteristik, yang disebut akar karakteristik.

Akar Karakteristik.

Untuk relasi rekurensi \(a_n + \alpha a_{n-1} + \beta a_{n-2} = 0\text{,}\) polinomial karakteristiknya adalah
\begin{equation*} x^2 + \alpha x + \beta \end{equation*}
yang menghasilkan persamaan karakteristik:
\begin{equation*} x^2 + \alpha x + \beta = 0\text{.} \end{equation*}
Jika \(r_1\) dan \(r_2\) adalah dua akar berbeda dari polinomial karakteristik (yakni, penyelesaian persamaan karakteristik), penyelesaian relasi rekurensi tersebut adalah
\begin{equation*} a_n = ar_1^n + br_2^n\text{,} \end{equation*}
dengan \(a\) dan \(b\) merupakan konstanta yang ditentukan oleh syarat awal.

Contoh 4.4.4.

Selesaikan relasi rekurensi \(a_n = 7a_{n-1} - 10 a_{n-2}\) dengan \(a_0 = 2\) dan \(a_1 = 3\text{.}\)
Penyelesaian.
Tuliskan kembali relasi rekurensinya sebagai \(a_n - 7a_{n-1} + 10a_{n-2} = 0\text{.}\) Sekarang susun persamaan karakteristiknya:
\begin{equation*} x^2 - 7x + 10 = 0 \end{equation*}
lalu selesaikan untuk \(x\text{:}\)
\begin{equation*} (x - 2) (x - 5) = 0\text{,} \end{equation*}
sehingga \(x = 2\) dan \(x = 5\) merupakan akar karakteristik. Oleh karena itu, kita mengetahui bahwa penyelesaian relasi rekurensi tersebut berbentuk
\begin{equation*} a_n = a 2^n + b 5^n\text{.} \end{equation*}
Untuk menemukan \(a\) dan \(b\text{,}\) substitusikan \(n =0\) dan \(n = 1\) sehingga diperoleh sistem dua persamaan dengan dua peubah yang belum diketahui:
\begin{align*} 2 \amp = a 2^0 + b 5^0 = a + b\\ 3 \amp = a 2^1 + b 5^1 = 2a + 5b\text{.} \end{align*}
Penyelesaian sistem ini memberikan \(a = \frac{7}{3}\) dan \(b = -\frac{1}{3}\text{,}\) sehingga penyelesaian relasi rekurensinya adalah
\begin{equation*} a_n = \frac{7}{3}2^n - \frac{1}{3} 5^n\text{.} \end{equation*}
Barangkali relasi rekurensi yang paling terkenal adalah \(F_n = F_{n-1} + F_{n-2}\text{,}\) yang bersama syarat awal \(F_0 = 0\) dan \(F_1= 1\) mendefinisikan barisan Fibonacci. Namun, perhatikan bahwa relasi ini tepat merupakan jenis relasi rekurensi yang dapat diselesaikan dengan teknik akar karakteristik. Ketika kita menerapkannya, satu-satunya perbedaan adalah bahwa persamaan karakteristiknya tidak dapat difaktorkan, sehingga kita harus menggunakan rumus kuadrat untuk menemukan akar karakteristik. Hasilnya adalah bilangan irasional ketiga yang paling terkenal, yaitu \(\varphi\text{,}\) sang rasio emas.
Sebelum meninggalkan teknik akar karakteristik, kita perlu memikirkan apa yang mungkin terjadi ketika menyelesaikan persamaan karakteristik. Dalam contoh di atas, polinomial karakteristik memiliki dua akar berbeda. Akar-akar tersebut dapat berupa bilangan bulat atau mungkin bilangan irasional (yang harus ditemukan dengan rumus kuadrat). Dalam kasus seperti ini, kita mengetahui bentuk penyelesaian relasi rekurensinya.
Namun, polinomial karakteristik mungkin hanya memiliki satu akar. Hal ini dapat terjadi jika polinomial karakteristik dapat difaktorkan menjadi \((x - r)^2\text{.}\) Dalam kasus ini, \(r^n\) tetap merupakan penyelesaian relasi rekurensi, tetapi kita tidak dapat menemukan penyelesaian untuk semua syarat awal dengan bentuk umum \(a_n = ar_1^n + br_2^n\text{,}\) sebab kita tidak dapat membedakan \(r_1^n\) dari \(r_2^n\text{.}\) Untungnya, ada jalan keluar:

Teknik Akar Karakteristik untuk Akar Berulang.

Misalkan relasi rekurensi \(a_n = \alpha a_{n-1} + \beta a_{n-2}\) memiliki polinomial karakteristik dengan hanya satu akar \(r\text{.}\) Maka, penyelesaian relasi rekurensi tersebut adalah
\begin{equation*} a_n = ar^n + bnr^n \end{equation*}
dengan \(a\) dan \(b\) merupakan konstanta yang ditentukan oleh syarat awal.
Perhatikan faktor tambahan \(n\) dalam \(bnr^n\text{.}\) Faktor ini memungkinkan kita menentukan konstanta \(a\) dan \(b\) berdasarkan syarat awal.

Contoh 4.4.5.

Selesaikan relasi rekurensi \(a_n = 6a_{n-1} - 9a_{n-2}\) dengan syarat awal \(a_0 = 1\) dan \(a_1 = 4\text{.}\)
Penyelesaian.
Polinomial karakteristiknya adalah \(x^2 - 6x + 9\text{.}\) Kita menyelesaikan persamaan karakteristik
\begin{equation*} x^2 - 6x + 9 = 0 \end{equation*}
dengan memfaktorkan:
\begin{equation*} (x - 3)^2 = 0, \end{equation*}
sehingga \(x =3\) merupakan satu-satunya akar karakteristik. Oleh karena itu, kita mengetahui bahwa penyelesaian relasi rekurensinya berbentuk
\begin{equation*} a_n = a 3^n + bn3^n \end{equation*}
untuk suatu konstanta \(a\) dan \(b\text{.}\) Sekarang gunakan syarat awal:
\begin{align*} a_0 = 1 \amp = a 3^0 + b\cdot 0 \cdot 3^0 = a\\ a_1 = 4 \amp = a\cdot 3 + b\cdot 1 \cdot3 = 3a + 3b\text{.} \end{align*}
Karena \(a = 1\text{,}\) kita memperoleh \(b = \frac{1}{3}\text{.}\) Oleh karena itu, penyelesaian relasi rekurensinya adalah
\begin{equation*} a_n = 3^n + \frac{1}{3}n3^n\text{.} \end{equation*}
Meskipun kita tidak akan membahas contoh yang lebih rumit daripada contoh-contoh ini, teknik akar karakteristik dapat diterapkan pada relasi rekurensi yang jauh lebih rumit. Sebagai contoh, \(a_n = 2a_{n-1} + a_{n-2} - 3a_{n-3}\) memiliki polinomial karakteristik \(x^3 - 2 x^2 - x + 3\text{.}\) Jika kita mengetahui cara memfaktorkan polinomial berderajat 3 (atau lebih) semacam itu, kita dapat dengan mudah menemukan akar karakteristik dan kemudian menyelesaikan relasi rekurensinya (jika terdapat 3 akar berbeda, penyelesaiannya berbentuk \(a_n = ar_1^n + br_2^n + cr_3^n\)). Akar karakteristik juga mungkin berupa bilangan kompleks.
Namun, teknik akar karakteristik hanya berguna untuk menyelesaikan relasi rekurensi dalam bentuk tertentu: \(a_n\) dinyatakan sebagai kombinasi linear sejumlah suku sebelumnya. Relasi semacam ini disebut relasi rekurensi homogen linear dengan koefisien konstan. Istilah “homogen” mengacu pada kenyataan bahwa relasi rekurensi tidak memuat suku tambahan selain kelipatan suku-suku \(a_j\text{.}\) Sebagai contoh, \(a_n = 2a_{n-1} + 1\) bersifat tak homogen karena terdapat konstanta tambahan 1. Ada metode umum untuk menyelesaikan relasi semacam ini, tetapi kita tidak akan membahasnya di sini selain melalui metode teleskopik atau iterasi yang dijelaskan di atas.

Pertanyaan Bacaan Pertanyaan Bacaan

1.

Manakah di antara relasi rekurensi berikut yang cocok diselesaikan dengan teknik akar karakteristik? Pilih semua jawaban yang sesuai.
  • \(a_n = 3a_{n-1} + a_{n-2}\)
  • Benar: \(a_n\) hanya dinyatakan sebagai kelipatan suku-suku sebelumnya.
  • \(a_n = a_{n-1}+2a_{n-2} + 3a_{n-3}\)
  • Relasi ini juga dapat diselesaikan dengan teknik tersebut, meskipun polinomial karakteristiknya berderajat 3 sehingga akar karakteristiknya sulit ditemukan.
  • \(a_{n} = \frac{1}{3}\cdot 2^n + \frac{2}{3}(-1)^n\)
  • Bentuk ini tampak seperti rumus tertutup yang dihasilkan oleh penerapan teknik akar karakteristik, tetapi bukan rumus rekursif.
  • \(a_n = a_{n-1} + 3a_{n-2} + 5\)
  • Penambahan konstanta membuat teknik akar karakteristik tidak dapat diterapkan secara langsung. Ada metode untuk menangani bentuk ini, tetapi metode tersebut belum kita bahas dalam bagian ini.
  • \(x^2 -3x - 1 = 0\)
  • Bentuk ini mungkin merupakan polinomial karakteristik (dan memang merupakan polinomial karakteristik untuk barisan yang diberikan oleh \(a_n = 3a_{n-1} + a_{n-2}\)), tetapi bentuk ini sendiri bukan definisi rekursif.

2.

Pada langkah mana Anda perlu menggunakan syarat awal ketika menerapkan teknik akar karakteristik? Apa yang akan terjadi jika syarat awal itu tidak digunakan? Jelaskan.

3.

Pertanyaan apa yang Anda miliki? Tuliskan sedikitnya satu pertanyaan tentang materi bagian ini yang mungkin ingin Anda atau teman sekelas Anda ketahui.

Latihan Soal Latihan

1.

Hitung \(3 + 6 + 12 + \cdots + 3\cdot 2^{18}\text{.}\)

2.

Hitung \(1 - \frac{3}{5} + \frac{9}{25} - \cdots +(-1)^{27} \frac{3^{27}}{5^{27}}\text{.}\)

3.

Selesaikan relasi rekurensi \(a_n = a_{n-1} + 2^n\) dengan \(a_0 = 3\text{.}\)
\(a_n =\)
Petunjuk.
Gunakan metode teleskopik atau iterasi.

4.

Tentukan solusi relasi rekurensi \(a_n = -3a_{n-1} + 10a_{n-2}\) dengan suku awal \(a_0 = {2}\) dan \(a_1 = {-3}\text{.}\)
\(a_n =\)

5.

Tentukan solusi relasi rekurensi \(a_n = a_{n-1} + 12a_{n-2}\) dengan suku awal \(a_0 = {2}\) dan \(a_1 = {1}\text{.}\)
\(a_n =\)
Tentukan solusi relasi rekurensi \(b_n = b_{n-1} + 12b_{n-2}\) dengan suku awal \(b_0 = 5\) dan \(b_1 = {10}\text{.}\)
\(b_n =\)

6.

Tentukan solusi relasi rekurensi \(a_n = a_{n-1} + 6a_{n-2}\) dengan suku awal \(a_0 = 1\) dan \(a_1 = 16\text{.}\)
\(a_n =\)

Latihan Latihan Tambahan

1.

Temukan dua suku berikutnya dalam \((a_n)_{n\ge 0}\) yang diawali dengan \(3, 5, 11, 21, 43, 85\ldots\text{.}\) Kemudian, berikan definisi rekursif barisan tersebut. Terakhir, gunakan teknik akar karakteristik untuk menemukan rumus tertutup barisan tersebut.

2.

Perhatikan barisan \(2, 5, 12, 29, 70, 169, 408,\ldots\) (dengan \(a_0 = 2\)).
  1. Uraikan laju pertumbuhan barisan ini.
  2. Temukan definisi rekursif barisan tersebut.
  3. Temukan rumus tertutup barisan tersebut.
  4. Jika Anda memperhatikan barisan selisih antarsuku, kemudian barisan selisih kedua, barisan selisih ketiga, dan seterusnya, apakah pada akhirnya Anda akan memperoleh barisan konstan? Jelaskan bagaimana Anda mengetahuinya.

3.

Tunjukkan bahwa \(4^n\) merupakan penyelesaian relasi rekurensi \(a_n = 3a_{n-1} + 4a_{n-2}\text{.}\)

4.

Misalkan \(r^n\) dan \(q^n\) keduanya merupakan penyelesaian relasi rekurensi berbentuk \(a_n = \alpha a_{n-1} + \beta a_{n-2}\text{.}\) Buktikan bahwa \(c\cdot r^n + d \cdot q^n\) juga merupakan penyelesaian relasi rekurensi tersebut untuk sembarang konstanta \(c, d\text{.}\)

5.

Ingatlah kembali mesin permen ajaib di toko kelontong dekat rumah Anda. Misalkan saat sekeping koin 25 sen dimasukkan ke mesin untuk pertama kalinya, mesin itu mengeluarkan 1 butir permen Skittles. Pada kali kedua, 4 butir permen Skittles, kali ketiga 16 butir permen Skittles, kali keempat 64 butir permen Skittles, dan seterusnya.
  1. Temukan rumus rekursif dan rumus tertutup untuk banyaknya butir permen Skittles yang diterima pelanggan ke-n.
  2. Periksa jawaban Anda untuk rumus tertutup tersebut dengan menyelesaikan relasi rekurensinya menggunakan teknik akar karakteristik.

6.

Misalkan \(a_n\) adalah banyaknya desain ubin \(1 \times n\) yang dapat dibuat menggunakan persegi \(1 \times 1\) yang tersedia dalam 4 warna dan domino \(1 \times 2\) yang tersedia dalam 5 warna.
  1. Pertama, temukan relasi rekurensi yang menggambarkan masalah ini. Jelaskan mengapa relasi rekurensi tersebut benar (dalam konteks masalah ini).
  2. Tuliskan enam suku pertama barisan \(a_1, a_2, \ldots\text{.}\)
  3. Selesaikan relasi rekurensi tersebut. Artinya, temukan rumus tertutup untuk \(a_n\text{.}\)

7.

Anda memiliki ubin \(1 \times 1\) yang tersedia dalam 2 warna berbeda dan ubin \(1\times 2\) yang tersedia dalam 3 warna berbeda. Kita ingin menentukan banyaknya desain jalur berbeda berukuran \(1 \times n\) yang dapat dibuat dari ubin-ubin ini.
  1. Temukan rumus rekursif untuk barisan \(a_n\text{,}\) yaitu banyaknya jalur dengan panjang \(n\text{.}\)
  2. Selesaikan relasi rekurensi tersebut menggunakan teknik akar karakteristik.

8.

Selesaikan relasi rekurensi \(a_n = 2a_{n-1} - a_{n-2}\text{.}\)
  1. Apa penyelesaiannya jika suku-suku awalnya adalah \(a_0 = 1\) dan \(a_1 = 2\text{?}\)
  2. Bagaimana suku-suku awal harus dipilih agar \(a_9 = 30\text{?}\)
  3. Untuk nilai \(x\) apa saja kita dapat memilih suku-suku awal sehingga \(a_9 = x\text{?}\)

9.

Perhatikan relasi rekurensi \(a_n = 4a_{n-1} - 4a_{n-2}\text{.}\)
  1. Temukan penyelesaian umum relasi rekurensi tersebut (ingatlah adanya akar berulang).
  2. Temukan penyelesaiannya ketika \(a_0 = 1\) dan \(a_1 = 2\text{.}\)
  3. Temukan penyelesaiannya ketika \(a_0 = 1\) dan \(a_1 = 8\text{.}\)

10.

Berikut adalah penggunaan barisan yang mengejutkan untuk menjawab persoalan pencacahan: Berapa banyak pelat nomor yang terdiri dari 6 simbol, dengan hanya menggunakan tiga angka 1, 2, dan 3 serta empat huruf a, b, c, dan d, sedemikian sehingga tidak ada angka yang muncul setelah huruf apa pun? Sebagai contoh, “31ddac”, “123321”, dan “ababab” masing-masing merupakan pelat nomor yang memenuhi syarat, sedangkan “13ba2c” tidak.
  1. Pertama, jawablah pertanyaan ini dengan mempertimbangkan berbagai kasus: berapa banyak pelat nomor yang tidak memuat angka? Berapa banyak yang memuat satu angka, dan seterusnya?
  2. Selanjutnya, gunakan teknik-teknik pada bagian ini untuk menunjukkan mengapa jawabannya adalah \(4^7 - 3^7\text{.}\)