Contoh 5.1.1.
Misalkan kita memiliki persamaan
\begin{equation*}
\begin{bmatrix}
2 \amp -3 \amp 1 \\
-4 \amp 5 \amp 0 \\
2 \amp -2 \amp 2
\end{bmatrix}
\xvec = \cthreevec8{-13}8,
\end{equation*}
yang kita tulis dalam bentuk \(A\xvec = \bvec\text{.}\) Kita mulai dengan menerapkan algoritma eliminasi Gauss untuk menentukan faktorisasi \(LU\) dari \(A\text{.}\)
Langkah pertama adalah mengalikan baris pertama \(A\) dengan \(2\) dan menambahkannya ke baris kedua. Matriks elementer
\begin{equation*}
E_1 = \begin{bmatrix}
1 \amp 0 \amp 0 \\
2 \amp 1 \amp 0 \\
0 \amp 0 \amp 1 \\
\end{bmatrix}
\end{equation*}
melakukan operasi ini sehingga \(E_1A = \begin{bmatrix}
2 \amp -3 \amp 1 \\
0 \amp -1 \amp 2 \\
2 \amp -2 \amp 2
\end{bmatrix}
\text{.}\)
Selanjutnya, kita menerapkan matriks
\begin{equation*}
E_2 = \begin{bmatrix}
1 \amp 0 \amp 0 \\
0 \amp 1 \amp 0 \\
-1 \amp 0 \amp 1
\end{bmatrix},~~~
E_3 = \begin{bmatrix}
1 \amp 0 \amp 0 \\
0 \amp 1 \amp 0 \\
0 \amp 1 \amp 1
\end{bmatrix}
\end{equation*}
untuk memperoleh matriks segitiga atas \(U = E_3E_2E_1 A =
\begin{bmatrix}
2 \amp -3 \amp 1 \\
0 \amp -1 \amp 2 \\
0 \amp 0 \amp 3
\end{bmatrix}
\text{.}\)
Kita dapat menuliskan \(U = (E_3E_2E_1)A\text{,}\) yang menunjukkan bahwa
\begin{equation*}
A = (E_3E_2E_1)^{-1}U = \begin{bmatrix}
1 \amp 0 \amp 0 \\
-2 \amp 1 \amp 0 \\
1 \amp -1 \amp 1
\end{bmatrix} U = LU.
\end{equation*}
Dengan kata lain, kita memperoleh
\begin{equation*}
A = LU =
\begin{bmatrix}
1 \amp 0 \amp 0 \\
-2 \amp 1 \amp 0 \\
1 \amp -1 \amp 1
\end{bmatrix}
\begin{bmatrix}
2 \amp -3 \amp 1 \\
0 \amp -1 \amp 2 \\
0 \amp 0 \amp 3
\end{bmatrix}.
\end{equation*}
Perhatikan bahwa matriks \(L\) segitiga bawah. Hal ini merupakan akibat dari fakta bahwa matriks elementer \(E_1\text{,}\) \(E_2\text{,}\) dan \(E_3\) juga segitiga bawah.
Setelah memfaktorkan \(A=LU\) menjadi dua matriks segitiga, kita dapat menyelesaikan persamaan \(A\xvec = \bvec\) dengan menyelesaikan dua sistem segitiga. Kita menuliskan
\begin{equation*}
A\xvec = L(U\xvec) = \bvec
\end{equation*}
dan mendefinisikan vektor tak diketahui \(\cvec = U\xvec\text{,}\) yang ditentukan oleh persamaan \(L\cvec = \bvec\text{.}\) Karena \(L\) segitiga bawah, kita menentukan solusinya dengan substitusi maju, \(\cvec = \threevec833\text{.}\) Terakhir, kita menentukan \(\xvec\text{,}\) yaitu solusi sistem semula \(A\xvec = \bvec\text{,}\) dengan menerapkan substitusi mundur untuk menyelesaikan \(U\xvec = \cvec\text{.}\) Hal ini menghasilkan \(\xvec =
\threevec2{-1}1\text{.}\)
Jika kita ingin menyelesaikan \(A\xvec = \bvec\) untuk ruas kanan \(\bvec\) yang berbeda, kita cukup mengulangi proses dua langkah ini.