Lewati ke konten utama
Logo Memahami Aljabar Linear

Subbab 2.5 Transformasi matriks

Beberapa bagian sebelumnya memperkenalkan perkalian matriks-vektor sebagai sarana untuk memikirkan solusi sistem linear secara geometris. Secara khusus, kita menuliskan kembali suatu sistem linear sebagai persamaan matriks \(A\xvec = \bvec\) dan mengembangkan konsep rentang serta kebebasan linear untuk menjawab dua pertanyaan mendasar kita.
Dalam bagian ini, kita akan menyelidiki bagaimana perkalian matriks-vektor mendefinisikan jenis fungsi tertentu, yang kita sebut transformasi matriks, serupa dengan fungsi yang dijumpai dalam mata kuliah aljabar sebelumnya. Secara khusus, kita akan mengembangkan beberapa alat aljabar untuk memikirkan transformasi matriks dan melihat beberapa contoh yang memotivasi. Dalam bagian berikutnya, kita akan melihat bagaimana transformasi matriks mendeskripsikan operasi geometris penting dan bagaimana transformasi tersebut digunakan dalam animasi komputer.

Subbagian 2.5.1 Pendahuluan

Aktivitas Pratinjau 2.5.1.

Kita mulai dengan meninjau situasi yang lebih dikenal, yaitu fungsi \(f(x) = x^2\text{,}\) yang menerima bilangan real \(x\) sebagai masukan dan menghasilkan kuadratnya \(x^2\) sebagai keluaran.
(a)
Berapakah nilai \(f(3)\text{?}\)
(b)
Dapatkah kita menyelesaikan persamaan \(f(x) = 4\text{?}\) Jika dapat, apakah solusinya tunggal?
(c)
Dapatkah kita menyelesaikan persamaan \(f(x) = -10\text{?}\) Jika dapat, apakah solusinya tunggal?
(d)
Buatlah sketsa grafik fungsi \(f(x)=x^2\) pada Gambar 2.5.1.
Kontrol papan ketik untuk menjelajahi diagram
Tombol Tindakan
Enter, A Aktifkan penjelajahan dengan papan ketik
B Aktifkan penjelajahan dengan menu
Escape Keluar dari mode penjelajahan
Panah bawah Jelajahi tingkat berikutnya di bawah
Panah atas Jelajahi tingkat berikutnya di atas
Panah kanan Jelajahi elemen berikutnya pada tingkat ini
Panah kiri Jelajahi elemen sebelumnya pada tingkat ini
X Aktifkan atau nonaktifkan mode ahli
W Tampilkan rincian tambahan jika tersedia
Spasi Ulangi keluaran suara
M Aktifkan pembesaran bertahap
Koma Aktifkan pembesaran langsung
N Nonaktifkan pembesaran
Z Tampilkan atau sembunyikan subtitel
C Gilir pengaturan kontras
T Gunakan warna monokrom
L Ganti bahasa jika tersedia
K Hentikan suara saat ini
Y Hentikan keluaran suara
O Mulai atau hentikan sonifikasi
P Ulangi keluaran sonifikasi
Kisi koordinat dengan setiap petak berukuran \(1\times1\) satuan dan sepasang sumbu berlabel. Rentang horizontal maupun vertikal jendela tampilan adalah dari \(-4\) hingga \(4\text{.}\)
Gambar 2.5.1. Gambarkan fungsi \(f(x)=x^2\) di atas.
(e)
Sekarang kita akan meninjau fungsi yang berbentuk \(g(x)=mx\text{.}\) Gambarkan grafik fungsi \(g(x) = 2x\) di sebelah kiri dalam Gambar 2.5.2.
Kisi koordinat dengan setiap petak berukuran \(1\times1\) satuan dan sepasang sumbu berlabel. Rentang horizontal maupun vertikal jendela tampilan adalah dari \(-4\) hingga \(4\text{.}\)
Kisi koordinat dengan setiap petak berukuran \(1\times1\) satuan dan sepasang sumbu berlabel. Rentang horizontal maupun vertikal jendela tampilan adalah dari \(-4\) hingga \(4\text{.}\)
Kontrol papan ketik untuk menjelajahi diagram
Tombol Tindakan
Enter, A Aktifkan penjelajahan dengan papan ketik
B Aktifkan penjelajahan dengan menu
Escape Keluar dari mode penjelajahan
Panah bawah Jelajahi tingkat berikutnya di bawah
Panah atas Jelajahi tingkat berikutnya di atas
Panah kanan Jelajahi elemen berikutnya pada tingkat ini
Panah kiri Jelajahi elemen sebelumnya pada tingkat ini
X Aktifkan atau nonaktifkan mode ahli
W Tampilkan rincian tambahan jika tersedia
Spasi Ulangi keluaran suara
M Aktifkan pembesaran bertahap
Koma Aktifkan pembesaran langsung
N Nonaktifkan pembesaran
Z Tampilkan atau sembunyikan subtitel
C Gilir pengaturan kontras
T Gunakan warna monokrom
L Ganti bahasa jika tersedia
K Hentikan suara saat ini
Y Hentikan keluaran suara
O Mulai atau hentikan sonifikasi
P Ulangi keluaran sonifikasi
Gambar 2.5.2. Grafik fungsi \(g(x)=2x\) dan \(h(x) = -\frac13 x\text{.}\)
(g)
Ingat bahwa mengomposisikan dua fungsi berarti kita menggunakan keluaran satu fungsi sebagai masukan bagi fungsi lainnya; yaitu, \((g\circ h)(x) = g(h(x))\text{.}\) Fungsi apakah yang dihasilkan oleh komposisi \((g\circ h)(x)\text{?}\)

Subbagian 2.5.2 Transformasi matriks

Dalam aktivitas pratinjau, kita meninjau fungsi linear satu variabel yang sudah dikenal, seperti \(g(x) = 2x\text{.}\) Kita membentuk fungsi seperti ini dengan memilih suatu bilangan \(m\text{;}\) ketika diberi masukan \(x\text{,}\) keluaran \(g(x) = mx\) dibentuk dengan mengalikan \(x\) dengan \(m\text{.}\)
Dalam bagian ini, kita akan meninjau fungsi yang masukannya berupa vektor dan keluarannya berupa vektor yang didefinisikan melalui perkalian matriks-vektor. Artinya, jika \(A\) adalah matriks dan \(\xvec\) adalah vektor, fungsi \(T(\xvec) = A\xvec\) menghasilkan hasil kali \(A\xvec\) sebagai keluarannya. Fungsi seperti ini disebut transformasi matriks.

Definisi 2.5.3.

Transformasi matriks yang terkait dengan matriks \(A\) adalah fungsi yang memetakan vektor \(\xvec\) ke vektor \(A\xvec\text{;}\) yaitu, \(T(\xvec) = A\xvec\text{.}\)

Contoh 2.5.4.

Matriks \(A = \begin{bmatrix} 3 \amp -2 \\ 1 \amp 2 \\ 0 \amp 3 \end{bmatrix}\) mendefinisikan transformasi matriks \(T(\xvec) = A\xvec\) dengan cara berikut:
\begin{equation*} T\left(\twovec{x_1}{x_2}\right) = \begin{bmatrix} 3 \amp -2 \\ 1 \amp 2 \\ 0 \amp 3 \end{bmatrix} \twovec{x_1}{x_2} = \cthreevec{3x_1 - 2x_2}{x_1 + 2x_2}{3x_2}. \end{equation*}
Perhatikan bahwa masukan bagi \(T\) adalah vektor berdimensi dua \(\twovec{x_1}{x_2}\) dan keluarannya adalah vektor berdimensi tiga \(\cthreevec{3x_1 - 2x_2}{x_1 + 2x_2}{3x_2}\text{.}\) Sebagai notasi ringkas, kita akan menuliskan
\begin{equation*} T:\real^2\to\real^3 \end{equation*}
untuk menunjukkan bahwa masukannya berupa vektor berdimensi dua dan keluarannya berupa vektor berdimensi tiga.

Contoh 2.5.5.

Misalkan kita memiliki fungsi \(T:\real^3\to\real^2\) yang berbentuk
\begin{equation*} T\left(\threevec{x_1}{x_2}{x_3}\right) = \begin{bmatrix} -4x_1 -x_2 + 2x_3 \\ x_1 + 2x_2 - x_3 \\ \end{bmatrix}. \end{equation*}
Kita dapat menuliskan
\begin{equation*} \begin{aligned} T\left(\threevec{x_1}{x_2}{x_3}\right) \amp {}={} \begin{bmatrix} -4x_1 -x_2 + 2x_3 \\ x_1 + 2x_2 - x_3 \\ \end{bmatrix} \\ \amp {}={} \twovec{-4x_1}{x_1} + \twovec{-x_2}{2x_2} + \twovec{2x_3}{-x_3} \\ \amp {}={} x_1\twovec{-4}1 + x_2\twovec{-1}2 + x_3\twovec2{-1} \\ \amp{}={} \begin{bmatrix} -4 \amp -1 \amp 2 \\ 1 \amp 2 \amp -1 \\ \end{bmatrix} \threevec{x_1}{x_2}{x_3}. \end{aligned} \end{equation*}
Hal ini menunjukkan bahwa \(T\) merupakan transformasi matriks \(T(\xvec) = A\xvec\) yang terkait dengan matriks \(A = \begin{bmatrix} -4 \amp -1 \amp 2 \\ 1 \amp 2 \amp -1 \\ \end{bmatrix}.\)

Kegiatan 2.5.2.

Dalam aktivitas ini, kita akan melihat beberapa contoh transformasi matriks.
  1. Sebagai permulaan, misalkan \(A\) adalah matriks berikut:
    \begin{equation*} A = \left[\begin{array}{rr} 2 \amp 1 \\ 1 \amp 2 \\ \end{array}\right]. \end{equation*}
    Transformasi matriks terkait diberikan oleh \(T(\xvec) = A\xvec\text{.}\)
    1. Berapakah \(T\left(\twovec{1}{-2}\right)\text{?}\)
    2. Berapakah \(T\left(\twovec{1}{0}\right)\text{?}\)
    3. Berapakah \(T\left(\twovec{0}{1}\right)\text{?}\)
    4. Apakah terdapat vektor \(\xvec\) sedemikian sehingga \(T(\xvec) = \twovec{3}{0}\text{?}\)
    5. Tuliskan \(T\left(\twovec xy\right)\) sebagai vektor berdimensi dua.
  2. Misalkan \(T(\xvec) = A\xvec\text{,}\) dengan
    \begin{equation*} A=\left[\begin{array}{rrrr} 3 \amp 3 \amp -2 \amp 1 \\ 0 \amp 2 \amp 1 \amp -3 \\ -2 \amp 1 \amp 4 \amp -4 \end{array}\right]\text{.} \end{equation*}
    1. Berapa dimensi vektor \(\xvec\) yang menjadi masukan bagi \(T\text{?}\)
    2. Berapa dimensi vektor \(T(\xvec)=A\xvec\) yang menjadi keluaran?
    3. Jika transformasi ini kita deskripsikan sebagai \(T:\real^n\to\real^m\text{,}\) berapakah nilai \(n\) dan \(m\text{,}\) serta bagaimana keduanya berkaitan dengan ukuran \(A\text{?}\)
    4. Deskripsikan vektor-vektor \(\xvec\) yang memenuhi \(T(\xvec) = \zerovec\text{.}\)
  3. Jika \(A\) adalah matriks \(A=\left[\begin{array}{rr} \vvec_1 \amp \vvec_2 \end{array}\right]\text{,}\) nyatakan \(T\left(\twovec10\right)\) dalam bentuk \(\vvec_1\) dan \(\vvec_2\text{.}\) Bagaimana dengan \(T\left(\twovec{0}{1}\right)\text{?}\)
  4. Misalkan \(A\) adalah matriks \(3\times 2\) dan \(T(\xvec)=A\xvec\text{.}\) Jika
    \begin{equation*} T\left(\twovec{1}{0}\right) = \threevec{3}{-1}{1}, T\left(\twovec{0}{1}\right) = \threevec{2}{2}{-1}\text{,} \end{equation*}
    tentukan matriks \(A\text{.}\)
Mari kita bahas beberapa persoalan yang muncul dalam aktivitas ini. Pertama, perhatikan bahwa ukuran matriks \(A\) dan dimensi vektor masukan \(\xvec\) harus bersesuaian agar hasil kali \(A\xvec\) terdefinisi. Secara khusus, jika \(A\) adalah matriks \(m\times n\text{,}\) maka \(\xvec\) harus berupa vektor berdimensi \(n\text{,}\) dan hasil kali \(A\xvec\) berupa vektor berdimensi \(m\text{.}\) Oleh karena itu, untuk transformasi matriks terkait, kita menuliskan \(T:\real^n\to\real^m\text{,}\) yang berarti \(T\) menerima vektor dalam \(\real^n\) sebagai masukan dan menghasilkan vektor dalam \(\real^m\) sebagai keluaran. Sebagai contoh, jika
\begin{equation*} A=\left[\begin{array}{rrrr} 4 \amp 0 \amp -3 \amp 2 \\ 0 \amp 1 \amp 3 \amp 1 \\ \end{array}\right]\text{,} \end{equation*}
maka \(T:\real^4\to\real^2\text{.}\)
Kedua, kita sering dapat merekonstruksi matriks \(A\) hanya dengan mengetahui beberapa nilai keluaran transformasi matriks terkait \(T\text{,}\) dengan mengingat bahwa perkalian matriks-vektor membentuk kombinasi linear. Sebagai contoh, jika \(A\) adalah matriks \(m\times2\text{,}\) \(A=\left[\begin{array}{rr} \vvec_1 \amp \vvec_2 \end{array}\right]\text{,}\) maka
\begin{equation*} T\left(\twovec{1}{0}\right) = \left[\begin{array}{rr} \vvec_1 \amp \vvec_2 \end{array}\right]\twovec{1}{0} = 1\vvec_1 + 0\vvec_2 = \vvec_1\text{.} \end{equation*}
Artinya, kita dapat menemukan kolom pertama \(A\) dengan menghitung \(T\left(\twovec{1}{0}\right)\text{.}\) Demikian pula, kolom kedua \(A\) ditemukan dengan menghitung \(T\left(\twovec{0}{1}\right)\text{.}\)
Secara lebih umum, kita akan menuliskan kolom-kolom matriks identitas \(n\times n\) sebagai
\begin{equation*} \evec_1 = \left[\begin{array}{c} 1 \\ 0 \\ \vdots \\ 0 \end{array}\right],~~~ \evec_2 = \left[\begin{array}{c} 0 \\ 1 \\ \vdots \\ 0 \end{array}\right],~~~ \ldots,~~~ \evec_n = \left[\begin{array}{c} 0 \\ 0 \\ \vdots \\ 1 \end{array}\right] \end{equation*}
sehingga
\begin{equation*} T(\evec_j) = \left[\begin{array}{rrrr} \vvec_1 \amp \vvec_2 \amp \ldots \amp \vvec_n \end{array}\right] ~\evec_j = \vvec_j\text{.} \end{equation*}
Ini berarti bahwa kolom ke-\(j\) dari \(A\) ditemukan dengan menghitung \(T(\evec_j)\text{.}\) Kita mencatat fakta ini dalam proposisi berikut.

Kegiatan 2.5.3.

Mari kita lihat beberapa contoh dan terapkan pengamatan-pengamatan ini.
  1. Sebagai permulaan, misalkan \(T\) adalah transformasi matriks yang menerima vektor berdimensi dua \(\xvec\) sebagai masukan dan menghasilkan \(T(\xvec)\text{,}\) yaitu vektor berdimensi dua yang diperoleh dengan memutar \(\xvec\) sebesar \(90^\circ\) berlawanan arah jarum jam, seperti ditunjukkan dalam Gambar 2.5.7.
    Vektor basis standar berdimensi dua \(\evec_1=\twovec10\) dan \(\evec_2=\twovec01\text{,}\) bersama vektor ketiga \(\vvec=\twovec{-2}{-1}=-2\evec_1 - \evec_2\text{.}\)
    Ketiga vektor \(\evec_1\text{,}\) \(\evec_2\text{,}\) dan \(\vvec\) dari diagram sebelumnya telah diputar sebesar \(90^\circ\) berlawanan arah jarum jam oleh transformasi matriks \(T\text{.}\) Vektor \(T(\evec_1)\) mengarah ke atas sepanjang sumbu vertikal positif, sedangkan \(T(\evec_2)\) mengarah mendatar ke kiri. Vektor \(\vvec=\twovec{-2}{-1}\) juga telah diputar menjadi \(T(\vvec)\text{,}\) yang menunjukkan bahwa
    \begin{equation*} T(\vvec) = T(-2\evec_1-\evec_2) = -2T(\evec_1)-T(\evec_2)\text{.} \end{equation*}
    Kontrol papan ketik untuk menjelajahi diagram
    Tombol Tindakan
    Enter, A Aktifkan penjelajahan dengan papan ketik
    B Aktifkan penjelajahan dengan menu
    Escape Keluar dari mode penjelajahan
    Panah bawah Jelajahi tingkat berikutnya di bawah
    Panah atas Jelajahi tingkat berikutnya di atas
    Panah kanan Jelajahi elemen berikutnya pada tingkat ini
    Panah kiri Jelajahi elemen sebelumnya pada tingkat ini
    X Aktifkan atau nonaktifkan mode ahli
    W Tampilkan rincian tambahan jika tersedia
    Spasi Ulangi keluaran suara
    M Aktifkan pembesaran bertahap
    Koma Aktifkan pembesaran langsung
    N Nonaktifkan pembesaran
    Z Tampilkan atau sembunyikan subtitel
    C Gilir pengaturan kontras
    T Gunakan warna monokrom
    L Ganti bahasa jika tersedia
    K Hentikan suara saat ini
    Y Hentikan keluaran suara
    O Mulai atau hentikan sonifikasi
    P Ulangi keluaran sonifikasi
    Gambar 2.5.7. Transformasi matriks \(T\) menerima vektor berdimensi dua di sebelah kiri dan memutarnya sebesar \(90^\circ\) berlawanan arah jarum jam menjadi vektor di sebelah kanan.
    Dalam bagian berikutnya, kita akan melihat bahwa banyak operasi geometris seperti ini dapat dilakukan oleh transformasi matriks.
    1. Jika kita menuliskan \(T:\real^n\to\real^m\text{,}\) berapakah nilai \(m\) dan \(n\text{,}\) serta berapakah ukuran matriks terkait \(A\text{?}\)
    2. Tentukan matriks \(A\) dengan menerapkan Proposisi 2.5.6.
    3. Jika \(\vvec=\twovec{-2}{-1}\) seperti ditunjukkan di sebelah kiri dalam Gambar 2.5.7, gunakan matriks Anda untuk menentukan \(T(\vvec)\) dan pastikan bahwa hasilnya sesuai dengan yang ditunjukkan di sebelah kanan dalam Gambar 2.5.7.
    4. Jika \(\xvec=\twovec xy\text{,}\) tentukan vektor \(T(\xvec)\) yang diperoleh dengan memutar \(\xvec\) sebesar \(90^\circ\) berlawanan arah jarum jam.
  2. Misalkan kita bekerja untuk perusahaan yang membuat produk panggang, termasuk kue, donat, dan eclair. Perusahaan tersebut mengoperasikan dua toko roti, Toko Roti 1 dan Toko Roti 2. Dalam satu jam operasi,
    • Toko Roti 1 menghasilkan 10 kue, 50 donat, dan 30 eclair.
    • Toko Roti 2 menghasilkan 20 kue, 30 donat, dan 30 eclair.
    Jika Toko Roti 1 beroperasi selama \(x_1\) jam dan Toko Roti 2 selama \(x_2\) jam, kita akan menggunakan vektor \(\xvec=\twovec{x_1}{x_2}\) untuk mendeskripsikan operasi kedua toko roti tersebut.
    Kita ingin mendeskripsikan transformasi matriks \(T\text{,}\) dengan \(\xvec\) menyatakan jumlah jam operasi kedua toko roti dan \(T(\xvec)\) menyatakan jumlah keseluruhan kue, donat, serta eclair yang dihasilkan. Artinya, \(T(\xvec) = \threevec{y_1}{y_2}{y_3}\text{,}\) dengan \(y_1\) menyatakan jumlah kue, \(y_2\) jumlah donat, dan \(y_3\) jumlah eclair yang dihasilkan.
    1. Jika \(T:\real^n\to\real^m\text{,}\) berapakah nilai \(m\) dan \(n\text{,}\) serta berapakah ukuran matriks terkait \(A\text{?}\)
    2. Kita dapat menentukan matriks \(A\) menggunakan Proposisi 2.5.6. Sebagai contoh, \(T\left(\twovec10\right)\) akan mendeskripsikan jumlah kue, donat, dan eclair yang dihasilkan ketika Toko Roti 1 beroperasi selama satu jam dan Toko Roti 2 tidak beroperasi. Tentukan vektor ini.
    3. Dengan cara yang sama, tentukan \(T\left(\twovec01\right)\text{.}\) Tentukan matriks \(A\text{.}\)
    4. Jika Toko Roti 1 beroperasi selama 120 jam dan Toko Roti 2 selama 180 jam, berapakah jumlah keseluruhan kue, donat, dan eclair yang dihasilkan?
    5. Misalkan dalam suatu periode waktu perusahaan menghasilkan 5060 kue, 14310 donat, dan 10470 eclair. Berapa lama setiap toko roti beroperasi?
    6. Misalkan perusahaan menerima pesanan untuk sejumlah kue, donat, dan eclair tertentu. Dapatkah Anda menjamin bahwa pesanan tersebut dapat dipenuhi tanpa menyisakan produk?
Dalam contoh-contoh ini, kita mengabaikan sementara satu hal penting: bagaimana kita mengetahui bahwa fungsi-fungsi \(T:\real^n\to\real^m\) dapat dinyatakan sebagai transformasi matriks? Kita akan membahas pertanyaan ini secara terperinci dalam bagian berikutnya dan tidak perlu mempersoalkannya sekarang.

Subbagian 2.5.3 Mengomposisikan transformasi matriks

Terkadang kita ingin menggabungkan transformasi matriks dengan melakukan satu transformasi lalu transformasi lainnya. Sebagai contoh, dalam aktivitas terakhir kita meninjau transformasi matriks dengan \(T(\xvec)\) sebagai hasil pemutaran vektor berdimensi dua \(\xvec\) sebesar \(90^\circ\text{.}\) Sekarang misalkan kita ingin memutar vektor tersebut dua kali; artinya, kita mengambil vektor \(\xvec\text{,}\) memutarnya sebesar \(90^\circ\) untuk memperoleh \(T(\xvec)\text{,}\) lalu memutar hasilnya sebesar \(90^\circ\) lagi untuk memperoleh \(T(T(\xvec))\text{.}\)
Proses ini disebut komposisi fungsi dan mungkin telah dijumpai dalam mata kuliah aljabar sebelumnya. Sebagai contoh, jika \(g(x) = 2x + 1\) dan \(h(x) = x^2\text{,}\) komposisi fungsi yang diperoleh dengan terlebih dahulu menerapkan \(g\) lalu \(h\) dinotasikan dengan
\begin{equation*} (h\circ g)(x) = h(g(x)) = h(2x+1) = (2x+1)^2. \end{equation*}
Mengomposisikan transformasi matriks dilakukan dengan cara serupa. Misalkan kita memiliki dua transformasi matriks, \(T:\real^n\to\real^m\) dan \(S:\real^m\to\real^p\text{.}\) Matriks-matriks terkaitnya dinotasikan dengan \(A\) dan \(B\text{,}\) sehingga \(T(\xvec) = A\xvec\) dan \(S(\xvec) = B\xvec\text{.}\) Jika kita menerapkan \(T\) pada vektor \(\xvec\) untuk memperoleh \(T(\xvec)\text{,}\) lalu menerapkan \(S\) pada hasilnya, kita memperoleh
\begin{equation*} (S\circ T)(\xvec) = S(T(\xvec)) = S(A\xvec) = BA\xvec = (BA)\xvec. \end{equation*}
Perhatikan bahwa hal ini menyiratkan bahwa komposisi \((S\circ T)\) itu sendiri merupakan transformasi matriks dengan matriks terkait berupa hasil kali \(BA\text{.}\)
Perhatikan bahwa transformasi-transformasi matriks tersebut harus bersesuaian agar dapat dikomposisikan. Secara khusus, vektor \(T(\xvec)\text{,}\) yang berdimensi \(m\text{,}\) harus menjadi vektor masukan yang sesuai bagi \(S\text{.}\) Ini berarti bahwa masukan \(S\) harus berdimensi \(m\text{.}\) Sebenarnya, ini adalah syarat yang sama untuk membentuk hasil kali \(BA\) dari matriks-matriks terkait, yaitu jumlah kolom \(B\) harus sama dengan jumlah baris \(A\text{.}\)

Kegiatan 2.5.4.

Kita akan menyelidiki komposisi transformasi matriks dengan meninjau kembali transformasi matriks dari Kegiatan 2.5.3.
  1. Mari kita mulai dengan transformasi matriks \(T:\real^2\to\real^2\) yang memutar vektor berdimensi dua \(\xvec\) sebesar \(90^\circ\) untuk menghasilkan \(T(\xvec)\text{.}\) Dalam aktivitas sebelumnya, kita melihat bahwa matriks terkaitnya adalah \(A = \begin{bmatrix} 0 \amp -1 \\ 1 \amp 0 \\ \end{bmatrix} \text{.}\) Misalkan kita mengomposisikan transformasi matriks ini dengan dirinya sendiri untuk memperoleh \((T\circ T)(\xvec) = T(T(\xvec))\text{,}\) yaitu hasil memutar \(\xvec\) sebesar \(90^\circ\) dua kali.
    1. Tentukan matriks yang terkait dengan komposisi \((T\circ T)\text{.}\)
    2. Apa hasil yang diperoleh dengan memutar \(\vvec=\twovec{-2}{-1}\) dua kali?
    3. Misalkan \(R:\real^2\to\real^2\) adalah transformasi matriks yang memutar vektor sebesar \(180^\circ\text{,}\) seperti ditunjukkan dalam Gambar 2.5.9.
      Vektor basis standar berdimensi dua \(\evec_1=\twovec10\) dan \(\evec_2=\twovec01\text{,}\) bersama vektor ketiga \(\vvec=\twovec{-2}{-1}=-2\evec_1 - \evec_2\text{.}\)
      Ketiga vektor \(\evec_1\text{,}\) \(\evec_2\text{,}\) dan \(\vvec\) dari diagram sebelumnya telah diputar sebesar \(180^\circ\) oleh transformasi matriks \(R\text{.}\) Vektor \(R(\evec_1)\) mengarah mendatar ke kiri, sedangkan \(R(\evec_2)\) mengarah vertikal ke bawah. Vektor \(\vvec=\twovec{-2}{-1}\) juga telah diputar menjadi \(R(\vvec)\text{,}\) yang menunjukkan bahwa
      \begin{equation*} R(\vvec) = R(-2\evec_1-\evec_2) = -2R(\evec_1)-R(\evec_2)\text{.} \end{equation*}
      Kontrol papan ketik untuk menjelajahi diagram
      Tombol Tindakan
      Enter, A Aktifkan penjelajahan dengan papan ketik
      B Aktifkan penjelajahan dengan menu
      Escape Keluar dari mode penjelajahan
      Panah bawah Jelajahi tingkat berikutnya di bawah
      Panah atas Jelajahi tingkat berikutnya di atas
      Panah kanan Jelajahi elemen berikutnya pada tingkat ini
      Panah kiri Jelajahi elemen sebelumnya pada tingkat ini
      X Aktifkan atau nonaktifkan mode ahli
      W Tampilkan rincian tambahan jika tersedia
      Spasi Ulangi keluaran suara
      M Aktifkan pembesaran bertahap
      Koma Aktifkan pembesaran langsung
      N Nonaktifkan pembesaran
      Z Tampilkan atau sembunyikan subtitel
      C Gilir pengaturan kontras
      T Gunakan warna monokrom
      L Ganti bahasa jika tersedia
      K Hentikan suara saat ini
      Y Hentikan keluaran suara
      O Mulai atau hentikan sonifikasi
      P Ulangi keluaran sonifikasi
      Gambar 2.5.9. Transformasi matriks \(R\) menerima vektor berdimensi dua di sebelah kiri dan memutarnya sebesar \(180^\circ\) menjadi vektor di sebelah kanan.
      Gunakan Proposisi 2.5.6 untuk menemukan matriks yang terkait dengan \(R\) dan jelaskan mengapa matriks tersebut sama dengan matriks yang terkait dengan \((T\circ T)\text{.}\)
    4. Tuliskan vektor berdimensi dua \((T\circ T)\left(\twovec xy\right)\text{.}\) Bagaimana vektor ini dapat dinyatakan menggunakan perkalian skalar, dan mengapa hal tersebut masuk akal secara geometris?
  2. Dalam aktivitas sebelumnya, kita membayangkan sebuah perusahaan yang mengoperasikan dua toko roti. Kita memperoleh transformasi matriks \(T:\real^2\to\real^3\text{,}\) dengan \(T\left(\twovec{x_1}{x_2}\right)\) mendeskripsikan jumlah kue, donat, dan eclair ketika Toko Roti 1 beroperasi selama \(x_1\) jam dan Toko Roti 2 selama \(x_2\) jam. Matriks terkaitnya adalah \(A = \begin{bmatrix} 10 \amp 20 \\ 50 \amp 30 \\ 30 \amp 30 \\ \end{bmatrix} \text{.}\)
    Sekarang misalkan
    • Setiap kue memerlukan 4 cangkir tepung dan 2 cangkir gula.
    • Setiap donat memerlukan 1 cangkir tepung dan 1 cangkir gula.
    • Setiap eclair memerlukan 1 cangkir tepung dan 2 cangkir gula.
    Kita akan mendeskripsikan transformasi matriks \(S:\real^3\to\real^2\text{,}\) dengan \(S\left(\threevec{y_1}{y_2}{y_3}\right)\) berupa vektor berdimensi dua yang mendeskripsikan jumlah cangkir tepung dan gula yang diperlukan untuk membuat \(y_1\) kue, \(y_2\) donat, dan \(y_3\) eclair.
    1. Gunakan Proposisi 2.5.6 untuk menuliskan matriks \(B\) yang terkait dengan transformasi \(S\text{.}\)
    2. Jika kita membuat 1200 kue, 2850 donat, dan 2250 eclair, berapa cangkir tepung dan gula yang diperlukan?
    3. Misalkan Toko Roti 1 beroperasi selama 75 jam dan Toko Roti 2 selama 53 jam. Berapa banyak kue, donat, dan eclair yang dihasilkan? Berapa cangkir tepung dan gula yang diperlukan?
    4. Apa makna komposisi \((S\circ T)\text{,}\) dan matriks apakah yang terkait dengannya?
    5. Dalam suatu selang waktu, kedua toko roti menggunakan total 5800 cangkir tepung dan 5980 cangkir gula. Berapa lama kedua toko roti tersebut beroperasi?

Subbagian 2.5.4 Sistem dinamis diskret

Dalam Bab 4, kita akan memberi perhatian besar pada jenis transformasi matriks tertentu yang diilustrasikan dalam aktivitas berikut.

Kegiatan 2.5.5.

Misalkan kita menjalankan perusahaan yang memiliki dua gudang, yang kita sebut \(P\) dan \(Q\text{,}\) serta armada 1000 truk pengiriman. Setiap pagi, sebuah truk pengiriman berangkat dari salah satu gudang dan kembali pada malam hari ke salah satu gudang. Diamati bahwa
  • 70% truk yang berangkat dari \(P\) kembali ke \(P\text{.}\) Sebanyak 30% sisanya kembali ke \(Q\text{.}\)
  • 50% truk yang berangkat dari \(Q\) kembali ke \(Q\text{,}\) dan 50% kembali ke \(P\text{.}\)
Distribusi truk direpresentasikan oleh vektor \(\xvec=\twovec{x_1}{x_2}\) ketika terdapat \(x_1\) truk di lokasi \(P\) dan \(x_2\) truk di \(Q\text{.}\) Jika \(\xvec\) mendeskripsikan distribusi truk pada pagi hari, maka transformasi matriks \(T(\xvec)\) akan mendeskripsikan distribusi pada malam hari.
  1. Misalkan semua 1000 truk memulai hari di lokasi \(P\) dan tidak ada yang berada di \(Q\text{.}\) Berapa banyak truk di setiap lokasi pada malam itu? Dengan menggunakan representasi vektor kita, berapakah \(T\left(\ctwovec{1000}{0}\right)\text{?}\)
    Agar kita dapat menemukan matriks \(A\) yang terkait dengan \(T\text{,}\) apa yang dapat disimpulkan mengenai \(T\left(\twovec{1}{0}\right)\text{?}\)
  2. Dengan cara yang sama, misalkan semua 1000 truk memulai hari di lokasi \(Q\) dan tidak ada yang berada di \(P\text{.}\) Berapa banyak truk di setiap lokasi pada malam itu? Berapakah \(T\left(\ctwovec{0}{1000}\right)\) dan \(T\left(\twovec01\right)\text{?}\)
  3. Carilah matriks \(A\) sedemikian sehingga \(T(\xvec) = A\xvec\text{.}\)
  4. Misalkan pada pagi hari terdapat 100 truk di \(P\) dan 900 di \(Q\text{.}\) Berapa banyak truk yang berada di masing-masing lokasi tersebut pada malam hari?
  5. Misalkan pada malam hari terdapat 550 truk di \(P\) dan 450 di \(Q\text{.}\) Berapa banyak truk yang berada di masing-masing lokasi tersebut pada pagi hari itu?
  6. Misalkan semua truk berada di lokasi \(Q\) pada Senin pagi.
    1. Berapa banyak truk di setiap lokasi pada Senin malam?
    2. Berapa banyak truk di setiap lokasi pada Selasa malam?
    3. Berapa banyak truk di setiap lokasi pada Rabu malam?
  7. Misalkan \(S\) adalah transformasi matriks yang mengubah distribusi truk \(\xvec\) pada suatu pagi menjadi distribusi truk pada pagi hari satu minggu (tujuh hari) kemudian. Matriks apakah yang mendefinisikan transformasi \(S\text{?}\)
Seperti yang akan kita lihat nanti, situasi semacam ini sering terjadi. Kita memiliki vektor \(\xvec\) yang mendeskripsikan keadaan suatu sistem; dalam kasus ini, \(\xvec\) mendeskripsikan distribusi truk di antara dua lokasi pada waktu tertentu. Kemudian terdapat transformasi matriks \(T(\xvec) = A\xvec\) yang mendeskripsikan keadaan pada waktu berikutnya. Kita menyebut \(\xvec\) sebagai vektor keadaan dan \(T\) sebagai fungsi transisi, karena fungsi itu mendeskripsikan peralihan vektor keadaan dari satu waktu ke waktu berikutnya.
Dimulai dari keadaan awal \(\xvec_0\text{,}\) kita ingin mengetahui bagaimana keadaan tersebut berkembang seiring waktu. Sebagai contoh,
\begin{equation*} \begin{aligned} \xvec_1 \amp = T(\xvec_0)=A\xvec_0 \\ \xvec_2 \amp = T(\xvec_1) = (T\circ T)(\xvec_0)= A^2\xvec_0 \\ \xvec_3 \amp = T(\xvec_2) = A^3\xvec_0 \end{aligned} \end{equation*}
dan seterusnya.
Situasi ketika keadaan suatu sistem berkembang dari satu waktu ke waktu berikutnya menurut aturan \(\xvec_{k+1}=A\xvec_k\) kita sebut sistem dinamis diskret. Dalam Bab 4, kita akan mengembangkan teori yang memungkinkan kita membuat prediksi jangka panjang mengenai perkembangan vektor keadaan.

Subbagian 2.5.5 Ringkasan

Bagian ini memperkenalkan transformasi matriks, yaitu fungsi yang didefinisikan oleh perkalian matriks-vektor, seperti \(T(\xvec) = A\xvec\) untuk suatu matriks \(A\text{.}\)
  • Jika \(A\) adalah matriks \(m\times n\text{,}\) maka \(T:\real^n\to\real^m\text{.}\)
  • Kolom-kolom matriks \(A\) diperoleh dengan menghitung transformasi \(T\) pada vektor-vektor \(\evec_j\text{;}\) yaitu,
    \begin{equation*} A=\left[\begin{array}{rrrr} T(\evec_1) \amp T(\evec_2) \amp \cdots \amp T(\evec_n) \end{array}\right]\text{.} \end{equation*}
  • Komposisi transformasi matriks bersesuaian dengan perkalian matriks.
  • Sistem dinamis diskret terdiri atas vektor keadaan \(\xvec\) beserta fungsi transisi \(T(\xvec) = A\xvec\) yang mendeskripsikan bagaimana vektor keadaan berkembang dari satu waktu ke waktu berikutnya. Pangkat-pangkat matriks \(A\) menentukan perilaku jangka panjang vektor keadaan.

Latihan 2.5.6 Latihan

1.

Misalkan \(T\) adalah transformasi matriks yang didefinisikan oleh matriks \(A\text{,}\) dan \(S\) adalah transformasi matriks yang didefinisikan oleh \(B\text{,}\) dengan
\begin{equation*} A = \left[\begin{array}{rrr} 3 \amp -1 \amp 0 \\ 1 \amp 2 \amp 2 \\ -1 \amp 3 \amp 2 \\ \end{array}\right], \qquad B = \left[\begin{array}{rrr} 1 \amp -1 \amp 0 \\ 2 \amp 1 \amp 2 \\ \end{array}\right]\text{.} \end{equation*}
  1. Jika \(T:\real^n\to\real^m\text{,}\) berapakah nilai \(m\) dan \(n\text{?}\) Berapakah nilai \(m\) dan \(n\) yang sesuai untuk transformasi \(S\text{?}\)
  2. Hitung \(T\left(\threevec{1}{-3}{2}\right)\text{.}\)
  3. Hitung \(S\left(\threevec{-2}{2}{1}\right)\text{.}\)
  4. Hitung \(S\circ T\left(\threevec{1}{-3}{2}\right)\text{.}\)
  5. Carilah matriks \(C\) yang mendefinisikan transformasi matriks \(S\circ T\text{.}\)

2.

Soal ini membahas cara mengenali transformasi matriks, yang akan dibahas lebih lanjut dalam bagian berikutnya.
  1. Pastikan bahwa fungsi \(T:\real^3\to\real^2\) berikut merupakan transformasi matriks dengan mencari matriks \(A\) sedemikian sehingga \(T(\xvec) = A\xvec\text{.}\)
    \begin{equation*} T\left(\threevec{x_1}{x_2}{x_3}\right) = \left[\begin{array}{c} 3x_1 - x_2 + 4x_3 \\ 5x_2 - x_3 \\ \end{array}\right]\text{.} \end{equation*}
  2. Jelaskan mengapa
    \begin{equation*} T\left(\threevec{x_1}{x_2}{x_3}\right) = \left[\begin{array}{c} 3x_1^4 - x_2 + 4x_3 \\ 5x_2 - x_3 \\ \end{array}\right] \end{equation*}
    bukan transformasi matriks.

3.

Misalkan matriks
\begin{equation*} A = \left[\begin{array}{rrr} 1 \amp 3 \amp 1 \\ -2 \amp 1 \amp 5 \\ 0 \amp 2 \amp 2 \\ \end{array}\right] \end{equation*}
mendefinisikan transformasi matriks \(T:\real^3\to\real^3\text{.}\)
  1. Deskripsikan vektor-vektor \(\xvec\) yang memenuhi \(T(\xvec) = \zerovec\text{.}\)
  2. Deskripsikan vektor-vektor \(\xvec\) yang memenuhi \(T(\xvec) = \threevec{-8}{9}{2}\text{.}\)
  3. Deskripsikan vektor-vektor \(\xvec\) yang memenuhi \(T(\xvec) = \threevec{-8}{2}{-4}\text{.}\)

4.

Misalkan \(T:\real^3\to\real^2\) adalah transformasi matriks dengan \(T(\evec_j) = \vvec_j\text{,}\) dan \(\vvec_1\text{,}\) \(\vvec_2\text{,}\) serta \(\vvec_3\) seperti ditunjukkan dalam Gambar 2.5.10.
Kontrol papan ketik untuk menjelajahi diagram
Tombol Tindakan
Enter, A Aktifkan penjelajahan dengan papan ketik
B Aktifkan penjelajahan dengan menu
Escape Keluar dari mode penjelajahan
Panah bawah Jelajahi tingkat berikutnya di bawah
Panah atas Jelajahi tingkat berikutnya di atas
Panah kanan Jelajahi elemen berikutnya pada tingkat ini
Panah kiri Jelajahi elemen sebelumnya pada tingkat ini
X Aktifkan atau nonaktifkan mode ahli
W Tampilkan rincian tambahan jika tersedia
Spasi Ulangi keluaran suara
M Aktifkan pembesaran bertahap
Koma Aktifkan pembesaran langsung
N Nonaktifkan pembesaran
Z Tampilkan atau sembunyikan subtitel
C Gilir pengaturan kontras
T Gunakan warna monokrom
L Ganti bahasa jika tersedia
K Hentikan suara saat ini
Y Hentikan keluaran suara
O Mulai atau hentikan sonifikasi
P Ulangi keluaran sonifikasi
Transformasi matriks \(T:\real^3\to\real^2\) menghasilkan tiga vektor \(\vvec_1\text{,}\) \(\vvec_2\text{,}\) dan \(\vvec_3\text{.}\) Pertama, kita memiliki \(\vvec_1 = T\left(\threevec100\right)=\twovec21\text{.}\) Kemudian \(\vvec_2 = T\left(\threevec010\right)=\twovec{-1}1\text{,}\) dan akhirnya \(\vvec_3 = T\left(\threevec001\right)=\twovec{-1}{-2}\text{.}\)
Gambar 2.5.10. Vektor-vektor \(T(\evec_j)=\vvec_j\text{.}\)
  1. Buatlah sketsa vektor \(T\left(\threevec{2}{1}{2}\right)\text{.}\)
  2. Tentukan vektor \(T\left(\threevec{0}{1}{0}\right)\text{.}\)
  3. Carilah semua vektor \(\xvec\) sedemikian sehingga \(T(\xvec) = \zerovec\text{.}\)

5.

Dalam Contoh 2.5.5 dan Contoh 2.5.4, kita menuliskan transformasi matriks menggunakan komponen-komponen \(T(\xvec)\text{.}\) Latihan ini menggunakan bentuk tersebut.
  1. Mari kita kembali ke contoh dalam Kegiatan 2.5.3 mengenai perusahaan yang mengoperasikan dua toko roti. Kita menggunakan transformasi matriks dengan masukan \(\xvec\text{,}\) yang mencatat lamanya kedua toko roti beroperasi, dan keluaran \(T(\xvec)\text{,}\) yaitu jumlah kue, donat, serta eclair yang dihasilkan. Matriks terkaitnya adalah \(A=\begin{bmatrix} 10 \amp 20 \\ 50 \amp 30 \\ 30 \amp 30 \\ \end{bmatrix} \text{.}\)
    1. Jika \(\xvec=\twovec{x_1}{x_2}\text{,}\) tuliskan keluaran \(T(\xvec)\) sebagai vektor berdimensi tiga yang dinyatakan dalam \(x_1\) dan \(x_2\text{.}\)
    2. Jika Toko Roti 1 beroperasi selama \(x_1\) jam dan Toko Roti 2 selama \(x_2\) jam, berapa banyak kue yang dihasilkan?
    3. Jelaskan bagaimana Anda dapat menemukan bentuk ini dengan meninjau laju pembuatan kue di kedua lokasi.
  2. Misalkan program berbagi sepeda memiliki dua lokasi, \(P\) dan \(Q\text{.}\) Sepeda disewa dari suatu lokasi pada pagi hari dan dikembalikan ke suatu lokasi pada malam hari. Misalkan
    • 60% sepeda yang berada di \(P\) pada pagi hari dikembalikan ke \(P\) pada malam hari, sedangkan 40% sisanya dikembalikan ke \(Q\text{.}\)
    • 30% sepeda yang berada di \(Q\) pada pagi hari dikembalikan ke \(Q\text{,}\) dan 70% sisanya dikembalikan ke \(P\text{.}\)
    1. Jika \(x_1\) adalah jumlah sepeda di lokasi \(P\) dan \(x_2\) jumlah sepeda di \(Q\) pada pagi hari, tuliskan bentuk untuk jumlah sepeda di \(P\) pada malam hari.
    2. Tuliskan bentuk untuk jumlah sepeda di \(Q\) pada malam hari.
    3. Tuliskan bentuk untuk \(T\left(\twovec{x_1}{x_2}\right)\text{,}\) yaitu vektor yang mendeskripsikan distribusi sepeda pada malam hari.
    4. Gunakan bentuk ini untuk menentukan matriks \(A\) yang terkait dengan transformasi matriks \(T\text{.}\)

6.

Tentukan apakah pernyataan-pernyataan berikut benar atau salah dan berikan alasan bagi jawaban Anda.
  1. Transformasi matriks \(T:\real^4\to\real^5\) didefinisikan oleh \(T(\xvec) = A\xvec\text{,}\) dengan \(A\) berupa matriks \(4\times5\text{.}\)
  2. Jika \(T:\real^3\to\real^2\) adalah transformasi matriks, maka terdapat tak berhingga banyak vektor \(\xvec\) sedemikian sehingga \(T(\xvec) = \zerovec\text{.}\)
  3. Jika \(T:\real^2\to\real^3\) adalah transformasi matriks, mungkin saja persamaan \(T(\xvec) = \bvec\) memiliki solusi untuk setiap vektor \(\bvec\text{.}\)
  4. Jika \(T:\real^n\to\real^m\) adalah transformasi matriks, maka persamaan \(T(\xvec) = \zerovec\) selalu memiliki solusi.

7.

Misalkan suatu perusahaan memiliki tiga pabrik, yang disebut Pabrik 1, 2, dan 3, yang menghasilkan susu \(M\) dan yoghurt \(Y\text{.}\) Untuk setiap jam operasi,
  • Pabrik \(1\) menghasilkan 20 satuan susu dan 15 satuan yoghurt.
  • Pabrik \(2\) menghasilkan 30 satuan susu dan 5 satuan yoghurt.
  • Pabrik \(3\) menghasilkan 0 satuan susu dan 40 satuan yoghurt.
  1. Misalkan \(x_1\text{,}\) \(x_2\text{,}\) dan \(x_3\) mencatat lamanya ketiga pabrik beroperasi, sedangkan \(M\) dan \(Y\) mencatat jumlah susu serta yoghurt yang dihasilkan. Jika kita menuliskan \(\xvec=\threevec{x_1}{x_2}{x_3}\) dan \(\yvec = \twovec{M}{Y}\text{,}\) carilah matriks \(A\) yang mendefinisikan transformasi matriks \(T(\xvec) = \yvec\text{.}\)
  2. Selain itu, misalkan untuk menghasilkan setiap satuan
    • susu diperlukan 5 satuan listrik dan 8 satuan tenaga kerja.
    • yoghurt diperlukan 6 satuan listrik dan 10 satuan tenaga kerja.
    Jika kita menuliskan vektor \(\zvec = \twovec{E}{L}\) untuk mencatat jumlah listrik \(E\) dan tenaga kerja \(L\) yang diperlukan, carilah matriks \(B\) yang mendefinisikan transformasi matriks \(S(\yvec) = \zvec\text{.}\)
  3. Jika \(\xvec = \threevec{30}{20}{10}\) mendeskripsikan lamanya ketiga pabrik beroperasi, berapa banyak susu dan yoghurt yang dihasilkan? Berapa banyak listrik dan tenaga kerja yang diperlukan?
  4. Carilah matriks \(C\) yang mendeskripsikan transformasi matriks \(R(\xvec)=\zvec\text{,}\) yang memberikan jumlah listrik dan tenaga kerja yang diperlukan ketika setiap pabrik beroperasi selama waktu yang diberikan oleh vektor \(\xvec\text{.}\)

8.

Misalkan \(T:\real^2\to\real^2\) adalah transformasi matriks dan
\begin{equation*} T\left(\twovec{1}{1}\right) = \twovec{3}{-2}, \qquad T\left(\twovec{-1}{1}\right) = \twovec{1}{2}\text{.} \end{equation*}
  1. Carilah vektor \(T\left(\twovec{1}{0}\right)\text{.}\)
  2. Carilah matriks \(A\) yang mendefinisikan \(T\text{.}\)
  3. Carilah vektor \(T\left(\twovec{4}{-5}\right)\text{.}\)

9.

Misalkan dua spesies \(P\) dan \(Q\) saling berinteraksi dan kita mengukur populasinya setiap bulan. Kita mencatat populasi tersebut dalam vektor keadaan \(\xvec = \twovec{p}{q}\text{,}\) dengan \(p\) dan \(q\) masing-masing merupakan populasi \(P\) dan \(Q\text{.}\) Kita mengamati bahwa terdapat matriks
\begin{equation*} A = \left[\begin{array}{rr} 0.8 \amp 0.3 \\ 0.7 \amp 1.2 \\ \end{array}\right] \end{equation*}
sedemikian sehingga transformasi matriks \(T(\xvec)=A\xvec\) merupakan fungsi transisi yang mendeskripsikan bagaimana vektor keadaan berkembang dari bulan ke bulan. Kita juga mengamati bahwa pada awal Juli, populasi dideskripsikan oleh vektor keadaan \(\xvec=\twovec{1}{2}\text{.}\)
  1. Berapakah populasi pada awal Agustus?
  2. Berapakah populasi pada awal Juni?
  3. Berapakah populasi pada awal Desember?
  4. Berapakah populasi pada awal Juli tahun berikutnya?

10.

Siswa di suatu sekolah terkadang tidak hadir karena sakit. Misalkan
  • 95% siswa yang hadir di sekolah akan hadir pada hari berikutnya.
  • 50% siswa yang tidak hadir pada suatu hari akan tetap tidak hadir pada hari berikutnya.
Kita akan mencatat jumlah siswa yang hadir \(p\) dan jumlah siswa yang tidak hadir \(a\) dalam vektor keadaan \(\xvec=\twovec{p}{a}\text{.}\) Perhatikan bahwa vektor keadaan ini berkembang dari satu hari ke hari berikutnya menurut fungsi transisi \(T:\real^2\to\real^2\text{.}\) Pada hari Selasa, vektor keadaannya adalah \(\xvec=\ctwovec{1700}{100}\text{.}\)
  1. Misalkan pada awalnya terdapat 1000 siswa yang hadir dan tidak ada yang absen. Hitung \(T\left(\ctwovec{1000}{0}\right)\text{.}\)
  2. Misalkan pada awalnya terdapat 1000 siswa yang absen dan tidak ada yang hadir. Hitung \(T\left(\ctwovec{0}{1000}\right)\text{.}\)
  3. Gunakan hasil bagian a dan b untuk mencari matriks \(A\) yang mendefinisikan transformasi matriks \(T\text{.}\)
  4. Jika \(\xvec=\ctwovec{1700}{100}\) pada hari Selasa, bagaimana distribusi siswa pada hari Rabu?
  5. Berapa banyak siswa yang hadir pada hari Senin?
  6. Berapa banyak siswa yang hadir pada hari Selasa berikutnya?
  7. Apa yang terjadi pada jumlah siswa yang hadir setelah waktu yang sangat lama?