Lewati ke konten utama
Logo Memahami Aljabar Linear

Subbab 2.2 Perkalian matriks dan kombinasi linear

Bagian sebelumnya memperkenalkan vektor dan kombinasi linear serta menunjukkan bagaimana keduanya menyediakan cara untuk memikirkan sistem linear secara geometris. Secara khusus, kita melihat bahwa vektor \(\bvec\) merupakan kombinasi linear dari vektor-vektor \(\vvec_1,\vvec_2,\ldots,\vvec_n\) tepat ketika sistem linear yang bersesuaian dengan matriks diperbesar
\begin{equation*} \left[\begin{array}{rrrr|r} \vvec_1 \amp \vvec_2 \amp \cdots \amp \vvec_n \amp \bvec \end{array}\right] \end{equation*}
konsisten.
Tujuan kita dalam bagian ini adalah memperkenalkan perkalian matriks, suatu operasi aljabar lain yang memperdalam kaitan antara sistem linear dan kombinasi linear.

Subbagian 2.2.1 Perkalian skalar dan penjumlahan matriks

Mula-mula kita memandang matriks sebagai susunan bilangan berbentuk persegi panjang. Jika kita mengatakan bahwa ukuran suatu matriks adalah \(m\times n\text{,}\) maksudnya matriks tersebut memiliki \(m\) baris dan \(n\) kolom. Sebagai contoh, ukuran matriks di bawah ini adalah \(3\times4\text{:}\)
\begin{equation*} \left[ \begin{array}{rrrr} 0 \amp 4 \amp -3 \amp 1 \\ 3 \amp -1 \amp 2 \amp 0 \\ 2 \amp 0 \amp -1 \amp 1 \\ \end{array} \right]\text{.} \end{equation*}
Kita juga dapat memandang kolom-kolom suatu matriks sebagai sekumpulan vektor. Sebagai contoh, matriks di atas dapat direpresentasikan sebagai
\begin{equation*} \left[ \begin{array}{rrrr} \vvec_1 \amp \vvec_2 \amp \vvec_3 \amp \vvec_4 \end{array} \right] \end{equation*}
dengan
\begin{equation*} \vvec_1=\left[\begin{array}{r}0\\3\\2\\ \end{array}\right], \vvec_2=\left[\begin{array}{r}4\\-1\\0\\ \end{array}\right], \vvec_3=\left[\begin{array}{r}-3\\2\\-1\\ \end{array}\right], \vvec_4=\left[\begin{array}{r}1\\0\\1\\ \end{array}\right]\text{.} \end{equation*}
Dengan cara ini, kita melihat bahwa matriks \(3\times 4\) ekuivalen dengan himpunan terurut yang terdiri atas 4 vektor dalam \(\real^3\text{.}\)
Ini berarti bahwa kita dapat mendefinisikan operasi perkalian skalar dan penjumlahan matriks menggunakan operasi vektor per kolom yang bersesuaian. Sebagai contoh,
\begin{equation*} \begin{aligned} c\left[\begin{array}{rrrr} \vvec_1 \amp \vvec_2 \amp \cdots \amp \vvec_n \end{array} \right] {}={} \amp \left[\begin{array}{rrrr} c\vvec_1 \amp c\vvec_2 \amp \cdots \amp c\vvec_n \end{array} \right] \\ \left[\begin{array}{rrrr} \vvec_1 \amp \vvec_2 \amp \cdots \amp \vvec_n \end{array} \right] {}+{} \amp \left[\begin{array}{rrrr} \wvec_1 \amp \wvec_2 \amp \cdots \amp \wvec_n \end{array} \right] \\ {}={} \amp \left[\begin{array}{rrrr} \vvec_1+\wvec_1 \amp \vvec_2+\wvec_2 \amp \cdots \amp \vvec_n+\wvec_n \end{array} \right]. \\ \end{aligned} \end{equation*}

Aktivitas Pratinjau 2.2.1. Operasi matriks.

(a)
Hitunglah kelipatan skalar
\begin{equation*} -3\left[ \begin{array}{rrr} 3 \amp 1 \amp 0 \\ -4 \amp 3 \amp -1 \\ \end{array} \right]\text{.} \end{equation*}
(b)
Tentukan jumlah
\begin{equation*} \left[ \begin{array}{rr} 0 \amp -3 \\ 1 \amp -2 \\ 3 \amp 4 \\ \end{array} \right] + \left[ \begin{array}{rr} 4 \amp -1 \\ -2 \amp 2 \\ 1 \amp 1 \\ \end{array} \right]\text{.} \end{equation*}
(c)
Misalkan \(A\) dan \(B\) adalah dua matriks. Apa yang perlu kita ketahui mengenai ukurannya sebelum kita dapat membentuk jumlah \(A+B\text{?}\)
(d)
Matriks \(I_n\text{,}\) yang kita sebut matriks identitas, adalah matriks \(n\times n\) yang semua entrinya bernilai nol kecuali entri-entri diagonalnya, yang semuanya bernilai 1. Sebagai contoh,
\begin{equation*} I_3 = \left[ \begin{array}{rrr} 1 \amp 0 \amp 0 \\ 0 \amp 1 \amp 0 \\ 0 \amp 0 \amp 1 \\ \end{array} \right]\text{.} \end{equation*}
Jika kita dapat membentuk jumlah \(A+I_n\text{,}\) apa yang harus berlaku bagi matriks \(A\text{?}\)
(e)
Tentukan matriks \(A - 2I_3\) dengan
\begin{equation*} A = \left[ \begin{array}{rrr} 1 \amp 2 \amp -2 \\ 2 \amp -3 \amp 3 \\ -2 \amp 3 \amp 4 \\ \end{array} \right]\text{.} \end{equation*}
Seperti ditunjukkan oleh aktivitas pratinjau ini, operasi perkalian skalar dan penjumlahan matriks merupakan perluasan alami dari operasi yang bersesuaian pada vektor. Namun, kita perlu berhati-hati saat menjumlahkan matriks. Karena matriks-matriks yang dijumlahkan harus memuat jumlah vektor yang sama dan vektor-vektor tersebut harus berdimensi sama, dua matriks harus berukuran sama jika kita ingin membentuk jumlahnya.

Subbagian 2.2.2 Perkalian matriks-vektor dan kombinasi linear

Operasi yang lebih penting adalah perkalian matriks karena operasi ini memungkinkan kita menyatakan sistem linear secara ringkas. Sekarang kita memperkenalkan hasil kali matriks dan vektor melalui sebuah contoh.

Contoh 2.2.1. Perkalian matriks-vektor.

Misalkan kita memiliki matriks \(A\) dan vektor \(\xvec\text{:}\)
\begin{equation*} A = \left[\begin{array}{rr} -2 \amp 3 \\ 0 \amp 2 \\ 3 \amp 1 \\ \end{array}\right],~~~ \xvec = \left[\begin{array}{r} 2 \\ 3 \\ \end{array}\right]\text{.} \end{equation*}
Hasil kalinya didefinisikan sebagai kombinasi linear dari kolom-kolom \(A\) dengan menggunakan komponen-komponen \(\xvec\) sebagai bobot. Ini berarti bahwa
\begin{equation*} \begin{aligned} A\xvec = \left[\begin{array}{rr} -2 \amp 3 \\ 0 \amp 2 \\ 3 \amp 1 \\ \end{array}\right] \left[\begin{array}{r} 2 \\ 3 \\ \end{array}\right] {}={} \amp 2 \left[\begin{array}{r} -2 \\ 0 \\ 3 \\ \end{array}\right] + 3 \left[\begin{array}{r} 3 \\ 2 \\ 1 \\ \end{array}\right] \\ \\ {}={} \amp \left[\begin{array}{r} -4 \\ 0 \\ 6 \\ \end{array}\right] + \left[\begin{array}{r} 9 \\ 6 \\ 3 \\ \end{array}\right] \\ \\ {}={} \amp \left[\begin{array}{r} 5 \\ 6 \\ 9 \\ \end{array}\right]. \\ \end{aligned} \end{equation*}
Karena \(A\) memiliki dua kolom, kita memerlukan dua bobot untuk membentuk kombinasi linear dari kolom-kolom tersebut, yang berarti bahwa \(\xvec\) harus memiliki dua komponen. Dengan kata lain, banyaknya kolom \(A\) harus sama dengan dimensi vektor \(\xvec\text{.}\)
Demikian pula, kolom-kolom \(A\) berdimensi 3 sehingga setiap kombinasi linearnya juga berdimensi 3. Oleh karena itu, \(A\xvec\) akan berdimensi 3.
Dengan demikian, kita melihat bahwa jika \(A\) adalah matriks \(3\times2\text{,}\) maka \(\xvec\) harus berupa vektor berdimensi 2 dan \(A\xvec\) akan berdimensi 3.
Secara lebih umum, kita memiliki definisi berikut.

Definisi 2.2.2. Perkalian matriks-vektor.

Hasil kali suatu matriks \(A\) dengan vektor \(\xvec\) adalah kombinasi linear dari kolom-kolom \(A\) dengan menggunakan komponen-komponen \(\xvec\) sebagai bobot. Lebih tepatnya, jika
\begin{equation*} A=\left[\begin{array}{rrrr} \vvec_1 \amp \vvec_2 \amp \ldots \amp \vvec_n \end{array}\right],~~~ \xvec = \left[\begin{array}{r} c_1 \\ c_2 \\ \vdots \\ c_n \end{array}\right], \end{equation*}
maka
\begin{equation*} A\xvec = c_1\vvec_1 + c_2\vvec_2 + \ldots + c_n\vvec_n\text{.} \end{equation*}
Jika \(A\) adalah matriks \(m\times n\text{,}\) maka \(\xvec\) harus berupa vektor berdimensi \(n\text{,}\) dan hasil kali \(A\xvec\) akan berupa vektor berdimensi \(m\text{.}\)
Aktivitas berikut menelaah beberapa sifat perkalian matriks.

Kegiatan 2.2.2. Perkalian matriks-vektor.

  1. Tentukan hasil kali matriks
    \begin{equation*} \left[ \begin{array}{rrrr} 1 \amp 2 \amp 0 \amp -1 \\ 2 \amp 4 \amp -3 \amp -2 \\ -1 \amp -2 \amp 6 \amp 1 \\ \end{array} \right] \left[ \begin{array}{r} 3 \\ 1 \\ -1 \\ 1 \\ \end{array} \right]\text{.} \end{equation*}
  2. Misalkan \(A\) adalah matriks
    \begin{equation*} \left[ \begin{array}{rrr} 3 \amp -1 \amp 0 \\ 0 \amp -2 \amp 4 \\ 2 \amp 1 \amp 5 \\ 1 \amp 0 \amp 3 \\ \end{array} \right]\text{.} \end{equation*}
    Jika \(A\xvec\) terdefinisi, berapakah dimensi vektor \(\xvec\) dan berapakah dimensi \(A\xvec\text{?}\)
  3. Vektor yang semua entrinya bernilai nol dinotasikan dengan \(\zerovec\text{.}\) Jika \(A\) adalah matriks, berapakah hasil kali \(A\zerovec\text{?}\)
  4. Misalkan \(I = \left[\begin{array}{rrr} 1 \amp 0 \amp 0 \\ 0 \amp 1 \amp 0 \\ 0 \amp 0 \amp 1 \\ \end{array}\right]\) adalah matriks identitas dan \(\xvec=\threevec{x_1}{x_2}{x_3}\text{.}\) Tentukan hasil kali \(I\xvec\) dan jelaskan mengapa \(I\) disebut matriks identitas.
  5. Misalkan kita menuliskan matriks \(A\) berdasarkan kolom-kolomnya sebagai
    \begin{equation*} A = \left[ \begin{array}{rrrr} \vvec_1 \amp \vvec_2 \amp \cdots \amp \vvec_n \\ \end{array} \right]\text{.} \end{equation*}
    Jika vektor \(\evec_1 = \left[\begin{array}{c} 1 \\ 0 \\ \vdots \\ 0 \end{array}\right]\text{,}\) berapakah hasil kali \(A\evec_1\text{?}\)
  6. Misalkan
    \begin{equation*} A = \left[ \begin{array}{rr} 1 \amp 2 \\ -1 \amp 1 \\ \end{array} \right], \bvec = \left[ \begin{array}{r} 6 \\ 0 \end{array} \right]\text{.} \end{equation*}
    Apakah terdapat vektor \(\xvec\) sedemikian sehingga \(A\xvec = \bvec\text{?}\)
Perkalian suatu matriks \(A\) dengan sebuah vektor didefinisikan sebagai kombinasi linear dari kolom-kolom \(A\text{.}\) Namun, terdapat cara singkat untuk menghitung hasil kali tersebut. Mari kita tinjau kembali contoh sebelumnya dan berfokus pada baris pertama hasil kalinya.
\begin{equation*} \left[\begin{array}{rr} -2 \amp 3 \\ 0 \amp 2 \\ 3 \amp 1 \\ \end{array}\right] \left[\begin{array}{r} 2 \\ 3 \\ \end{array}\right] = 2 \left[\begin{array}{r} -2 \\ * \\ * \\ \end{array}\right] + 3 \left[\begin{array}{r} 3 \\ * \\ * \\ \end{array}\right] = \left[\begin{array}{c} 2(-2)+3(3) \\ * \\ * \\ \end{array}\right] = \left[\begin{array}{r} 5 \\ * \\ * \\ \end{array}\right]\text{.} \end{equation*}
Untuk menentukan komponen pertama hasil kali, kita meninjau baris pertama matriks. Kemudian kita mengalikan entri pertama pada baris tersebut dengan komponen pertama vektor, entri kedua dengan komponen kedua vektor, dan seterusnya, lalu menjumlahkan hasilnya. Dengan cara ini, kita melihat bahwa komponen ketiga hasil kali akan diperoleh dari baris ketiga matriks dengan menghitung \(2(3) + 3(1) = 9\text{.}\)
Anda dianjurkan untuk menghitung hasil kali pada Butir a dari aktivitas sebelumnya dengan menggunakan cara singkat ini dan membandingkan hasilnya dengan hasil yang Anda peroleh ketika menyelesaikan aktivitas tersebut.

Kegiatan 2.2.3.

Sage dapat menentukan hasil kali suatu matriks dan vektor dengan menggunakan operator *. Sebagai contoh,
  1. Gunakan Sage untuk menghitung hasil kali
    \begin{equation*} \left[ \begin{array}{rrrr} 1 \amp 2 \amp 0 \amp -1 \\ 2 \amp 4 \amp -3 \amp -2 \\ -1 \amp -2 \amp 6 \amp 1 \\ \end{array} \right] \left[ \begin{array}{r} 3 \\ 1 \\ -1 \\ 1 \\ \end{array} \right] \end{equation*}
    dari Butir a pada aktivitas sebelumnya.
  2. Dalam Sage, definisikan matriks dan vektor-vektor
    \begin{equation*} A = \left[ \begin{array}{rr} -2 \amp 0 \\ 3 \amp 1 \\ 4 \amp 2 \\ \end{array} \right], \zerovec = \left[ \begin{array}{r} 0 \\ 0 \end{array} \right], \vvec = \left[ \begin{array}{r} -2 \\ 3 \end{array} \right], \wvec = \left[ \begin{array}{r} 1 \\ 2 \end{array} \right]\text{.} \end{equation*}
  3. Apa yang Anda peroleh ketika menghitung \(A\zerovec\text{?}\)
  4. Apa yang Anda peroleh ketika menghitung \(A(3\vvec)\) dan \(3(A\vvec)\text{,}\) lalu membandingkan hasilnya?
  5. Apa yang Anda peroleh ketika menghitung \(A(\vvec+\wvec)\) dan \(A\vvec + A\wvec\text{,}\) lalu membandingkan hasilnya?
Aktivitas ini memperlihatkan beberapa sifat umum perkalian matriks yang kita catat di sini.

Subbagian 2.2.3 Perkalian matriks-vektor dan sistem linear

Sejauh ini, kita memulai dengan suatu matriks \(A\) dan vektor \(\xvec\text{,}\) lalu membentuk hasil kalinya \(A\xvec = \bvec\text{.}\) Sekarang kita ingin membalik persoalan ini: dimulai dengan suatu matriks \(A\) dan vektor \(\bvec\text{,}\) kita akan menanyakan apakah kita dapat menentukan vektor \(\xvec\) sedemikian sehingga \(A\xvec = \bvec\text{.}\) Hal ini secara alami akan membawa kita kembali kepada sistem linear.
Untuk melihat kaitan antara persamaan matriks \(A\xvec = \bvec\) dan sistem linear, mari kita tuliskan matriks \(A\) berdasarkan kolom-kolomnya \(\vvec_i\) dan \(\xvec\) berdasarkan komponen-komponennya.
\begin{equation*} A = \left[ \begin{array}{rrrr} \vvec_1 \amp \vvec_2 \amp \ldots \amp \vvec_n \end{array} \right], \xvec = \left[ \begin{array}{c} c_1 \\ c_2 \\ \vdots \\ c_n \\ \end{array} \right]\text{.} \end{equation*}
Kita mengetahui bahwa hasil kali matriks \(A\xvec\) membentuk kombinasi linear dari kolom-kolom \(A\text{.}\) Oleh karena itu, persamaan \(A\xvec = \bvec\) hanyalah cara ringkas untuk menuliskan persamaan bagi bobot-bobot \(c_i\text{:}\)
\begin{equation*} c_1\vvec_1 + c_2\vvec_2 + \ldots + c_n\vvec_n = \bvec\text{.} \end{equation*}
Kita telah menjumpai persamaan ini sebelumnya. Ingatlah bahwa Proposisi 2.1.12 menyatakan bahwa solusi-solusi persamaan ini sama dengan solusi-solusi sistem linear yang matriks diperbesarnya adalah
\begin{equation*} \left[\begin{array}{rrrr|r} \vvec_1 \amp \vvec_2 \amp \ldots \amp \vvec_n \amp \bvec \end{array}\right]\text{.} \end{equation*}
Hal ini memberi kita tiga cara berbeda untuk memandang ruang solusi yang sama.
Jika matriks \(A = \left[\begin{array}{rrrr} \vvec_1\amp\vvec_2\amp\cdots\amp\vvec_n\end{array}\right]\text{,}\) kita akan sering menuliskan
\begin{equation*} \left[\begin{array}{rrrr|r} \vvec_1\amp\vvec_2\amp\cdots\amp\vvec_n\amp\bvec\end{array}\right] = \left[ \begin{array}{r|r} A \amp \bvec \end{array}\right] \end{equation*}
dan mengatakan bahwa matriks \(A\) diperbesar dengan vektor \(\bvec\text{.}\)
Persamaan \(A\xvec = \bvec\) merupakan notasi ringkas untuk menuliskan suatu sistem linear. Selain itu, notasi ini memungkinkan kita berfokus pada ciri-ciri penting sistem yang menentukan ruang solusinya.

Contoh 2.2.5.

Kita akan mendeskripsikan ruang solusi persamaan
\begin{equation*} \left[\begin{array}{rrr} 2 \amp 0 \amp 2 \\ 4 \amp -1 \amp 6 \\ 1 \amp 3 \amp -5 \\ \end{array}\right] \xvec = \left[\begin{array}{r} 0 \\ -5 \\ 15 \end{array}\right]. \end{equation*}
Berdasarkan Proposisi 2.2.4, persamaan ini dapat dinyatakan secara ekuivalen sebagai
\begin{equation*} x_1\left[\begin{array}{r}2\\4\\1\end{array}\right] + x_2\left[\begin{array}{r}0\\-1\\3\end{array}\right]+ x_3\left[\begin{array}{r}2\\6\\-5\end{array}\right]= \left[\begin{array}{r}0\\-5\\15\end{array}\right]\text{,} \end{equation*}
yang merupakan sistem linear yang bersesuaian dengan matriks diperbesar
\begin{equation*} \left[\begin{array}{rrr|r} 2 \amp 0 \amp 2 \amp 0 \\ 4 \amp -1 \amp 6 \amp -5 \\ 1 \amp 3 \amp -5 \amp 15 \\ \end{array} \right]\text{.} \end{equation*}
Bentuk eselon baris tereduksi dari matriks diperbesar tersebut adalah
\begin{equation*} \left[\begin{array}{rrr|r} 2 \amp 0 \amp 2 \amp 0 \\ 4 \amp -1 \amp 6 \amp -5 \\ 1 \amp 3 \amp -5 \amp 15 \\ \end{array} \right] \sim \left[\begin{array}{rrr|r} 1 \amp 0 \amp 1 \amp 0 \\ 0 \amp 1 \amp -2 \amp 5 \\ 0 \amp 0 \amp 0 \amp 0 \\ \end{array} \right], \end{equation*}
yang bersesuaian dengan sistem linear
\begin{equation*} \begin{alignedat}{4} x_1 \amp \amp \amp {}+{} \amp x_3 \amp {}={} \amp 0 \\ \amp \amp x_2 \amp {}-{} \amp 2x_3 \amp {}={} \amp 5. \\ \end{alignedat} \end{equation*}
Variabel \(x_3\) bebas sehingga kita dapat menuliskan ruang solusi secara parametrik sebagai
\begin{equation*} \begin{aligned} x_1 \amp {}={} -x_3 \\ x_2 \amp {}={} 5+2x_3. \\ \end{aligned} \end{equation*}
Karena semula kita diminta mendeskripsikan solusi-solusi persamaan \(A\xvec = \bvec\text{,}\) kita akan menyatakan solusi-solusi tersebut dalam bentuk vektor \(\xvec\text{:}\)
\begin{equation*} \xvec =\left[ \begin{array}{r} x_1 \\ x_2 \\ x_3 \end{array} \right] = \left[ \begin{array}{r} -x_3 \\ 5 + 2x_3 \\ x_3 \end{array} \right] =\left[\begin{array}{r}0\\5\\0\end{array}\right] +x_3\left[\begin{array}{r}-1\\2\\1\end{array}\right] \end{equation*}
Seperti sebelumnya, kita menyebut ini deskripsi parametrik dari ruang solusi.
Hal ini menunjukkan bahwa solusi-solusi \(\xvec\) dapat dituliskan dalam bentuk \(\vvec + x_3\wvec\text{,}\) untuk vektor-vektor \(\vvec\) dan \(\wvec\) yang sesuai. Secara geometris, ruang solusi merupakan garis dalam \(\real^3\) yang melalui \(\vvec\) dan sejajar dengan \(\wvec\text{.}\)

Kegiatan 2.2.4. Persamaan \(A\xvec = \bvec\).

  1. Perhatikan sistem linear
    \begin{equation*} \begin{alignedat}{4} 2x \amp {}+{} \amp y \amp {}-{} \amp 3z \amp {}={} \amp 4 \\ -x \amp {}+{} \amp 2y \amp {}+{} \amp z \amp {}={} \amp 3 \\ 3x \amp {}-{} \amp y \amp \amp \amp {}={} \amp -4. \\ \end{alignedat} \end{equation*}
    Tentukan matriks \(A\) dan vektor \(\bvec\) untuk menyatakan sistem ini dalam bentuk \(A\xvec = \bvec\text{.}\)
  2. Jika \(A\) dan \(\bvec\) diberikan seperti di bawah ini, tuliskan sistem linear yang bersesuaian dengan persamaan \(A\xvec=\bvec\) dan deskripsikan ruang solusinya dengan menggunakan deskripsi parametrik jika sesuai:
    \begin{equation*} A = \left[\begin{array}{rrr} 3 \amp -1 \amp 0 \\ -2 \amp 0 \amp 6 \end{array} \right],~~~ \bvec = \left[\begin{array}{r} -6 \\ 2 \end{array} \right]\text{.} \end{equation*}
  3. Deskripsikan ruang solusi persamaan
    \begin{equation*} \left[ \begin{array}{rrrr} 1 \amp 2 \amp 0 \amp -1 \\ 2 \amp 4 \amp -3 \amp -2 \\ -1 \amp -2 \amp 6 \amp 1 \\ \end{array} \right] \xvec = \left[\begin{array}{r} -1 \\ 1 \\ 5 \end{array} \right]\text{.} \end{equation*}
  4. Misalkan \(A\) adalah matriks \(m\times n\text{.}\) Apa yang dapat Anda pastikan mengenai ruang solusi persamaan \(A\xvec = \zerovec\text{?}\)

Subbagian 2.2.4 Hasil kali matriks-matriks

Dalam bagian ini, kita telah mengembangkan beberapa operasi aljabar pada matriks dengan tujuan menyederhanakan deskripsi sistem linear. Sekarang kita memperkenalkan operasi terakhir, yaitu hasil kali dua matriks, yang akan menjadi penting ketika kita mempelajari transformasi linear dalam Subbab 2.5.

Definisi 2.2.6. Perkalian matriks-matriks.

Untuk matriks \(A\) dan \(B\text{,}\) kita membentuk hasil kalinya \(AB\) dengan terlebih dahulu menuliskan \(B\) berdasarkan kolom-kolomnya
\begin{equation*} B = \left[\begin{array}{rrrr} \vvec_1 \amp \vvec_2 \amp \cdots \amp \vvec_p \end{array}\right] \end{equation*}
lalu mendefinisikan
\begin{equation*} AB = \left[\begin{array}{rrrr} A\vvec_1 \amp A\vvec_2 \amp \cdots \amp A\vvec_p \end{array}\right]. \end{equation*}

Contoh 2.2.7.

Untuk matriks-matriks
\begin{equation*} A = \left[\begin{array}{rr} 4 \amp 2 \\ 0 \amp 1 \\ -3 \amp 4 \\ 2 \amp 0 \\ \end{array}\right],~~~ B = \left[\begin{array}{rrr} -2 \amp 3 \amp 0 \\ 1 \amp 2 \amp -2 \\ \end{array}\right]\text{,} \end{equation*}
kita memperoleh
\begin{equation*} AB = \left[\begin{array}{rrr} A \twovec{-2}{1} \amp A \twovec{3}{2} \amp A \twovec{0}{-2} \end{array}\right] = \left[\begin{array}{rrr} -6 \amp 16 \amp -4 \\ 1 \amp 2 \amp -2 \\ 10 \amp -1 \amp -8 \\ -4 \amp 6 \amp 0 \end{array}\right]\text{.} \end{equation*}

Pengamatan 2.2.8.

Penting untuk diperhatikan bahwa kita hanya dapat mengalikan matriks jika ukuran matriks-matriks tersebut kompatibel. Lebih tepatnya, ketika membentuk hasil kali \(AB\text{,}\) matriks \(A\) mengalikan kolom-kolom \(B\text{.}\) Oleh karena itu, banyaknya kolom \(A\) harus sama dengan banyaknya baris \(B\text{.}\) Ketika syarat ini terpenuhi, banyaknya baris \(AB\) sama dengan banyaknya baris \(A\text{,}\) dan banyaknya kolom \(AB\) sama dengan banyaknya kolom \(B\text{.}\)

Kegiatan 2.2.5.

Perhatikan matriks-matriks
\begin{equation*} A = \left[\begin{array}{rrr} 1 \amp 3 \amp 2 \\ -3 \amp 4 \amp -1 \\ \end{array}\right],~~~ B = \left[\begin{array}{rr} 3 \amp 0 \\ 1 \amp 2 \\ -2 \amp -1 \\ \end{array}\right]\text{.} \end{equation*}
  1. Sebelum menghitung, jelaskan terlebih dahulu mengapa ukuran \(A\) dan \(B\) memungkinkan kita membentuk hasil kali \(AB\text{.}\) Kemudian deskripsikan ukuran \(AB\text{.}\)
  2. Hitunglah hasil kali \(AB\text{.}\)
  3. Sage dapat mengalikan matriks dengan menggunakan operator *. Definisikan matriks \(A\) dan \(B\) dalam sel Sage di bawah ini, lalu periksa pekerjaan Anda dengan menghitung \(AB\text{.}\)
  4. Apakah kita dapat membentuk hasil kali matriks \(BA\text{?}\) Jika dapat, gunakan sel Sage di atas untuk menentukan \(BA\text{.}\) Apakah \(AB = BA\) berlaku secara umum?
  5. Misalkan kita membentuk tiga matriks berikut.
    \begin{equation*} A = \left[\begin{array}{rr} 1 \amp 2 \\ 3 \amp -2 \\ \end{array}\right], B = \left[\begin{array}{rr} 0 \amp 4 \\ 2 \amp -1 \\ \end{array}\right], C = \left[\begin{array}{rr} -1 \amp 3 \\ 4 \amp 3 \\ \end{array}\right]\text{.} \end{equation*}
    Bandingkan apa yang terjadi ketika Anda menghitung \(A(B+C)\) dan \(AB + AC\text{.}\) Nyatakan temuan Anda sebagai suatu prinsip umum.
  6. Bandingkan hasil penghitungan \(A(BC)\) dan \((AB)C\text{,}\) lalu nyatakan temuan Anda sebagai suatu prinsip umum.
  7. Ketika bekerja dengan bilangan real, kita mengetahui bahwa jika \(a\neq 0\) dan \(ab = ac\text{,}\) maka \(b=c\text{.}\) Definisikan matriks-matriks
    \begin{equation*} A = \left[\begin{array}{rr} 1 \amp 2 \\ -2 \amp -4 \\ \end{array}\right], B = \left[\begin{array}{rr} 3 \amp 0 \\ 1 \amp 3 \\ \end{array}\right], C = \left[\begin{array}{rr} 1 \amp 2 \\ 2 \amp 2 \\ \end{array}\right] \end{equation*}
    lalu hitunglah \(AB\) dan \(AC\text{.}\)
    Jika \(AB = AC\text{,}\) apakah \(B = C\) harus berlaku?
  8. Sekali lagi, untuk bilangan real, kita mengetahui bahwa jika \(ab = 0\text{,}\) maka \(a = 0\) atau \(b=0\text{.}\) Definisikan
    \begin{equation*} A = \left[\begin{array}{rr} 1 \amp 2 \\ -2 \amp -4 \\ \end{array}\right], B = \left[\begin{array}{rr} 2 \amp -4 \\ -1 \amp 2 \\ \end{array}\right] \end{equation*}
    lalu hitunglah \(AB\text{.}\)
    Jika \(AB = 0\text{,}\) apakah harus berlaku bahwa \(A=0\) atau \(B=0\text{?}\)
Aktivitas ini memperlihatkan beberapa sifat umum hasil kali matriks, yang mencerminkan beberapa sifat operasi pada bilangan real.

Sifat-sifat perkalian matriks-matriks.

Jika \(A\text{,}\) \(B\text{,}\) dan \(C\) adalah matriks-matriks sedemikian sehingga operasi-operasi berikut terdefinisi, maka berlaku
Asosiativitas:
\(A(BC) = (AB)C\text{.}\)
Distributivitas:
\(A(B+C) = AB+AC\text{.}\)
\((A+B)C = AC+BC\text{.}\)
Pada saat yang sama, terdapat beberapa sifat yang berlaku bagi bilangan real tetapi tidak berlaku bagi matriks.

Perhatian.

Sifat-sifat berikut berlaku bagi bilangan real, tetapi tidak bagi matriks.
Komutativitas:
Secara umum, tidak berlaku bahwa \(AB = BA\text{.}\)
Pembatalan:
Secara umum, tidak berlaku bahwa \(AB = AC\) mengakibatkan \(B = C\text{.}\)
Pembagi nol:
Secara umum, tidak berlaku bahwa \(AB = 0\) mengakibatkan \(A=0\) atau \(B=0\text{.}\)

Subbagian 2.2.5 Ringkasan

Dalam bagian ini, kita telah menemukan cara yang sangat sederhana untuk menyatakan sistem linear dengan menggunakan perkalian matriks.
  • Jika \(A\) adalah matriks \(m\times n\) dan \(\xvec\) adalah vektor berdimensi \(n\text{,}\) maka \(A\xvec\) merupakan kombinasi linear dari kolom-kolom \(A\) dengan menggunakan komponen-komponen \(\xvec\) sebagai bobot. Vektor \(A\xvec\) berdimensi \(m\text{.}\)
  • Ruang solusi persamaan \(A\xvec = \bvec\) sama dengan ruang solusi sistem linear yang bersesuaian dengan matriks diperbesar \(\left[ \begin{array}{r|r} A \amp \bvec \end{array}\right]\text{.}\)
  • Jika \(A\) adalah matriks \(m\times n\) dan \(B\) adalah matriks \(n\times p\text{,}\) kita dapat membentuk hasil kali \(AB\text{,}\) yaitu matriks \(m\times p\) yang kolom-kolomnya merupakan hasil kali \(A\) dengan kolom-kolom \(B\text{.}\)

Latihan 2.2.6 Latihan

1.

Perhatikan sistem persamaan linear
\begin{equation*} \begin{alignedat}{4} x \amp {}+{} \amp 2y \amp {}-{} \amp z \amp {}={} \amp 1 \\ 3x \amp {}+{} \amp 2y \amp {}+{} \amp 2z \amp {}={} \amp 7 \\ -x \amp \amp \amp {}+{} \amp 4z \amp {}={} \amp -3 \\ \end{alignedat}\text{.} \end{equation*}
  1. Tentukan matriks \(A\) dan vektor \(\bvec\) yang menyatakan sistem linear ini dalam bentuk \(A\xvec=\bvec\text{.}\)
  2. Berikan deskripsi ruang solusi persamaan \(A\xvec = \bvec\text{.}\)

2.

Misalkan \(A\) adalah matriks \(135\times2201\text{,}\) dan \(\xvec\) adalah sebuah vektor. Jika \(A\xvec\) terdefinisi, berapakah dimensi \(\xvec\text{?}\) Berapakah dimensi \(A\xvec\text{?}\)

3.

Misalkan \(A \) adalah matriks \(3\times2\) yang kolom-kolomnya adalah \(\vvec_1\) dan \(\vvec_2\text{;}\) yaitu,
\begin{equation*} A = \left[\begin{array}{rr} \vvec_1 \amp \vvec_2 \end{array} \right]\text{.} \end{equation*}
  1. Berapakah dimensi vektor \(\vvec_1\) dan \(\vvec_2\text{?}\)
  2. Nyatakan hasil kali \(A\twovec{1}{0}\) sebagai kombinasi linear dari \(\vvec_1\) dan \(\vvec_2\text{.}\) Berapakah hasil kali \(A\twovec{0}{1}\text{?}\) Berapakah hasil kali \(A\twovec{2}{3}\text{?}\)
  3. Jika diketahui bahwa
    \begin{equation*} A\twovec{1}{0} = \threevec{3}{-2}{1},~~~ A\twovec{0}{1} = \threevec{0}{3}{2}, \end{equation*}
    tentukan matriks \(A\text{.}\)

4.

Misalkan matriks \(A = \left[\begin{array}{rr} \vvec_1 \amp \vvec_2 \end{array}\right]\) dengan \(\vvec_1\) dan \(\vvec_2\) ditampilkan pada Gambar 2.2.9.
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
Dua vektor \(\vvec_1\) dan \(\vvec_2\) yang membentuk kolom-kolom matriks \(A\text{,}\) beserta kisi yang merepresentasikan kombinasi linearnya dan sebuah vektor ketiga \(\bvec\text{.}\)
Gambar 2.2.9. Dua vektor \(\vvec_1\) dan \(\vvec_2\) yang membentuk kolom-kolom matriks \(A\text{.}\)
  1. Berapakah ukuran matriks \(A\text{?}\)
  2. Pada Gambar 2.2.9, tunjukkan vektor-vektor
    \begin{equation*} A\twovec{1}{0}, ~~~A\twovec{2}{3}, ~~~A\twovec{0}{-3}\text{.} \end{equation*}
  3. Tentukan semua vektor \(\xvec\) sedemikian sehingga \(A\xvec=\bvec\text{.}\)
  4. Tentukan semua vektor \(\xvec\) sedemikian sehingga \(A\xvec = \zerovec\text{.}\)

5.

Misalkan
\begin{equation*} A=\left[\begin{array}{rrr} 1 \amp 0 \amp 2 \\ 2 \amp 2 \amp 2 \\ -1 \amp -3 \amp 1 \end{array}\right]\text{.} \end{equation*}
  1. Deskripsikan ruang solusi persamaan \(A\xvec = \zerovec\text{.}\)
  2. Tentukan matriks \(3\times2\) \(B\) yang tidak memiliki entri nol sedemikian sehingga \(AB = 0\text{.}\)

6.

Perhatikan matriks
\begin{equation*} A=\left[\begin{array}{rrrr} 1 \amp 2 \amp -4 \amp -4 \\ 2 \amp 3 \amp 0 \amp 1 \\ 1 \amp 0 \amp 4 \amp 6 \\ \end{array}\right]\text{.} \end{equation*}
  1. Tentukan hasil kali \(A\xvec\) dengan
    \begin{equation*} \xvec = \fourvec{1}{-2}{0}{2}\text{.} \end{equation*}
  2. Berikan deskripsi vektor-vektor \(\xvec\) sedemikian sehingga
    \begin{equation*} A\xvec = \threevec{-1}{15}{17}\text{.} \end{equation*}
  3. Tentukan bentuk eselon baris tereduksi dari \(A\) dan identifikasi posisi-posisi pivotnya.
  4. Dapatkah Anda menentukan vektor \(\bvec\) sedemikian sehingga \(A\xvec=\bvec\) tidak konsisten?
  5. Untuk sembarang vektor berdimensi tiga \(\bvec\text{,}\) apa yang dapat Anda katakan tentang ruang solusi persamaan \(A\xvec = \bvec\text{?}\)

7.

Operasi-operasi yang kita lakukan dalam eliminasi Gauss dapat dilaksanakan dengan menggunakan perkalian matriks. Pengamatan ini menjadi dasar suatu teknik penting yang akan kita pelajari dalam bab berikutnya.
Mari kita perhatikan matriks
\begin{equation*} A = \left[\begin{array}{rrr} 1 \amp 2 \amp -1 \\ 2 \amp 0 \amp 2 \\ -3 \amp 2 \amp 3 \\ \end{array}\right]\text{.} \end{equation*}
  1. Misalkan
    \begin{equation*} S = \left[\begin{array}{rrr} 1 \amp 0 \amp 0 \\ 0 \amp 7 \amp 0 \\ 0 \amp 0 \amp 1 \\ \end{array}\right]\text{.} \end{equation*}
    Verifikasi bahwa \(SA\) adalah matriks yang dihasilkan ketika baris kedua \(A\) diskalakan dengan faktor 7. Matriks \(S\) manakah yang akan menskalakan baris ketiga dengan faktor -3?
  2. Misalkan
    \begin{equation*} P = \left[\begin{array}{rrr} 0 \amp 1 \amp 0 \\ 1 \amp 0 \amp 0 \\ 0 \amp 0 \amp 1 \\ \end{array}\right]\text{.} \end{equation*}
    Verifikasi bahwa \(PA\) adalah matriks yang dihasilkan dengan mempertukarkan baris pertama dan kedua. Matriks \(P\) manakah yang akan mempertukarkan baris pertama dan ketiga?
  3. Misalkan
    \begin{equation*} L_1 = \left[\begin{array}{rrr} 1 \amp 0 \amp 0 \\ -2 \amp 1 \amp 0 \\ 0 \amp 0 \amp 1 \\ \end{array}\right]\text{.} \end{equation*}
    Verifikasi bahwa \(L_1A\) adalah matriks yang dihasilkan dengan mengalikan baris pertama \(A\) dengan \(-2\) dan menambahkannya ke baris kedua. Matriks \(L_2\) manakah yang akan mengalikan baris pertama dengan 3 dan menambahkannya ke baris ketiga?
  4. Ketika melakukan eliminasi Gauss, tujuan pertama kita adalah melakukan operasi baris yang membawa matriks ke bentuk segitiga. Untuk matriks \(A\text{,}\) tentukan operasi-operasi baris yang diperlukan untuk memperoleh matriks ekuivalen baris \(U\) dalam bentuk segitiga. Dengan menyatakan operasi-operasi baris ini dalam perkalian matriks, tentukan matriks \(L\) sedemikian sehingga \(LA = U\text{.}\)

8.

Dalam latihan ini, Anda akan membentuk invers suatu matriks, topik yang akan kita pelajari lebih mendalam dalam bab berikutnya. Misalkan \(A\) adalah matriks \(2\times2\text{:}\)
\begin{equation*} A = \left[\begin{array}{rr} 3 \amp -2 \\ -2 \amp 1 \\ \end{array}\right]\text{.} \end{equation*}
  1. Tentukan vektor \(\bvec_1\) dan \(\bvec_2\) sedemikian sehingga matriks \(B=\left[\begin{array}{rr} \bvec_1 \amp \bvec_2 \end{array}\right]\) memenuhi
    \begin{equation*} AB = I = \left[\begin{array}{rr} 1 \amp 0 \\ 0 \amp 1 \\ \end{array}\right]\text{.} \end{equation*}
  2. Secara umum, \(AB = BA\) tidak selalu berlaku. Namun, periksalah bahwa kesamaan tersebut berlaku untuk \(A\) dan \(B\) tertentu yang muncul dalam soal ini.
  3. Misalkan \(\xvec = \twovec{x_1}{x_2}\text{.}\) Apa yang Anda peroleh ketika menghitung \(I\xvec\text{?}\)
  4. Misalkan kita ingin menyelesaikan persamaan \(A\xvec = \bvec\text{.}\) Kita sudah mengetahui cara menyelesaikannya dengan eliminasi Gauss; sekarang mari gunakan matriks \(B\) untuk menemukan cara lain:
    \begin{equation*} \begin{aligned} A\xvec \amp {}={} \bvec \\ B(A\xvec) \amp {}={} B\bvec \\ (BA)\xvec \amp {}={} B\bvec \\ I\xvec \amp {}={} B\bvec \\ \xvec \amp {}={} B\bvec \\ \end{aligned}\text{.} \end{equation*}
    Dengan kata lain, solusi persamaan \(A\xvec=\bvec\) adalah \(\xvec = B\bvec\text{.}\)
    Perhatikan persamaan \(A\xvec = \twovec{5}{-2}\text{.}\) Tentukan solusinya dengan dua cara berbeda, pertama menggunakan eliminasi Gauss dan kemudian dengan menggunakan \(\xvec = B\bvec\text{,}\) lalu verifikasi bahwa kedua cara tersebut memberikan hasil yang sama.

9.

Tentukan apakah pernyataan-pernyataan berikut benar atau salah, dan berikan alasan untuk jawaban Anda.
  1. Jika \(A\xvec\) terdefinisi, maka jumlah komponen \(\xvec\) sama dengan jumlah baris \(A\text{.}\)
  2. Ruang solusi persamaan \(A\xvec = \bvec\) ekuivalen dengan ruang solusi sistem linear yang matriks diperbesarnya adalah \(\left[\begin{array}{r|r} A \amp \bvec \end{array}\right]\text{.}\)
  3. Jika suatu sistem persamaan linear memiliki 8 persamaan dan 5 peubah tak diketahui, maka ukuran matriks \(A\) dalam persamaan \(A\xvec = \bvec\) yang bersesuaian adalah \(5\times8\text{.}\)
  4. Jika \(A\) memiliki posisi pivot pada setiap baris, maka setiap persamaan \(A\xvec = \bvec\) konsisten.
  5. Jika \(A\) adalah matriks \(9\times5\text{,}\) maka \(A\xvec=\bvec\) tidak konsisten untuk beberapa vektor \(\bvec\text{.}\)

10.

Misalkan \(A\) adalah matriks \(4\times4\) dan persamaan \(A\xvec = \bvec\) memiliki solusi tunggal untuk suatu vektor \(\bvec\text{.}\)
  1. Apa yang dapat disimpulkan tentang posisi-posisi pivot matriks \(A\text{?}\) Tuliskan bentuk eselon baris tereduksi dari \(A\text{.}\)
  2. Dapatkah Anda menentukan vektor lain \(\cvec\) sedemikian sehingga \(A\xvec = \cvec\) tidak konsisten?
  3. Apa yang dapat Anda katakan tentang ruang solusi persamaan \(A\xvec = \zerovec\text{?}\)
  4. Misalkan \(A=\left[\begin{array}{rrrr} \vvec_1 \amp \vvec_2 \amp \vvec_3 \amp \vvec_4 \end{array}\right]\text{.}\) Jelaskan mengapa setiap vektor berdimensi empat dapat ditulis sebagai kombinasi linear dari vektor-vektor \(\vvec_1\text{,}\) \(\vvec_2\text{,}\) \(\vvec_3\text{,}\) dan \(\vvec_4\) dengan tepat satu cara.

11.

Definisikan matriks
\begin{equation*} A = \left[\begin{array}{rrr} 1 \amp 2 \amp 4 \\ -2 \amp 1 \amp -3 \\ 3 \amp 1 \amp 7 \\ \end{array}\right]\text{.} \end{equation*}
  1. Deskripsikan ruang solusi persamaan homogen \(A\xvec = \zerovec\) dengan deskripsi parametrik, jika sesuai. Secara geometris, apa yang direpresentasikan oleh ruang solusi ini?
  2. Deskripsikan ruang solusi persamaan \(A\xvec=\bvec\) dengan \(\bvec = \threevec{-3}{-4}{1}\text{.}\) Secara geometris, apa yang direpresentasikan oleh ruang solusi ini dan bagaimana perbandingannya dengan ruang solusi sebelumnya?
  3. Sekarang kita akan menjelaskan hubungan antara dua ruang solusi sebelumnya. Misalkan \(\xvec_h\) adalah solusi persamaan homogen; yaitu \(A\xvec_h=\zerovec\text{.}\) Misalkan pula \(\xvec_p\) adalah solusi persamaan \(A\xvec = \bvec\text{;}\) yaitu, \(A\xvec_p=\bvec\text{.}\)
    Gunakan Prinsip Linearitas yang dinyatakan dalam Proposisi 2.2.3 untuk menjelaskan mengapa \(\xvec_h+\xvec_p\) merupakan solusi persamaan \(A\xvec = \bvec\text{.}\) Anda dapat melakukannya dengan menghitung \(A(\xvec_h+\xvec_p)\text{.}\)
    Artinya, jika kita menemukan satu solusi \(\xvec_p\) untuk persamaan \(A\xvec = \bvec\text{,}\) kita dapat menjumlahkan sembarang solusi persamaan homogen dengan \(\xvec_p\) dan tetap memperoleh solusi persamaan \(A\xvec = \bvec\text{.}\) Dengan kata lain, ruang solusi persamaan \(A\xvec = \bvec\) diperoleh dengan mentranslasikan ruang solusi persamaan homogen dengan vektor \(\xvec_p\text{.}\)

12.

Misalkan sebuah kota memulai program berbagi sepeda dengan sepeda-sepeda yang ditempatkan di lokasi \(B\) dan \(C\text{.}\) Sepeda yang disewa di satu lokasi dapat dikembalikan ke salah satu lokasi tersebut pada akhir hari. Seiring waktu, kota itu mendapati bahwa 80% sepeda yang disewa di lokasi \(B\) dikembalikan ke \(B\text{,}\) sedangkan 20% lainnya dikembalikan ke \(C\text{.}\) Demikian pula, 50% sepeda yang disewa di lokasi \(C\) dikembalikan ke \(B\) dan 50% ke \(C\text{.}\)
Untuk mencatat jumlah sepeda, kita membentuk vektor
\begin{equation*} \xvec_k = \twovec{B_k}{C_k} \end{equation*}
dengan \(B_k\) menyatakan jumlah sepeda di lokasi \(B\) pada awal hari ke-\(k\) dan \(C_k\) menyatakan jumlah sepeda di \(C\text{.}\) Informasi di atas memberi tahu kita cara menentukan distribusi sepeda pada hari berikutnya:
\begin{equation*} \begin{alignedat}{3} B_{k+1} \amp {}={} 0.8B_k \amp {}+{} \amp 0.5 C_k \\ C_{k+1} \amp {}={} 0.2B_k \amp {}+{} \amp 0.5 C_k. \\ \end{alignedat} \end{equation*}
Dalam bentuk matriks-vektor, ungkapan-ungkapan ini menghasilkan
\begin{equation*} \xvec_{k+1} = A\xvec_k \end{equation*}
dengan
\begin{equation*} A = \left[\begin{array}{rr} 0.8 \amp 0.5 \\ 0.2 \amp 0.5 \\ \end{array}\right]\text{.} \end{equation*}
  1. Mari kita periksa apakah model ini masuk akal.
    1. Misalkan terdapat 1000 sepeda di lokasi \(B\) dan tidak ada sepeda di \(C\) pada hari pertama. Ini berarti \(\xvec_1 = \twovec{1000}{0}\text{.}\) Tentukan jumlah sepeda di kedua lokasi pada hari kedua dengan menghitung \(\xvec_2 = A\xvec_1\text{.}\)
    2. Misalkan terdapat 1000 sepeda di lokasi \(C\) dan tidak ada sepeda di \(B\) pada hari pertama. Bentuklah vektor \(\xvec_1\) dan tentukan jumlah sepeda di kedua lokasi pada hari berikutnya dengan menentukan \(\xvec_2 = A\xvec_1\text{.}\)
  2. Misalkan pada suatu hari terdapat 1050 sepeda di lokasi \(B\) dan 450 sepeda di lokasi \(C\text{.}\) Berapa banyak sepeda yang terdapat di setiap lokasi pada hari sebelumnya?
  3. Misalkan terdapat 500 sepeda di lokasi \(B\) dan 500 sepeda di lokasi \(C\) pada hari Senin. Berapa banyak sepeda yang terdapat di kedua lokasi pada hari Selasa? Pada hari Rabu? Pada hari Kamis?

13.

Soal ini merupakan lanjutan dari soal sebelumnya.
  1. Definisikan vektor-vektor
    \begin{equation*} \vvec_1 = \twovec{5}{2}, ~~~ \vvec_2 = \twovec{-1}{1}\text{.} \end{equation*}
    Tunjukkan bahwa
    \begin{equation*} A\vvec_1 = \vvec_1, ~~~A\vvec_2 = 0.3\vvec_2\text{.} \end{equation*}
  2. Misalkan \(\xvec_1 = c_1 \vvec_1 + c_2 \vvec_2\) dengan \(c_1\) dan \(c_2\) skalar. Gunakan Prinsip Linearitas yang dinyatakan dalam Proposisi 2.2.3 untuk menjelaskan mengapa
    \begin{equation*} \xvec_{2} = A\xvec_1 = c_1\vvec_1 + 0.3c_2\vvec_2\text{.} \end{equation*}
  3. Dengan melanjutkan cara ini, jelaskan mengapa
    \begin{equation*} \begin{aligned} \xvec_{3} = A\xvec_2 \amp {}={} c_1\vvec_1 +0.3^2c_2\vvec_2 \\ \xvec_{4} = A\xvec_3 \amp {}={} c_1\vvec_1 +0.3^3c_2\vvec_2 \\ \xvec_{5} = A\xvec_4 \amp {}={} c_1\vvec_1 +0.3^4c_2\vvec_2 \\ \end{aligned}\text{.} \end{equation*}
  4. Misalkan pada awalnya terdapat 500 sepeda di lokasi \(B\) dan 500 sepeda di lokasi \(C\text{.}\) Tuliskan vektor \(\xvec_1\) dan tentukan skalar \(c_1\) dan \(c_2\) sedemikian sehingga \(\xvec_1=c_1\vvec_1 + c_2\vvec_2\text{.}\)
  5. Gunakan bagian sebelumnya dari soal ini untuk menentukan \(\xvec_2\text{,}\) \(\xvec_3\text{,}\) dan \(\xvec_4\text{.}\)
  6. Setelah waktu yang sangat lama, bagaimana seluruh sepeda terdistribusi?