Matematika Diskrit Nurin Hidayatullah docx

NAMA

: NURIN HIDAYATULLAH

NIM

: F04112071

20. Tentukan banyaknya “solusi bulat” dari setiap persamaan berikut

∀ i ∈ {1,2,3,4 }

(a). X1+X2+X3+X4=80, 1≤Xi ≤30,

Dari persamaan dapat dibentuk fungsi pembangkit
P(X) =

4

( x+ x2 + x 3 +…+ x 30 )
4


2

29 4

3

=

x ( 1+ x+ x + x + …+ x )

=

x4

=

x 4 ( 1−x 30 ) ( 1−x )−4

=


x . ∑ (−1 )

(

1−x 30
1−x

4

)
4

4

4

s

s=0


=

4

( 4s ) x

30 s

.∑
r =0

()

x
( r +4−1
r )

r


( )

s
x . ∑ (−1 ) 4 x 30 s . ∑ r +3 x r
s
r
s=0
r =0
4

Kita tertarik dengan koefisien

x

80

dalam P(X). Untuk itu cari s dan r sehingga:

4+30s+r=80
Solusi bulat dari persamaan ini adalah:

a). s=0 dan r=76
b). s=1 dan r=46
c). s=2 dan r=16
Sehingga, banyaknya cara yang dimaksud = koefisien
P(X) =

=

+ (−1 ) ( 4 )( 46+3 ) + (−1 ) ( 4 )( 16+3 )
( 40)(76+3
76 )
1
46
2 16
1

( 40)(7976)−(41 )(4946)+(42 )(1916)

2


x

80

dalam

= (1)(79079)-(4)(18424)+(6)(969)
= 79079-73696-5814
=11197 cara
(b).

X 1 + X 2 + X 3=50, X i ≥ 3, ∀ i ∈{1,2,3 }
Dari persamaan dapat dibentuk fungsi pembangkit :

P(X) =

( x 3+ x 4 + x5 + … )

3


=

x 9 ( 1+ x + x 2+ x3 +… )

=

x

=

x 9 ∑ r +3−1 x r
r
r=0

=

x

9


3

1
1−x

( )

(

9

3

)

r
x
∑ (r +2
)
r

r=0

=

x r +9
∑ (r +2
)
r
r =0

Banyaknya cara yang dimaksud = koefisien

x

k

Untuk mencari nilai r:
Kita ketahui dari soal,
Koefisien dari


x

50

maka k=50

x k dengan k=r+9

Maka dapat kita dapatkan nilai r, k =r+9
50 =r+9
r =50-9
r =41
Jadi banyaknya solusi bulat yang dimaksud yaitu:

( 41+2
41 )

=

(4341)


dalam P(X)

=

43 !
41! ( 43−41 ) !

=

43 !
41! .2 !

=903 cara
(c).

X 1 + X 2 + X 3+ …+ X n =k, X i ≥ 0 , 1≤ i≤ n ; k

bulat

Dari persamaan dapat dibentuk fungsi pembangkit:

( 1+ x+ x2 + x 3 +… )

P(X) =

1
1−x

n

n

=

( )

=

xr
∑ (r +n−1
)
r
r =0

Banyaknya cara yang dimaksud = koefisien

x

k

dalam P(X)

Dapat disimpulkan bahwa :
K=r
Maka ,

xk
∑ (k + n−1
)
k
r =0

Banyaknya solusi bulat yang dimaksud yaitu

(k + n−1
k )

=

=

( k + n−1 ) !
k ! ( k +n−1−k ) !

( k +n−1 ) !
k ! ( n−1 ) !

21. Sebuah kata sandi yang panjangnya k dibentuk dengan menggunakan huruf-huruf a,b,dan c
sedemikian hingga memuat paling sedikit satu a, satu b, dan satu c
Dari pernyataan diatas dapat dibuat fungsi pembangkit :
Misalkan banyaknya

a=n1, b=n2 , dan c=n3 dengan panjang k

P(X) =

(

ax +

a2 x2 a3 x 3
an x n
+
+ …+
2!
3!
n1 !
1

1

)(

bx+

b 2 x 2 b3 x3
bn x n
+
+…+
2!
3!
n2 !
2

2

)(

cx +

c2 x2 c3 x3
cn xn
+
+ …+
2!
3!
n3 !
3

3

)

=(
n3

n3

n3

2 2 5
a c2 x3
ac x
a b2 c x
2
4 ab c x
ac x +
+ …+
+ab c x +
+ …+
2!
3!
2!
n3!
2

n3+3

n2

ab c x
+…+
n2 !

n2 +1

n2

n2 +2

Karena yang dicari dengan panjang k dengan k= n1 +n2 +n 3

xk
dalam P(X) menyatakan banyaknya kata sandi dengan panjang k
k!

Maka, koefisien

n1

Karena barisan yang memenuhi nilai k adalah

( n1 +n 2+ n3 ) !

Sama halnya dengan =

(

n1

n2

n2 n3

n1+n2+n3

a b c x
n1 ! n2 ! n3 !
n3

)

n1+n2+n3

a b c
x
n1 ! n2 ! n 3 ! ( n 1+n 2+ n3 ) !

Jadi, banyaknya cara membentuk kata sandi (permutasi) dengan panjang k adalah koefisien dari

xk
k!

(

an bn c n
1

2

3

( n1 +n 2+ n3 ) ! n ! n ! n !
1
2
3

Yaitu

)

*Karena pertanyaan pada soal membingungkan saya bersangkutan paling sedikit satu a, satu b, dan satu
c. Dari pertanyaan tersebut saya dapat menarik 2 kesimpulan
1. Dengan paling sedikit satu a, paling sedikit satu b, paling sedikit satu c
2. Dengan paling sedikit satu a, hanya satu b, dan hanya satu c
Karena sudah dituliskan penyelesaian dari kesimpulan 1 dengan banyaknya cara membentuk kata sandi =

( n1 +n 2+ n3 ) !

(

an bn c n
n1 ! n2 ! n 3 !
1

2

3

)

Kemudian akan dituliskan penyelesaian untuk kesimpulan 2.
Dengan P(X) yang dapat dibentuk dengan a sebanyak n

a2 x2 a3 x 3
an xn
+
+ …+
( bx ) ( cx )
2!
3!
n!

P(X) =

(

ax +

=

(

abc x3 +

)

a2 bc x 4 a3 bc x 5
an bc x n+1+1
+
+ …+
2!
3!
n!

)

n2

n3

n2+ n

a b c2 x
ab c x
+
+ …+
n2 ! n2 !
n2 ! n3 !

3

+…

Karena a sebanyak n, maka dapat disimpulkan nilai k=n+2, karena huruf b dan c masing-masing
menempati 1 tempat pada kata sandi.
Karena panjang k dengan k=n+2

xk
k!

Adalah

Sama halnya dengan

( n+2 ) !

Maka, koefisien

an bc x n+2
n!
n

n+2

( )

a bc x
n ! ( n+ 2 ) !

Jadi banyaknya cara membentuk kata sandi (permutasi) dengan panjang k adalah koefisien dari
k

x
k!

n

Yaitu

( n+2 ) !

( )
a bc
n!

23. Tentukan banyaknya barisan ternair n-angka yang memuat
(a). Angka “0” sebanyak ganjil dan “1” sebanyak genap

Fungsi pembangkit dari persamaan ini adalah

(

P ( x )= x +

x 3 x5
x2 x 4
x 2 x 3 x 4 x5
+ + … 1+ + + … 1+ + + + …
3! 5!
2! 4!
2! 3! 4! 5!
x

−x

x

−x

(
e +e
¿(
2
¿

¿

e +e
2

x

−x

)

x

2x

( e x + e−x )( e2 x −1 )
4
3x

(
e
= (
¿

)(
)(
)( e −e2 ) e
)( e 2−1 )
x

−x

−x

e +e −e −e
4
3x

−e−x
4

)

)

1
¿ ( e 3 x −e−x )
4
( 3 x )n 1
(−x )n
1
¿ ∑
− ∑
4 n=0 n!
4 n=0 n!
Banyaknya barisan yang dimaksud = koefisien dari

xn
n!

dalam

1 n 1
n
P(x) ¿ 3 − (−1 )
4
4
(b) Angka “0” dan “1” masing-masing sebanyak bilangan genap dan “2” sebanyak ganjil
Fungsi pembangkit dari persamaan ini adalah
2
2
4
3
5
x x
x x
P ( x )= 1+ + + … x+ + +…
2! 4 !
3! 5!

(

)(

−x 2

)

e x +e
e x −e−x
2
2
2x
−2 x
e +e + 2 e x −e− x
¿
4
2
3x
x
−x
−3 x
x
−x
e −e +e −e +2 e −2 e
¿
8
3x
−3 x
x
−x
x
−x
1 ( e −e ) −( e −e )+ ( 2 e −2 e )
¿
4
2
¿

(
(

)(

)

)(

)

(

¿

(

) (

)

) ( )
) (

3x
−3 x
x
−x
x
−x
1 ( e −e ) 1 ( e −e ) 1 ( e −e )

+
4
2
4
2
2
2

¿

1
x3
x5
1
x3 x5
1
x3 x5
3 x +33 +35 +… − x+ + + … + x+ + + …
4
3!
5!
4
3 ! 5!
2
3 ! 5!

(

) (

)

=

(

3 x 3 3 x 3 35 x 5
x 1 x3 1 x5
x 1 x3 1 x 5
+
+
+… − +
+
+… + +
+
+…
4 4 3 ! 4 5!
4 4 3! 4 5!
2 2 3! 2 5!

)(

3

)(

5

3

5

(
)(
)
x 13 x 121 x
x 1 x 1x
= ( +
+
+ …)+ ( +
+
+… )
2 2 3! 2 5!
2 2 3! 2 5!
2 x 14 x 122 x
= ( +
+
+ …)
2 2 3 ! 2 5!
x
x
= ( x +7 +61 +… )
3!
5!

=

2 x 26 x 242 x
x 1 x 1x
+
+
+… + +
+
+…
4 4 3! 4 5!
2 2 3! 2 5!
3

5

3

3

3

5

5

5

0, n= genap
n

Banyaknya barisan yang dimaksud = koefisien

x
n!

dalam P(x)
n

3 +1
, n=ganjil
4
(c) Angka “0”,”1”dan “2” masing masing sebanyak bilangan genap
Fungsi pembangkit persamaan ini adalah
P(X)

=

(

2

1+

4

3

)

x x
+ +…
2! 4 !

)

=
=
=

(

2x

−2 x

x

)(

−x

)

e + e +2 e + e
4
2
3x
x
−x
−3 x
e + e + e + e +2 e x +2 e−x
8
3x
−3 x
x
−x
x
−x
1 ( e +e ) + ( e + e ) + ( 2e +2 e )
4
2

(
((

) (

)

) (

)
) (
)(
)
)

=

3x
−3 x
x
−x
x
−x
1 e +e ) 1 ( e + e ) 1 ( e +e )
+
+
4
2
4
2
2
2

=

1
x2
x4
1
x2 x4
1
x2 x 4
1+32 +3 4 + … + 1+ + + … + 1+ + +…
4
2!
4!
4
2! 4 !
2
2! 4!

(

) (
)
( 14 + 34 2!x + 34 4x ! +…)+( 14 + 14 2x! + 14 4x ! +… + 12 + 12 2x! + 12 4x ! +…)
( 24 + 104 2!x + 824 4x! + …)+( 12 + 12 2!x + 12 4x! + …
( 12 + 52 2!x + 412 4x ! +…)+( 12 + 12 2x! + 12 4x ! +…
(1+ 62 2!x + 422 4x ! +…)
(1+3 2x! +21 4x ! +…)
2

=

2

4

4

2

=

4

2

=

4

2

=

2

=

2

4

2

4

2

4

2

4

4

4

0, n= ganjil
Banyaknya barisan yang dimaksud = koefisien

xn
n!

dalam P(x)
n

3 +3
, n=genap
4

(d) Angka “0”,”1”dan “3” masing-masing sebanyak bilangan ganjil
P(X)

=

=

(

x3 x5
+ +…
3 ! 5!

3

)

e2 x + e−2 x −2 e x −e− x
4
2
3x
x
−x
−3 x
e −e +e −e −2e x +2 e−x
8
3x
−3 x
x
−x
x
−x
1 ( e −e ) −( e −e )−( 2 e −2 e )
4
2

(

=

)(

(
((

=

)

) (

5

2

5

3

=

3

=

)

(
( 24x + 84 3x! + 2424 5x! +… − x2 + 12 3x! + 12 5x! +…
( 2x + 42 2x! + 1212 5x! +… − 2x + 12 3x! + 12 5!x + …
(0+ 32 3x! + 1202 5x! +…
( 32 3!x +60 5x! + …)
3

=

)
) (
)(
)
)

1
x3
x5
1
x3 x5
1
x 3 x5
3 x +33 +35 +… − x+ + + … − x + + +…
4
3!
5!
4
3 ! 5!
2
3! 5 !
3 3
5 5
3
5
3x 3 x 3 x
x 1 x 1 x
x 1 x3 1 x5
+
+
+… − +
+
+… − +
+
+…
4 4 3 ! 4 5!
4 4 3! 4 5!
2 2 3 ! 2 5!

(

=

=

) (
) (
)(
)(
)(
)

)

3x
−3 x
x
−x
x
−x
1 e −e ) 1 ( e −e ) 1 ( e −e )


4
2
4
2
2
2

=

=

x+

5

3

5

3

5

)

5

0, n= genap,1
n

Banyaknya barisan yang dimaksud = koefisien

x
n!

dalam P(x)
3 n−3
,n=ganjil , n>1
4

25. Tentukan banyak cara menempatkan n orang yang berbeda di dalam 100 kamar berbeda
sedemekian hingga
(a) Tidak ada kamar kosong
(b) Tiap kamar berisi paling sedikit satu dan paling banyak dua orang
Penyelesaian :

(a) Karena tidak ada kamar yang kosong, maka fungsi pembangkit dari persoalan tersebut
adalah :
100
x2 x3
P ( x )= x + + + …
2! 3!

(

)

[(

2

3

)

x x
¿ 1+ x+ + +… −1
2! 3 !

100

]

100

¿ ( e x −1 )
k
100
¿ 100 e 100 x − n e 99 x + (−1 ) 100 e x (100−k ) +…+ (−1 ) 100
0
1
k
100
n
x
Untuk 0 ≤ k ≤ n koefisien
dalam e x (n−k ) adalah ( n−k )n
n!
xn
Maka koefisien
dalam P ( x ) adalah
n!
100
k 100
n
¿ ∑ (−1 )
( 100−k )
k
k=0

( )

()

( )

( )

( )

Jadi, banyaknya cara yang dimaksud adalah
100

( )

k
n
¿ ∑ (−1 ) 100 ( 100−k )
k
k=0
(b) Karena tiap kamar berisi paling sedikit satu dan paling banyak 2 orang, maka fungsi
pembangkit adalah :

(

P ( x )= x +

x2
2!

100

)

xn
dari dalam P ( x ) untuk mendapatkan banyaknya cara
n!
penempatan n orang yang berbeda di dalam 100 kamar yang berbeda, sehingga :
Akan dicari koefisien dari

(

P ( x )= x +

x2
2!

100

)

100

[ ( )]

x
¿ x 1+
2!
¿x

100

(

1+



x
2!

100

)

k

( )( )

¿ x100 ∑ 100 x
k 2!
k=0


xk
¿ x100 ∑ 100 k
k 2
k=0

( )( )



¿∑

k=0

( 100k ) 21 x

k+100

k


1
¿ ∑ 100 k 1 x k +100
k 2
k=0

( )

k+100

1 ( k +100 ) !
¿ ∑ 100 k
x
k 2 ( k +100 ) !
k=0

( )


1
x k +100
¿ ∑ 100 k ( k +100 ) !
k 2
( k +100 ) !
k=0

( )


1 ( k +100 ) ! x k+100
¿ ∑ 100 k
k 2
( k +100 ) !
2k
k=0

( )

Banyaknya cara penempatan objek yang berbeda = koefisien
persamaan P(x) yang terakhir diperoleh untuk nilai n dari

xn
n!

dalam P(x). Maka dari

x k +100
( k +100 ) !

Yaitu :

n=k +100 atau k =n−100

Sehingga persamaan P(x) berubah menjadi :


¿



n−100=0


¿



n=100

(

(

n ! xn
100
n−100 2n−100 n !

)

n ! xn
100
n−100 2n−100 n !

)

Jadi, banyaknya cara menempatkan n orang yang berbeda di dalam 100 kamar yang berbeda
adalah:




n=100

100
(n−100
)2n!

n−100