SIFAT-SIFAT SEMIGRUP BEBAS DAN MONOID BEBAS DALAM BENTUK HIMPUNAN WORD

  

Prosiding Semirata FMIPA Universitas Lampung, 2013

Semirata 2013 FMIPA Unila |449

  P S

  Ø didefinisikan

      X x n x x x

  X S i n    , ... 1 | ... 2 1

  , Maka

    S X adalah subsemigrup dari S ,

  dan dikatakan sebagai subsemigrup yang dibangun oleh

  X .

  Definisi 2.3. (Semigrup Bebas) Misalkan diketahui S sebarang semigrup.

  Himpunan bagian S A  membangun S secara bebas jika terdapat pemetaan

  P A  :

   , dengan

  P

  sembarang semigrup, yang dapat diperluas menjadi suatu homomorfisma

   :  sehingga | 

  X  dengan 

  

   A . Maka S dikatakan suatu semigrup bebas dan pemetaan  dikatakan sebagai perluasan homomorfisma dari pemetaan  .

  Definisi 2.4. (HimpunanWord)

  Misalkan

  A

  adalah suatu himpunan alfabet yang anggotanya disebut letter/huruf. Sembarang barisan hingga dari letter disebut word dari

  A .

  Himpunan semua word dari

  A

  , sedikitnya satu letter, dinotasikan dengan

   A

  .Tiap elemen dari

   A mempunyai panjang

  X

  Untuk suatu subhimpunan S

  

SIFAT-SIFAT SEMIGRUP BEBAS DAN MONOID BEBAS

DALAM BENTUK HIMPUNAN WORD

Rolan Pane

  Suatu semigrup yang mempunyai identitas disebut monoid.

  1 , Sri Gemawati

  1 , Novia Yumitha sarie

  2 Firdaus

  1 Department of mathematics FMIPA Universitas Riau

E-mail: rolan.pane.@gmail.com

Abstract.

  We discussthe characteristics of free semigroup and free monoid related to word set. The discussionbegin withsome homomorphismtheorems and a criterion for freeness of semigroup and monoid. All characteristics of free semigroup and free monoid are expressed on theorems.

  Keywords:Homomorphism Theorem, A Criterion For Freeness, Word Set.

  PENDAHULUAN

  Teori dasar dari himpunan, pemetaan, operasi biner dan relasi biner sangat diperlukan untuk mempelajari struktur aljabar.Suatu struktur aljabar (structure of

  algebra

  )adalah himpunan tak kosong dimana terdapat sedikitnya satu relasi ekivalen dan satu atau lebih operasi biner dapat didefinisikan di dalamnya. Salah satu kasus struktur aljabar adalahsemigrup. Semigrup adalah suatu struktur aljabar dengan operasi biner yang bersifat asosiatif. Operasi biner pada semigrup S sering dinotasikan dengan

  

  , yang memetakan tiap pasangan berurutan

  S S y x   ) , ( ke suatu elemen S y x   .

  Semigrup dan Semigrup Bebas

  Definisi 2.2. (Subsemigrup)

  Konsep-konsep yang akan dibahas dalam karya tulis ini merupakan materi- materi pendukung yang diambil dari beberapa referensi yaitu [3], [5] dan [6].

  Definisi 2.1. (Semigrup)

  Misalkan S suatu himpunan dan

  S S S   : adalah operasi biner yang

  memetakan tiap pasangan S S y x   ) , ( ke suatu elemen S y x   .

  Himpunan S adalah suatu semigrup dengan operasi

  

  didefinisikan di dalamnya, biasanya dinotasikan dengan

  ) , (  S atau dengan S saja, jika

  operasi

  

  memenuhi sifat asosiatif, yakni untuk setiap S z y x  , , berlaku :

   z y x z y x     ) ( ) ( .

  sedikitnya satu letter dan sebanyak- banyaknya adalah tak hingga.

  

Rolan Pane Dkk: Sifat-Sifat Semigrup Bebas Dan Monoid Bebas Dalam Bentuk

Himpunan Word

  

Contoh Misalkan diketahui himpunan Maka, merupakan suatu

   alfabet A  { b a , } , maka himpunan word

  A

  dari adalah : x y berlaku :

  ( , )  ker(  ) 

   A { a , b , ab , ba , aa , bb , aaa , aab ,...}

   ( x )   ( y )   ( xR )   ( yR ) , .

   Tiap pemetaan (xR ) memasangkan

  Dalam [5], teorema homomorfisma, teorema kernel, teorema monomorfisma secara tunggal  (x ) dengan x  . Maka S dan teorema fundamental homomorfisma

   (xR ) merupakan pemetaan injektif. diberikan sebagai berikut.

  Misalkan terdapat  : S RP Misalkan (  S , ) dan (  P , ) sembarang sembarang monomorfisma yang lainnya, semigrup. Untuk suatu homomorfisma maka   , dan ( x )  ( xR ) untuk

        : SP , didefinisikan relasi kernelnya setiap x  . Namun ini berarti bahwa S sebagai berikut:

     . Jadi, pemetaannya adalah

  ker(  )  {( x , y ) |  ( x )   ( y )} dengan tunggal. x , yS .

  Teorema 2.2.(Teorema Fundamental Teorema 2.1. Misalkan (  S , ) dan Homomorfisma) Misalkan (  S , ) dan

  P sembarang semigrup dan (  , )

  P (  , ) sembarang semigrup dan

  S P terdapatsuatu homomorfisma  :  .

  S P

  terdapatsuatu homomorfisma  :  Terdapat suatu monomorfisma tunggal dengan ker(  kongruen di S . Maka )

   SP sehingga diagram

  : ker( ) 

   P S ker( ) isomorfik dengan . berikut berlaku : Bukti.

  Dari Teorema 2.5, terdapat suatu monomorfisma tunggal  : S ker(  )  P . Akan ditunjukkan bahwa pemetaan  juga surjektif sehingga  merupakan suatu isomorfisma. Gambar 1. Diagram komutatif  

     Dari Teorema 2.4, pemetaan

  Bukti. R

  Misalkan  ker(  ) dan : SS R merupakan suatu 

   : SS R adalah suatu homomorfisma. epimorfisma. Ambil sembarang y P

  

  Definisikan : S RP dengan dengan  ( x )  y . Diagram komutatif 

   xRx untuk setiap x  . S pada Gambar 1 berlaku, maka :

  ( )  ( )  xx (   )( )  ( )

   terdefinisi dengan baik, yakni untuk

  x y

   (  ( ))  setiap x , yS , pilih xRyR dengan

  u y

   ( ) 

  ( x , y )  ker(  ) . Maka,

  Untuk setiap yP terdapat uS R ( x , y )  ker( )  ( x )  ( y )  ( xR )  ( yR )

      

  u y

  sedemikian hingga  ( )  . Jadi, 

  Tiap (xR ) mempunyai nilai tertentu pemetaan  surjektif. Karena 

  P

  di , yang secara independen merupakan suatu monomorfisma dan juga merepresentasikan kelas kongruensi xR . bersifat surjektif, maka  merupakan

  Kemudian,

  xRyRxy R

   ( )  (( ) ) suatu isomorfisma.

  Semigrup Word Bebas xy

   ( )

  

  Pada himpunan A , didefinisikan

  x y   ( )   ( )

  

  operasi biner sebagai suatu rangkaian

    ( xR )   ( yR ) .

  berurutan (catenation) dari elemen-

  

Prosiding Semirata FMIPA Universitas Lampung, 2013

Semirata 2013 FMIPA Unila |451

  R , sehingga untuk setiap R w w  ) , ( 2 1

   , maka ) ( )) ( ( 1 1 w w

   

  ) ( ) ( 2 1 w w

  dengan R w w  ) , ( 2 1 , pilih

    A w w 2 1 ,

  baik, yakni untuk setiap

    A w .  terdefinisi dengan

  untuk setiap

   ,

   dengan ) ( )) ( ( w w   

   :

  S R A

  Kemudian definisikan pemetaan

  diperoleh ) ( ) ( 2 1w w   .

    

   ) ( 2w

  

  adalah kongruen, maka 1 

  

   

  

  dan 1

   A yang memuat R ,

  adalah kongruen terkecil di

  R

  . Karena

      R

  . Maka 1 

  

  untuk setiap ) , ( R v u

    

  )) ( ( 2 w

  homomorfisma dengan ) ( ) ( v u  

    )) ( ( )) ( ( 2 1 w w

  X A  :  adalah suatu pemetaan

  X A  , dan misalkan pemetaan

   dan A suatu himpunan alfabet dengan

  X

  S

  himpunan yang membangun S , pilih

  Bukti Misalkan X sembarang

  :  .

   

  terdapat suatu himpunan alfabet A dan suatu epimorfisma S A

  S

  Teorema 3.2. Untuk setiap semigrup ) , ( 

    Maka  adalah suatu homomorfisma.

     

   

   

  ) ( 2 1w w  ) ( ) ( 2 1 w w

      

    ) ) (( )) ( )( ( ( 2 1 2 1 R w w w w

    A w w 2 1 , , diperoleh

  terpenuhi. Kemudian, akan ditunjukkan bahwa  suatu homomorfisma. Untuk sembarang elemen

  

  Maka    

    A w .

  mempunyai bentuk wR dengan

  

  karena setiap elemen di R A

  R A

  Domain  adalah semua elemen di

  

  

   :  adalah suatu

  elemen

    A w w w 3 2 1 , , , dengan p c c c w ... 2 1 3

  A

   . Karena

  ) , (  S dan sembarang pemetaan S A  :

  Misalkan terdapat sembarang semigrup

   A merupakan suatu semigrup.

  Maka,

  ... ) ... ... ( 2 1 2 1 2 1    3 2 1 ) ( w w w    .

   c c c b b b a a a p n m c c c b b b a a a ... ) ... ... ( 2 1 2 1 2 1   p n m c c c b b b a a a

  ) ... ... ( ... ) ( 2 1 2 1 2 1 3 2 1 p n mc c c b b b a a a w w w     ) ... ... ( ... 2 1 2 1 2 1 p n mc c c b b b a a a  ) ... ... ... 2 1 2 1 2 1 p n m

  , diperoleh :

  1  k

   ,

  A c k

  dan

  merupakan suatu rangkaian berurutan (catenation) dari elemen-elemennya, maka sifat asosiatif berlaku, yakni untuk setiap

   A

   A

  pada

  

  Karena operasi biner

  1 ,  n m , yang memenuhi: 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 ... ... ) ... ( ) ... ( w w b b b a a a b b b a a a w w n m n m      .

  ,

  ... a a a w 2 1 1  dan n ... b b b w 2 1 2

    A w w 2 1 , , dengan m

  , terdapat elemen

   ,

  setiap A b a j i

  

  . Operasi rangkaian pada

  A

  membangun

  , maka dapat didefinisikan suatu homomorfisma S A

  pemetaan S A

  sembarang relasi pada

  Bukti. Dari hipotesis teorema,

       .

   :  sehingga berlaku

  S R A

  Maka terdapat suatu homomorfisma

  ) ( ) ( v u    untuk setiap ) , ( R v u  .

   suatu homomorfisma dengan

  :

  S A  

   suatu homomorfisma. Misalkan pula ) , (  S sembarang semigrup, dan

   :

  R dan R A A  

   A yang dibangun oleh

   A , R kongruen di

  R

   :

  , dengan

  A

  bebas pada himpunan alfabet

   A semigrup

  Misalkan

  Teorema 3.1.

   A merupakan suatu semigrup bebas.

  terpenuhi maka dari Definisi 2.12, himpunan

    A

  

         Karena restriksi |

   ) ( ... ) ( ) ( 2 1 m a a a

  ) ... ( ) ( 2 1 1 ma a a w

   dengan :

  bijektif.

  

Rolan Pane Dkk: Sifat-Sifat Semigrup Bebas Dan Monoid Bebas Dalam Bentuk

Himpunan Word

  Dari Definisi 2.12,  mempunyai suatu perluasan homomorfisma

  S S S e S

  S

    

    dengan e adalah elemen identitasnya.

  Definisi 4.1 Suatu monoid ' S

  dikatakan monoid bebas jika dibangun secara bebas oleh suatu subhimpunan X dengan

  Teorema

  ' S didefinisikan sebagai berikut : monoid, bukan jika monoid, suatu jika

       , maka pemetaan  surjektif.  adalah suatu homomorfisma surjektif, sehingga  merupakan suatu epimorfisma.

  X X S S

      ) ( ) ( ) ( S

  Karena

   .

   :

  S A

  } { '

3.3. Setiap semigrup

  Terdapat suatu monomorfisma tunggal

  Jika

  A e

   A

  

  , maka } {

  

  

  A e A

   A merupakan suatu monoid.

   A .

  Sehingga,

   A e .

  didefinisikan sebagai suatu rangkaian berurutan (catenation) dari elemen-elemennya. Elemen identitasnya dinotasikan dengan

  

  operasi biner

   A

   A , pada himpunan

  dengan himpunan

  merupakan himpunan generator untuk

  Misalkan terdapat sembarang monoid ' S dan sembarang pemetaan ' : S A

  dan memuat identitasnya dinotasikan dengan

   ) ( ... ) ( ) ( 2 1 ma a a  

  Dalam [2] dan [4] teorema-teorema yang berkaitan dengan monoid bebas diberikan sebagai berikut.

   A merupakan suatu monoid bebas.

   , maka himpunan

   e e

  ' terpenuhi dan ) ( S A

    A

  Restriksi | 

     

  ) ... ( ) ( 2 1 1 ma a a w

    .

   dengan

  

  S A

  homomorfisma ' :

   , dapat didefinisikan suatu

  dengan A a i

     A a a a w m ... 2 1 1

  Untuk sembarang

   A . Sama halnya

  A

  S A

  Untuk setiap S y  terdapat R S u  sedemikian hingga y u  ) (  . Maka pemetaan  surjektif. Karena  merupakan suatu monomorfisma dan juga bersifat surjektif, maka  merupakan suatu isomorfisma.

   maka S isomorfik dengan

  ) ker(

  

   A .

  Bukti.

  Dari Teorema 2.5, dalam bentuk himpunan word dapat dibuat diagram komutatifnya sebagai berikut : Gambar 2. Diagram komutatif

  Dari Definisi 2.7, Monoid adalahs emigrup yang mempunyai elemen identitas. Secara umum dalam [4] monoid

  Monoid Word Bebas

  ) ( ) )( ( x x       y x )) ( (    y u ) ( 

  S A

   . Diagram komutatif pada Gambar 2 berlaku, maka :

  S y  dengan y x  ) (

  suatu epimorfisma. Ambil sembarang

   :  juga merupakan

   merupakan suatu epimorfisma dan dari Teorema 3.2, pemetaan S A

     :

    . Dari Teorema 2.4, pemetaan R A A

   ) ker( :

   :

  X e S

  Himpunan barisan hingga dari letter- letter

  isomorfik dengan suatu semigrup word kuosien.Yakni, untuk suatu epimorfisma

  dikatakan sebagai perluasan homomorfisma dari pemetaan  .

  

  bebas dan pemetaan

  S

   . Maka '

   e e ) ( '

  P S dan

   X

  sembarang monoid, yang dapat diperluas ke suatu homomorfisma

   ' . Jika

  P

   , dengan

  X  :

  , dan terdapat pemetaan P

  S

  himpunan generator untuk '

  X  adalah

  } { ' S e

  P S  ' :  sehingga |  

  

Prosiding Semirata FMIPA Universitas Lampung, 2013

Semirata 2013 FMIPA Unila |453

  

  Teorema 4.3

  ) ( '  . Maka ' S merupakan suatu monoid bebas.

  e e

   A S

  

  dengan

    X

    A S ' :  sedemikian hingga |

  S

  diperluas menjadi suatu homomorfisma

   A adalah suatu monoid, dapat

  dimana

  X :  ,

    A

  Oleh karena itu, pemetaan

  ... ) ( ... ) ( ) ( 2 1      nx x x   yang juga memenuhi sifat homomorfisma.

    

  Suatu monoid '

  bebas jika dan hanya jika ' S isomorfis ke monoid word bebas

  } { ' S e dapat ditulis sebagai ... ... 2 1 ' S n

  II . American Mathematical Society, USA.

  (Teori Grupdan Teori Ring) . FMIPA

  Stephen F. Austin State University. Setiawan, Adi. 2011. Aljabar Abstrak

  Judson, Thomas W. 1997. Abstract Algebra Theory and Applications.

  Semigroups . University of Turku, Finland.

  Harju, Tero. 1996. Lecture Notes on

  Element of Modern Algebra Third Edition . PWS-KENT, USA.

  Gilbert, Jimmie &Linda Gilbert. 1992.

  The Algebraic Theory of Semigroups Vol

   A untuk suatu alfabet A .

  American Mathematical Society, USA. Clifford, A.H dan G. B. Preston. 1967.

  Clifford, A.H & G. B. Preston. 1961. The Algebraic Theory of Semigroups Vol I .

  DAFTAR PUSTAKA

  2. Hubungan antara suatu semigrup word bebas dengan sembarang semigrup dapat diidentifikasi berdasarkan jenis pemetaan yang berlaku di antara kedua semigrup tersebut, 3. Dari suatu semigrup word bebas dapat dibangun suatu monoid word bebas dengan menambahkan elemen identitas pada semigrup word bebas tersebut. Hal ini juga berlaku untuk semigrup bebas biasa.

  Suatu semigrup dapat diidentifikasi apakah semigrup tersebut dibangun secara bebas atau tidak berdasarkan sifat-sifat bebasnya,

  Kesimpulan 1.

  4.1 dan pembuktian Teorema 3.4, maka pembuktian Teorema 4.3 pun terpenuhi.

  Bukti. Dengan menggunakan Definisi

   x x x e dengan X x i  , dimana ...) ... ( ) ( 2 1 ' S n x x x e

  . Kemudian, elemen identitas

  Teorema 4.1 Jika S semigrup bebas,

  X e S'

  Misalkan pula terdapat pemetaan

  X x i  .

  dengan

  x x x e

  subsemigrup dari ' S , dimana ... ... 2 1 ' S n

  S e adalah

  . Maka } '\{ ' S

  bebas yang dibangun secara bebas oleh X dengan

  X :

  Bukti. ) ( Misalkan ' S suatu monoid

  } '\{ ' S S e adalah suatu semigrup bebas.

  monoid bebas jika dan hanya jika

  Teorema 4.2 Suatu monoid ' S adalah

  Dengan menggunakan Definisi 2.12 dan Definisi 4.1, maka pembuktian Teorema 4.1 pun terpenuhi.

  Bukti.

  S adalah monoid bebas.

  maka '

    A

   yang dapat diperluas menjadi suatu homomorfisma

    X

   A

  

  |

   sedemikian hingga

    A e S S } '\{ : '

   yang dapat diperluas menjadi suatu homomorfisma

  X :

    A

  dan pemetaan

  suatu semigrup bebas. Terdapat sembarang semigrup

    A e S S } '\{ : '

  S e adalah

  Selanjutnya, misalkan } '\{ ' S

  } '\{ ' S S e adalah suatu semigrup bebas. ) (

  . Dari Definisi 2.12,

    X

  

  |

   sedemikian hingga

  Universitas Kristen Satya Wacana, Salatiga.