Hasil Kali Titik dan Hasil Kali Silang

  oki neswan (fmipa-itb)

  

Dua Operasi Vektor

Hasil Kali Titik

  Misalkan OAB adalah sebuah segitiga, O (0; 0) ; A (a 1 ; a 2 ) ; dan B (b 1 ; b 2 ) : Maka panjang sisi OA; OB; dan AB maing-masing adalah q q q

  2

  2

  2

  2

  2

  2 a + a ; b + b ; (a 1 b 1 ) + (a 2 b 2 ) : jOAj =

  1 2 jOBj =

  1 2 jABj = Menurut Aturan Kosinus, jika

  = \AOB; maka

  2

  2

  2 jABj = jOAj + jOBj 2 jOAj jOBj cos

  2

  2

  2

  2

  2

  2 (a 1 b 1 ) + (a 2 b 2 ) = a + a + b + b 2ab cos

  1

  2

  1

  2

  2

  2

  2

  2

  2

  2

  2

  2 a 1 b

  1 2 b

  2 1 2a + b 1 + a 2 2a + b 2 = a 1 + a 2 + b 1 + b 2 2ab cos 1 b

  1 2 b

  2 2a 2a = 2ab cos yang setelah disederhanakan, memberikan

  1 b 1 + a 2 b 2 : (1) jOAj jOBj cos = a

  1 b

  1 2 b

  2 Dari hubungan ini kita dapat melihat bahwa hasil sederhana a + a memuat informasi yang sangat 1 b 1 2 b

  2 berharga mengenai panjang sisi-sisi dan sudut : Dengan demikian, ungkapan a + a yang sederhana tapi sangat berharga diberi nama khusus.

  1 ; x 2 ; x

  3 1 ; y 2 ; y

3 De…nition 1 Jika x = (x ) dan y = (y ) ; maka hasil kali titk x dan y adalah

  1

  1

  2

  2

  3

  3 x y = x y + x y + x y

  Khususnya jika x = y;

  2

  2

  2 x x = x + x + x

  1

  2

  3 Jadi, x x adalah kuadrat panjang vektor x: Panjang vektor x ditulis sebagai kxk ; dibaca norm x. Maka

  2 x x

  = kxk Hasil (1) dalam notasi ini ditulis sebagai kak kbk cos = a b: Dengan mudah kita dapat melihat bahwa hubungan ini berlaku untuk vektor umum, yaitu

  1 ; x 2 ; : : : ; x n 1 ; y 2 ; : : : ; y n Theorem 2 Jika x = (x ) dan y = (y ) ; maka kak kbk cos = a b dengan adalah sudut antara kedua vektor; :

  = \ (a; b), dan 0

  Sifat-sifat Hasil Kali Titik

  Theorem 3 Jika a; b; dan c adalah vektor-vektor dan k adalah bilangan real. Maka

  2 1. a a

  = kak 2. a b

  = b a 3. a

  (b + c) = a b + a c 4. (ka) b = (a kb) = k (a b) 5. kcak = jcj kak Proyeksi Vektor u adalah vektor w searah u sehingga v tegak v ; w

  Proyeksi vektor v terhadap vektor u; u 6= 0; ditulis proy sehingga w = u: Maka lurus pada u. Karena w searah u; ditulis w k u; maka terdapat bilangan real

  : \ (w; u) =

  2 v u

  ? u Dengan menggunakan hasil kali titik diperoleh u (v u ) = 0: u (v u ) = 0 u v u u = 0 u u = u v

  Karena u 6= 0; maka u v u v = =

  2 u u kuk

  Jadi, u v proy u v = u u u

  Bentuk lain adalah, skalar vektor u v u v u v u proy u v = u = u =

  2 u u kuk kuk u kuk

  Vektor adalah vektor satuan, yaitu vektor dengan norm satu kuk u

  1

  1 u = = kuk = 1: kuk kuk kuk

  Maka u v u u v u u v ju vj :

  = = kproy k = kuk kuk kuk kuk kuk

  Persamaan Bidang

  Persamaan bidang dapat ditulis secara lebih singkat dengan menggunakan bahasa vektor. Ciri penting bidang adalah ada garis l sehingga setiap garis pada bidang tegak lurus pada garis l tersebut.

  Bidang B melalui titik P dengan vektor normal n 6= 0 adalah himpunan semua titik X sehingga vektor !

  P X tegak lurus n: Maka !

  P X n P = 0 atau (X ) n = 0

  ! 1 ; y 1 ; z

  1 P X P x 1 ; y y 1 ; z z

  1 Misalkan n = (a; b; c) dan P (x ) ; X = (x; y; z) : Maka = X = (x ) : Diperolah persamaan bidang x

  1 ; y y 1 ; z z

  1 (x ) (a; b; c) = 0 atau a x

  1 y 1 z

  1 (x ) + b (y ) + c (z ) = 0 atau ax

  1

  1 1 :

  • by + cz = d; dengan d = ax + by + cz (2) Persamaan standar bidang adalah a x

  1 y 1 z

  1 (x ) + b (y ) + c (z ) = 0 (3)

  Persamaan bidang juga dapat ditulis sebagai ax + by + cz = d (4) yang diperoleh dari (2).

  1 2 ; dikatakan De…nition 4 Dua bidang denga vektor normal masing-masing adalah n dan n

  1 2 ; yaitu jika n

  1 2 :

  1. Paralel jika n = n untuk suatu konstants k n 1 2 ; yaitu jika n

  1

  2

2. Tegak lurus jika n n = 0:

  ? n

  Jarak Titik ke Bidang

  Misalkan B adalah bidang melalui P (x 1 ; y 1 ; z 1 ) dan vektor normal n = (a; b; c) : Jika X (x ; y ; z ) sebuah titik sebarang, kita ingin menentukan jarak dari X ke bidang B: Jarak dari titik X ke bidang B; ditulis ! ! j

  P Y

  XY : Titik Y disebut proyeksi X

  (X; B) adalah jarak dari X ke Y sehingga 4P Y X siku-siku di Y; ? ! !

  XY

  XY ke bidang B: Akibatnya tegak lurus bidang. Dengan demikian k n: Jadi,

  ! P X n x 1 ) + b (y y 1 ) + c (z z

  1 ! ! ja (x )j j (X; B) =

  XY = proy n P X = = p

  2

  2

  2 knk a + b + c

  ; y ; z SOAL Jarak dari titik X (x ) ke bidang B dengan persamaan ax + by + cz = d adalah d

  • by + cz jax j j

  (X; B) = p

  2

  2

  2 a

  • b + c
CONTOH Tentukan persamaan bidang melalui (1; 3; 2) yang sejajar bidang 2x y + z = 6: Karena sejajar, maka dapat dipilih normalnya adalah (2; 1; 1) : Maka persamaannya adalah 2 (x 1) (y ( 3)) + (z 2) = 0 atau y

  2x + z = 7: CONTOH Tentukan jarak antara dua bidang yang sejajar yaitu 2x+z = 1 dan 2x+z = 10: Ambil sebarang sebarang titik dibidang pertama, sebut X (1; 2; 1) : Jarak antara dua bidang tersebut sama dengan jarak dari titik (1; 2; 1) pada bidang pertama ke bidang kedua, 2x + z = 10: Normal kedua bidang adalah n

  = (2; 0; 1) : Maka jarak antara kedua bidang adalah

  7 j2 (1) + 0 ( 2) + 1 (1) 10j j

  (X; B) = p = p

  2

  2

  2

  5 2 + 0 + 1 CONTOH Tentukan sudut antara diagonal segiempat dengan titik-titik sudut A (1; 0) ; B (0; 3) ; C (3; 4) ;

  ! ! dan D (4; 1) : Misalkan u = AC = C A = (2; 1) dan v = BD = D B = (4; 2) : Maka u v 4 2 + 1 ( 2)

  3 cos = = = q p

  2

  2

  2

  2

  5 kuk kvk 2 + 1 4 + ( 2)

  Jadi,

  1

  3 = cos = 0:927295 rad 53:13

  5 Hasil Kali Silang

  Bila garis ditentukan oleh dua titik yang dilaluinya, maka bidang ditentukan oleh tiga titik tak segaris yang dilaluinya. Misalkan A; B; dan C tak segaris berada pada sebuah bidang P: Untuk menentukan persamaan bidang (3), kita memerlukan vektor normal n:

  ! ! ! !

AB AC AB AC

  Karena vektor dan berada pada bidang, maka tentunya dan tegak lurus terhadap n: Jadi, ! !

  AB AC; kita perlu menentukan sebuah vektor n yang tegak lurus terhadap dua vektor dan yaitu (

  ! n AB = 0

  (5) ! n AC

  = 0 Ini adalah satu contoh munculnya masalah menentukan vektor yang tegak lurus terhadap dua vektor yang diketahui.

  1

  2

  3 Maka masalahnya secara umum dapat diformulasikan sebagai berikut. Misalkan a = a i + a j + a k dan

  1

  2

  3

  1

  2

  3 b = b i + b j + b k dua vektor tak nol yang tidak sejajar. Tentukan vektor x = x i + x j + x k sehingga x a = 0 dan x b = 0: (6) Dengan demikian kita perlu menyelesaikan sistem persamaan (6), yang secara eksplisi adalah sistem per- samaan linear x a = a 1 x 1 + a 2 x 2 + a 3 x 3 = 0 x b = b

  1 x 1 + b 2 x 2 + b 3 x 3 = 0 Tulis ulang sebagai a

  1 x

  1 2 x 2 a 3 x

  3

  • a = b

  1 x

  1 2 x 2 b 3 x

  3

  • b =

  a a

  1

  b 6= b

  2 Karena a dan b tidak sejajar, artinya a bukan kelipatan dari b; maka dapat diasumsikan bahwa .

  1

  2

  1 b 2 a 2 b

  1 3 x 3 b 3 x 3 : Jadi, a dan q = Maka sistem persamaan linear

  6= 0: Misalkan p = a a 1 x

  1 2 x

  2

  • a = p b

  1 x

  1 2 x

  2

  • b = q mempunyai penyelesaian pb

  2 qa

  2 3 b

  2 2 b

  3

  3 ( a + a ) x x

  1 = = a 1 b 2 a 2 b 1 a 1 b 2 a 2 b

  1 qa 1 pb

  1 1 b

  3 3 b

  1

  3 ( a + a ) x x

  2 = = a

  1 b 2 a 2 b 1 a 1 b 2 a 2 b

  1 Artinya, solusi adalah (a 2 b 3 a 3 b 2 ) x 3 (a 3 b 1 b 3 a 1 ) x 3 a 2 b 3 a 3 b 2 a 3 b 1 b 3 a

  1 x ; ; x

  3 3 ; ; = = x 1 (7) a

  1 b 2 a 2 b 1 a 1 b 2 a 2 b 1 a 1 b 2 a 2 b 1 a 1 b 2 a 2 b

  1 untuk tiap x

  3 3 = a

  1 b 2 a

  2 b 1 ; diperoleh sebuah solusi istimewa yaitu

2 R: Jika kita pilih x

  2 b 3 a 3 b 2 ; a 3 b 1 a 1 b 3 ; a 1 b 2 a 2 b

  1 x = (a )

  Solusi ini disebut hasil kali silang dari a dan b; a b = (a 2 b 3 a 3 b 2 ; a 3 b 1 a 1 b 3 ; a 1 b 2 a 2 b 1 )

  ; Berdasarkan (7), setiap vektor yang tegak lurus a dan b adalah kelipatan dari a b b jika x a = 0 dan x b = 0; maka x = (a ) untuk suatu konstanta :

  Notasi lain a 2 a 3 a 1 a 3 a 1 a

  2 a b ; ;

  = det det det b 2 b 3 b 1 b 3 b 1 b

  2 Sifat-sifat Hasil Kali Silang

  3 ; dan k konstanta,

  Theorem 5 Untuk tiap vektor a; b; dan c di R 1. a b a

  = (b ) 2. a b c

  (b + c) = a + a 3. k (a b ) = (ka) b = a (kb) 4. a (a b ) = b (a b ) = 0 5. a (b c ) = (a b ) c 6. a (b c ) = (a c) b (a b ) c

  3 ;

  Theorem 6 (Persamaan Lagrange) Untuk tiap vektor a; b; dan c di R

  2

  2

  2

  2 = (a b) b kak kbk + ka k

  Hasil Kali Silang, Luas dan Volume

  Persamaan Lagrange dan fakta bahwa a b = kak kbk cos memberikan bahwa b ka k = kak kbk sin b

  Jadi, ka k adalah luas jajar genjang yang dibangun oleh vektor a dan b: b Gunakan hasil di atas untuk memperlihatkan bahwa k(a ) ck adalah volume paralelpipedium yang dibangun oleh vektor a; b; dan c: CONTOH Diberikan tiga titik A ( 2; 2; 0) ; B (0; 1; 1) ; dan C ( 1; 2; 2) :

  1. Tentukan persamaan bidang yang melalui ketiga titik

  2. Tentukan luas 4ABC ! !

  Misalkan a = CA = A C = ( 1; 0; 2) dan b = CB = B C = (1; 1; 1) : Maka normal bidang ABC adalah n = a b = ( 1; 0; 2) (1; 1; 1) = (2; 3; 1) : Maka persamaan bidang tersebut adalah 2 (x ( 1)) + 3 (y 2) + (z ( 2)) = 0

  2x + 2 + 3y 6 + z + 2 = 0 atau 2x + 3y + z = 2

  ! ! CA CB; dan b =

  Sedangkan luas 4ABC adalah setengah dari luas jajar genjang yang dibangun oleh a = yaitu p p

  2

  2

  2

  1

  1 2 + 3 + 1

  14 b (2; 3; 1) = = luas 4ABC = (ka k) =

  2

  2

  2

  2 CONTOH Tentukan persamaan bidang melalui titik (3; 1; 2) ; dan tegak lurus terhadap dua bidang: y x

  1

  2 2x + 2z = 1 dan + 3y + z = 7: Misalkan n = (2; 1; 2) dan n = ( 1; 3; 1) adalah vektor normal kedua bidang yang diketahui. Misalkan vektor normal bidang yang akan ditentukan adalah n: Karena tegak lurus pada kedua bidang, maka n n

  1

  2 = 0 dan n n = 0:

  Maka boleh dipilih n 1 n

  2 = n = (2; 1; 2) ( 1; 3; 1) = ( 7; 4; 5) :

  Maka persamaan bidang yang dimaksud adalah 7 (x 3) 4 (y ( 1)) + 5 (z 2) = 0 atau 7x + 21 4y 4 + 5z 10 = 0 atau

  7x 4y + 5z =

  7 CONTOH Tentukan irisan bidang P 1 : x 2y + z = 3 dan P 2 : x + 4y 2z = 0. Tentukan dulu salah satu titik pada irisan P 1 dan P 2 :

  1 2 ; maka Misalkan titik tersebut adalah A (a; b; c) : Karena A 2 P \ P a 2b + c = 3 a + 4b 2c = 0 a 2b = 3 c a

  • 4b = 2c
Maka c c 4 (3 ) ( 2) (2c) 2c (3 ) 3c

  3 a = = 2 dan b = = 4 (1) 1 ( 2) 4 (1) 1 ( 2)

  6 !

  Untuk c = 1; diperoleh b = 0: Maka A = (2; 0; 1) : Misalkan L = P

  1 2 : AX adalah \ P Untuk tiap X 2 L; vektor yang tegak lurus pada n

  1 = (1; 2; 1) dan n 2 = (1; 4; 2) : Jadi !

  AX = t (n 1 n 2 ) = t ((1; 2; 1) (1; 4; 2)) = t (0; 3; 6)

  X A = t (0; 3; 6) atau

  X (t) = A + t (0; 3; 6) = (2; 0; 1) + t (0; 3; 6) :