BAB 11 TRANSFORMASI LINIER - Matriks – BAB 11 Transformasi Linier 1

BAB 11

TRANSFORMASI LINIER

11.1 TRANSFORMASI LINIER
DEFINISI
Pandang 2 buah himpunan

A dan B. Kemudian dengan suatu aturan/cara

tertentu f, kitta mengaitkan atau menggandengkan atau mengkawankan setiap x є
A dengan satu dan hanya satu y є B. Dikatakan : terdapat suatu fungsi f : A →
B.
Contoh 1 :
Misalkan

A = {x1, x2, x3}
B = {y1, y2}
A

X1


B

Y1

X2
X3

X1
X2
X3

f
f
f

Y2

Y2
Y2

Y1

Terlihat bahwa setiap x є A mempunyai satu pasangan y є B. Jadi f adalah fungsi
A → B.

Contoh 2 :

Misalkan

A = {x1, x2, x3}
B = {y1, y2}

A

B

X1

Y1


X2
X3

Terlihat bahwa tidak semua

Y2

x є A

mempunyai pasangan. Jadi bukan fungsi.

mempunyai

pasangan, di sini X 2 tidak

Contoh 3 :
Misalkan

A = {x1, x2, x3}
B = {y1, y2}

A

X1

B

Y1

X2
X3

Y2

Terlihat bahwa terdapat x є A di sini X 1 mempunyai lebih dari satu pasangan, Y 1 dan
Y2 є B. Jadi juga bukan fungsi.

Catatan 1 :
Apabila himpunan A dan B di atas merupakan himpunan bilangan riil R 1 (atau
kompleks C1) atau himpunan bagiannya, cara/aturan pengaitan umumnya
dapat dirumuskan dalam suatu hubungan matematis.


Catatan 2 :
Fungsi f : R1 → R1 dimana setiap x є R1 dikaitkan dengan kuadratnya є R 1
atau x є x2 atau f(x) = x2 untuk setiap x bilangan riil atau juga y = x2.

Catatan 3 :
Himpunan A di atas disebut

DOMAIN Dan himpunan B di atas disebut

CODOMAIN dari fungsi f tersebut.

Yang menjadi pokok pembicaraan

di dalam bab ini adalah fungsi-fungsi dimana

DOMAIN Dan CODOMAIN nya merupakan RUANG VEKTOR, pada khususnya adalah
Rn, ruang vektor yang anggota-anggotanya n-tupel berurutan bilangan riil (tetapi
sedikit-sedikit disinggung pula Cn atau ruang vektor lain. Untuk ini, kita memilih
menggunakan perkataan lain yaitu TRANSFORMASI atau MAPPING atau PEMETAAN

sebagai penganti perkataan fungsi .
Contoh 4 :
Diketahui suatu transformasi T : R 3 → R3 dengan rumus transformasi T[x 1, x2, x3] =
[2x1 – x2, x2+x3, x32], untuk setiap x = [x1, x2, x3] є R3. Vektor [2,1,-1] akan
ditransfomasikan oleh T menjadi : T[2,1,-1] = [2.2-1, 1-1, (-1) 2] = [3,0,1]
Kita katakan : vektor [3,0,1] adalah peta dari vektor [2,1,-1], sebaliknya : vektor
[2,1,-1] adalah prapeta dari vektor [3,0,1].

Contoh lain :

T[1,2,3] = [0,5,9]
T[4,-1,7] = [9,6,49]……….dst.

11.2 TRANSFORMASI VEKTOR LINIER
DEFINISI

T : V → W suatu transformasi dari ruang vektor V ke ruang vektor W.
Tranformasi T disebut transformasi vektor linier bila terpenuhi :
1) Untuk setiap v1, v2 є V T(v1)+ T(v2) = T(v1+v2), Dan
2) Untuk setiap v є V dan λ skalar berlaku λT(v) = T(λv)


Contoh :

Diketahui T : R3 → R3 dimana :
T’[x1,x2,x3] = [2x1+x2, x2, x3+1] untuk setiap [x1,x2,x3] є R3.
T adalah transformasi vektor yang tidak linier karena syarat 1), misalnya tak
terpenuhi. Ambil v1 = [1,0,0], v2 = [1,0,1] maka T(v1) + T(v2) = [2,0,1] + [2,0,2]
= [4,0,3], sedang T(v1+v2) =T[2,0,1]=[4,0,2].
Jadi T(v1) + T(v2) ≠ T(v1+v2).

11.2.1

MATRIKS DAN TRANSFORMASI VEKTOR LINIER

Pandang T : Rn → Rm suatu transformasi vektor linier.
{ei}, i = 1,2, …, n, basis natural dari Rn
{εi}, i = 1,2, …, m, basis natural dari R m
T(e1) , T(e2) , …, T(en) adalah vektor-vektor di Rm sehingga merupakan kombinasi
linier dari {εi}
Misalnya


:

T(e1) = a11 ε1 + a21 ε2 + … + am1 εm
T(e2) = a12 ε1 + a22 ε2 + … + am2 εm
(*)
T(en) = a1n ε1 + a2n ε2 + … + amn εm

DEFINISI
Transpose dari matriks koefisien di atas :

a11

a12

….

a22

….


a1n
[T]e

a21

berukuran (mxn)

a2n
..

..

….

..
Disebut MATRIKS REPRESENTASI dari transformasi linier T, singkatnya matriks
transformasi dari T, relatif terhadap basis-basis natural {e i} dan {εi}.

Contoh :


T : R3 → R3 ssuatu transformasi linier dimana T[x 1, x2, x3] = [x1, 2x2, x1+x3].
Mencari matriks transformasi tak lain daripada mencari peta dari vektor-vektor basis.
(Bila tak disebutkan apa-apa selalu dimaksudkan relatif terhadap basis natural).

T(e1) = T[1,0,0] = [1,0,1] = 1e1 + 0e2 + 1e3
T(e2) = T[0,1,0] = [0,2,0] = 0e1 + 2e2 + 0e3
T(e3) = T[0,0,1] = [0,0,1] = 0e1 + 0e2 + 1e3
1

[T]ee =

0

1
0

2

0


1

Peta dari [2,3,1] :

0

1
0
0

2
3

2

1

3

=

6
3

, atau

[3,6,3]

Catatan :
Suatu sifat transformasi linier yang penting adalah bahwa suatu transformasi
linier ditentukan (tertentu) secara natural tunggal oleh peta dari vektor-vektor
basis. Jadi jika peta dari vektor-vektor basis diketahui maka peta dari
sebarang vektor yang lain dapat ditentukan.

Contoh :
T : R2 → R2 dimana diketahui :
T

[2,1] → [5,-2]
T

[-1,1] → [-1,1]
maka untuk menentukan

transformasi

T tersebut kita mencari matriks

transformasi, kita tulis :
T[2,1] = [5,-2] → 2T[1,0] + 1T[0,1] = [5,-2]…….(**)
T[-1,1] = [-1,1] → -1T[1,0] + 1T[0,1] = [-1,1]
3T[1,0]

= [6,-3]

Jadi T[1,0] = [2,-1], dan dari (**) diperoleh T[0,1] = [1,0]
Jadi matriks [T]ee =

2
1
-1

Dan rumus transformasinya :
T

X1
X2

= [T]ee

X1
X2

=

2
1
-1

atau : T[x1,x2] = [2x1 +x2, -x1].

X1
X2

=

2x1 +
x2
-x1

11.2.2

RUANG PETA DAN RUANG NOL

T : Rn → Rm suatu transformasi linier, belum tentu semua vektor di R m
menjadi peta dari vektor di Rn.
Contoh :
T : R2 → R3 dimana T[x1,x2] = [x2,0,x1].
Maka vektor [1,1,1] є R3 bukan peta dari vektor manapun di R 2. Kalau terjadi
demikian, kita katakan transformasi tersebut tidak onto.

DEFINISI
T : Rn → Rm suatu transformasi linier, maka Im(T) = {w | w = T(v), v є R n},
suatu himpunan bagian dari R m, disebut RUANG PETA (IMAGE) dari
transformasi linier T.
Ternyata bahwa Im(T) adalah suatu ruang vektor bagian dari R m.

Catatan 1 :
Dapat terjadi bahwa 2 vektor atau lebih mempunyai peta yang sama. Bila
terjadi demikian, kita katakan bahwa transformasi tersebut “tidak satu-satu”
(one-one).

Contoh :
T : R2 → R2 dimana T[x1, x2] = [x1+2x2, 2x1+4x2], terlihat bahwa :
T[0, 0]

= [0, 0]

T[2,-1]

= [0, 0]

T[-8, 4]

= [0, 0]

dan lain-lain vektor lagi yang mempunyai peta [0, 0]. Jadi T tidak one-one.

DEFINISI KERNEL
T : Rn → Rm suatu transformasi linier, maka Ker(T) = {v | v є R n, T(v) = 0},
suatu himpunan bagian dari R n, disebut RUANG NOL (KERNEL) dari
transformasi linier T.
Ternyata bahwa Ker(T) adalah suatu ruang vektor bagian dari R n.
Catatan 1 :
Dibedakan antara ruang nol dengan ruang berdimensi nol (yaitu ruang vektor
yang anggotanya hanya vektor nol). Anggota ruang nol, selain 0 mungkin
juga vektor ≠ 0.
Catatan 2 :
Kalau

T

:

R n → Rn

mempunyai matriks transformasi A (matriks bujur

sangkar) yang singular, T dikatakan transformasi
singular, transformasi dikatakan nonsingular.

yang singular. Kalau A

Catatan 3 :
Kalau A adalah matriks transformasi dari T, maka dimensi IM(T) =
rank(A). Hal ini jelas karena kolom-kolom dari A adalah T(e 1), T(e2), . . .,
T(en) yang membentuk ruang kolom dari A. Dengan perkataan lain Im(T) = L
{T(e1), T(e2), . . . , T(en)}, berarti dimensi Im(T) = dimensi L{T(e 1),
T(e2), . . ., T(en)} = rank(A).

Catatan 4 :
Dimensi Ker(T) = n – rank(A).
Mudah dilihat bahwa bila v є Ker(T) maka T(v) = Av = 0.
Susunan persamaan linier homogen Av=0

mempunyai ruang jawab yang

berdimensi n – rank(A). Dengan perkataan lain : mencari Ker(T) tak lain daripada
mencari jawab susunan persamaan linier homogeny Av = 0.

Contoh :

Diketahui

T : R3 → R3 dimana :
T[x,y,z] = [x+2y+z, 2x+3z, 3x+2y+4z]
Tentukan basis dan dimensi ruang peta dan ruang nol !

Jawab :
Pertama kita tentukan dulu matriks transformasi A :
T[1,0,0] = [1, 2, 3]
T[0,1,0] = [2, 0, 2]
T[0,0,1] = [1, 3, 4]
1

A = [T]ee =

2

1
2

0

3

Rank matriks A (secara kolom) :
1

2

1
2
3

1

K
0

(-2)
21

0

K31(-1)

2

0

1

K

(4)
23

-4

1

0

0
2

0

1

Rank(A)= 2. Jadi dimensi Im(T) = 2 dan basisnya dapat diambil {[1,2,3], [0,1,1]}.
T di atas adalah transformasi yang singular.

Untuk mencari Ker(T) :
Misalkan v = [v1, v2, v3] є Ker(T), maka Av = 0 atau :
1

2

1
2
3

V1
V2

0

V3

0

=

0

, dimensi Ker(T) = n – rank(A) = 3 – 2 = 1

0

Kita menghitung jawab susunan persamaan linier homogen di atas :
cukup diambil 2 persamaan yang bebas :
v1 + 2v2 + v3 = 0
2v1 + 0v2 + 3v3 = 0
Ambil 1 parameter, misalnya v2 = λ, maka v1 = -6λ, v3 = 4λ.
Jadi v = λ[-6,1,4] ; Ker(T) mempunyai basis (-6, 1, 4)
Atau Ker(T) = L {[-6, 1, 4]}.

11.2.3

PRODUK TRANSFORMASI

Pandang 2 buah transformasi linier :
T : Vn → Wr
S : Wr → Um
dengan matriks transformasi berturut-turut A Dan B.
(dimensi Vn = n, dimensi Wr = r, dimensi Um = m)
Setiap vektor v є Vn oleh transformasi T dipetakan menjadi w = Av, kemudian
hasilnya w є Wr oleh transformasi S dipetakan menjadi u = Bw = B(Av) = (BA)v.

v є Vn

T



T

w є Wr →

u є Um

ST
v → u dapat dipandang sebagai suatu transformasi baru ST, dengan matriks
transformasi BA.
ST disebut produk transformasi dari S dan T.

Contoh :
T : R3 → R3 dengan T[x1,x2, x3] = [2x2+x3, 3x1+x2+x3, x2] dan
S : R3 → R3 dengan S[x1, x2, x3] = [2x1+x2+x3, x1+x3, 2x1+x2+2x3]
Maka produk transformasi ST mempunyai rumus :
(ST)

[x1,

x2,

x3]

=

S(T[x1,

x2,

x3])

=

S[2x2+x3,

3x1+x2+x3,

x2]

[2(2x2+x3)+1(3x1+x2+x3)+1(x2), 1(2x2+x3)+1(x2), 2(2x2+x3)+1(3x1+x2+x3)+2(x2)]=
[3x1+6x2+3x3, 3x2+x3, 3x1+7x2+3x3] dan matriks transformasinya :
3

[ST]ee =

6

3
0

3

1

2

Jelas [S]ee = B =

1

1
1

0

1

0

[T]ee = A =

2

1
3

1

1

dan [ST]ee = [S]ee[T]ee = BA.
Peta dari vektor v = [1, 0, 2] adalah ST[1, 0, 2] = [9, 2, 9]

=

11.3

LATIHAN

DAN

TUGAS