Publikasi : Beberapa Sifat Semigrup Matriks Atas Daerah Integral ‘Admitting’ Struktur Ring

Beberapa Sifat Semigrup Matriks Atas Daerah Integral
‘Admitting’ Struktur Ring1
Karyati
Jurusan Pendidikan Matematika
FMIPA, Universitas Negeri Yogyakarta
Email: yatiuny@yahoo.com
Abstrak

n

Diberikan R adalah daerah integral dan n adalah integer positif dengan
2 , serta M n R adalah himpunan semua matriks bujur sangkar dengan orde n n

atas R . Dibentuk suatu himpunan bagian dari M n R yaitu himpunan matriks di
M n R yang invertibel yang selanjutnya dinotasikan dengan Gn R . Himpunan

M n R ini membentuk semigrup terhadap operasi perkalian matriks biasa, Gn R
0
membentuk subsemigrup. Untuk suatu semigrup S , S

elemen nol dan S


0

S

S jika semigrup S memuat

0 jika semigrup S tidak memuat elemen nol. Suatu

0
semigrup S dikatakan admit struktur ring jika terdapat suatu operasi + pada S
0
sedemikian sehingga S , ,. membentuk struktur ring.

Dalam tulisan ini diselidiki sifat subsemigrup Gn R , juga subsemigrup dari
M n R , yaitu semua matriks yang determinannya 1 .
Diperoleh hasil bahwa: baik Gn R maupun subsemigrup dari Gn R
himpunan semua matriks yang determinannya 1 bukan merupakan semigrup
struktur ring. Hal ini sebagai suatu akibat bahwa subsemigrup dari Gn R
memuat semua matriks yang determinannya 1 bukan merupakan semigrup

struktur ring.

yaitu
admit
yang
admit

Kata Kunci: Daerah integral, Semigrup, Semigrup, admit struktur ring

1. Pendahuluan
Dalam penelitian oleh Yupaporn Kemprasit & Manoj Siripitukdet, telah
diteliti tentang sifat-sifat suatu semigrup matriks atas ring dengan elemen satuan
yang merupakan semigrup admit struktur ring. Daerah integral merupakan ring
dengan elemen satuan yang tidak memuat pembagi nol sejati ( Adkins : 50 ).
Dengan demikian, daerah integral merupakan ring.
1

Disampaikan pada Seminar Nasional Jurusan Matematika, FMIPA, UNS, Surakarta 7 Mei 2005

1


Diberikan R adalah daerah integral dan n adalah integer positif dengan
n 2 , serta M n R adalah himpunan semua matriks bujur sangkar dengan orde
n n atas R . Dibentuk suatu himpunan bagian dari M n R

yaitu himpunan

matriks di M n R yang invertible, selanjutnya dinotasikan dengan Gn R , yaitu:
Gn R

A Mn R

A invertibel

Himpunan ini merupakan semigrup dari M n R .
Dari sifat matriks M n R diperoleh bahwa matriks A

M n R invertibel

jika dan hanya jika det A U ( R) , dengan U ( R) adalah himpunan semua unit di

R . Dengan kata lain A M n R invertibel jika dan hanya jika det A invertible di
R (Brown : 16 ). Dengan demikian, himpunan Gn R
A M n R det A invertibel di R .

sebagai: Gn R
A M n R det A

himpunan Gn R

1

Gn R ,

dan

jika

R

dapat dinyatakan


Selanjutnya
merupakan

himpunan

lapangan,

maka

A M n R det A 0 . Sifat determinan yang lain , antara lain:

det( AB) det A. det B untuk setiap A, B

Mn R

dan det A

1


(det A)

1

untuk

setiap A M n R ( Brown :16 ).
Untuk suatu semigrup S , S 0
dan S 0

S

S jika semigrup S memuat elemen nol

0 jika semigrup S tidak memuat elemen nol. Suatu semigrup S

dikatakan admit struktur ring jika terdapat suatu operasi + pada S 0 sedemikian
sehingga S 0 , ,. membentuk struktur ring ( Kemprasit & Siripitukdet : 409 ). Dari
definisi tersebut, maka semigrup M n R merupakan admit struktur ring terhadap
operasi standar penjumlahan matriks.

Dalam tulisan ini diselidiki sifat subsemigrup

Gn R maupun himpunan

bagian dari Gn R , yaitu himpunan semua matriks yang determinannya

1.

2. Pembahasan
Lemma berikut menyatakan salah satu sifat semigrup M n ( R),. , dengan R
adalah daerah integral dengan karakteristiknya tidak sama dengan dua, yang akan
berguna untuk pembuktian pada teorema selanjutnya:

2

Lemma 2.1. ( Yupaporn & Siripitukdet: 410 ). Misalkan R adalah daerah integral
dengan karakteristiknya tidak sama dengan dua. Jika
sehingga AB BA untuk setiap B M n ( R) dengan det B

A M n ( R) sedemikian


1 , maka A aI untuk

suatu a R dengan I adalah matriks identitas n n atas R .
Bukti:
Diketahui

:

Himpunan R adalah daerah integral dengan karakteristiknya tidak sama dengan dua.
Matriks A M n ( R) , AB BA untuk setiap B M n ( R) dengan det B
Dibuktikan

:

A aI untuk suatu a

Pembuktian

1


R dimana I adalah matriks identitas n n atas R .

:
Untuk membuktikan lemma ini, maka untuk setiap k 1,2,..., n
dibentuk

suatu

C (k )

matriks

M n ( R) ,

dengan

entri-entrinya

didefinisikan sebagai berikut:


1 jika i j k
1, , jika i j k
0, untukyanglain

Cij(k )

1 0 ...
0 1 ...
.... .... ...
0 0 ...

Sehingga diperoleh C (1)

dan C ( n )

1 0 ...
0 1 ...
.... .... ...
0 0 ...


0
0
.
...
1

3

0
0
, C ( 2)
...
1

1 0 ...
0
1 ...
.... .... ...
0 0 ...

0
0
...
1

Dengan demikian diperoleh: det C ( k )
Menurut yang diketahui, dipenuhi:

1 untuk setiap k 1,2,..., n .
AC ( k )

C ( k ) A untuk setiap

k 1,2,..., n . Selanjutnya, jika i, j 1,2,..., n dan i
AC ( j ) ij

n
k 1

AikCkj( j )

k 1

Aij , atau 2 Aij

Sehingga diperoleh Aij
Aij

n

Aij dan C ( j ) A ij

j diperoleh:

( j)
Cik
Akj

Aij

0 . Dengan mengingat

R dan R adalah daerah integral dengan karakteristik tidak

sama dengan dua, maka persamaan tersebut hanya dipenuhi untuk
Aij

0 untuk setiap i, j 1,2,..., n dan i

Selanjutnya, untuk setiap
D (k )

dibentuk

k 1,2,..., n

suatu matriks

M n ( R) dengan entri-entrinya didefinisikan sebagai berikut:

1 jika
i j
1 jika i 1, j k
0 untuk ya ng la in

Dij( k )

1 0 ...
0 1 ...
.... .... ...
0 0 ...

Sehingga

1
0
...
0

D (1)

Sehingga:

D (n)

j.

0
1
...
0

...
...
...
...

0
0
,
...
1

D ( 2)

1 1 ...
0 1 ...
.... .... ...
0 0 ...

1
0
.
...
1

det D ( k )

1

untuk setiap

diketahui, maka dipenuhi: AD (k )

k 1,2,..., n . Menurut yang

D (k ) A untuk setiap k 1,2,..., n ,

dan diperoleh juga:
AD (i ) ii

n
k 1

Aik Dki(i )

dan D (i ) A ii

Aii

Sehingga diperoleh A11
Dari kondisi Aij

0
0
,…
...
1

A22

0 untuk i

4

...

n
k 1

(i )
Dik
Aki

Aii

Ann .

j dan A11

A22

...

Ann , maka :

A11
A

0
...
0

0
A11
...
0

... 0
... 0
... ...
... A11

1
0
A11
...
0

Sehingga A aI , dengan a

0
1
...
0

...
...
...
...

0
0
...
1

A11I

A11 .


Sudah

dijelaskan

di depan

bahwa

M n ( R),.

membentuk

semigrup.

Sementara itu, dari himpunan M n ( R) dapat dibentuk suatu himpunan bagian, yaitu
himpunan semua matriks di M n ( R) yang mempunyai invers, atau invertibel.
Selanjutnya

himpunan

tersebut

A M n ( R) A invertibel .

Gn ( R)

M n ( R),. .

dinotasikan

dengan

Gn ( R) ,

sehingga

Himpunan ini merupakan subsemigrup dari

Teorema berikut menjamin bahwa himpunan semua matriks – matriks

yang invertible dengan determinannya

1 bukanlah suatu semigrup admit struktur

ring.
Teorema 2.1. ( Yupaporn & Siripitukdet: 411 ) Misalkan R adalah daerah integral
dengan karakteristiknya tidak sama dengan dua. Jika S subsemigrup dari Gn ( R)
yang memuat semua matriks A Gn ( R) dengan det A

1 , maka S bukan semigrup

admit struktur ring.
Bukti:
Diketahui

:

R adalah daerah integral dengan karakteristiknya tidak sama dengan dua.
S subsemigrup dari Gn ( R) yang memuat semua matriks

det A

A Gn ( R) dengan

1

Dibuktikan

: S bukan semigrup admit struktur ring

Pembuktian

: Misalkan terdapat operasi biner
S 0 , ,.

5

pada S 0 sedemikian sehingga

membentuk suatu ring. Jelas bahwa det I 1, sehingga I

S dengan

I adalah matriks identitas dengan ukuran n n atas daerah integral
R . Sehingga terdapat matriks A S sedemikian sehingga dipenuhi
I

A 0 , dan untuk setiap B S berlaku:
AB ( I

B

A) B 0

B( I

A)

B

BA

Hal ini berakibat AB BA untuk setiap B S . Dengan menggunakan
Lemma 2.1, maka dipenuhi A aI untuk suatu a R . Dengan
demikian dipenuhi juga I

aI

0.

M n ( R) , dengan entri-entrinya didefinisikan

Selanjutnya dibentuk C
sebagai berikut:

1
1
1
0

Cij

, jika
, jika
, jika
, untuk

i 1, j

2
i 2, j 1
i j 3
yang lain

yaitu:

0
1
0

0

C

Jelas

bahwa

Diketahui bahwa I

aI

0
0
1

0

aI , C 2

I, C

C

1
0
0

0

0 dan C







0
0
0

1
1,

sehingga

C

S.

aI , sehingga dipenuhi I

C

0.

I , det C

Diketahui bahwa S subsemigrup dari Gn ( R) , sehingga:
C (I

Dipenuhi pula
dipenuhi C

I

C

C)

C

C2

C

I

I

C

0 , sehingga persamaan tersebut hanya

I . Hal ini kontradiksi dari yang dibentuk., yaitu C

Akibatnya S bukan semigrup admit struktur ring


6

I.

Akibat dari Teorema 2.1 menyatakan bahwa grup Gn ( R) dan suatu subgrup
Gn ( R) , yaitu himpunan matriks di Gn ( R) yang determinannya adalah

1 bukan

merupakan semigrup admit struktur ring. Selengkapnya diberikan sebagai berikut:
Akibat 2.1. Jika R adalah daerah integral dengan karakteristik tidak sama dengan
dua, maka Gn ( R) dan subgrup Gn ( R) , yaitu himpunan matriks di Gn ( R) yang
determinannya adalah

1 bukan merupakan semigrup admit struktur ring.

Bukti:
Diketahui

: R daerah integral dengan karakteristik tidak sama dengan dua,
Gn ( R) suatu grup

U

A Gn ( R) det A

1

Dibuktikan

: Gn ( R) dan A Gn ( R) det A

Pembuktian

:
Diketahui

Gn ( R)

1 bukan semigrup admit stuktur ring

suatu

grup,

maka

dengan

sendirinya

merupakan semigrup, yang sekaligus merupakan subsemigrup
trivialnya.
U

Diketahui

pula

Gn ( R)

memuat

1 . Sehingga menurut Teorema 2.1

A Gn ( R) det A

berakibat Gn ( R) bukan merupakan semigrup admit struktur ring.
Diketahui

U

A Gn ( R) det A

1

suatu

subgrup,

maka

dengan sendirinya merupakan subsemigrup. Jelas bahwa U
memuat semua matriks dengan determinannya
menurut Teorema 2.1 berakibat

U

1 . Sehingga

A Gn ( R) det A

1

bukan merupakan semigrup admit struktur ring.


7

DAFTAR PUSTAKA
[1] Adkins & Weintraub. 1992. Algebra: An Approach via Module Theory. SpringerVerlag, New York.
[2] Brown, W.C. 1993. Matrices Over Commutative Rings. Marcel Dekker, Inc, New
York.
[2] Kemprasit, Y and Siripitukdet, M. 2002. Matrix Semigroup Admitting Ring
Structure. Bulletin Calcutta Mathematics Soc. Volume 5 (2002) 409 - 412

8