Teorema Titik Tetap Pemetaan Kontraktif Lemah dan Pemetaan Kannan Lemah pada Ruang Metrik Parsial
TUGAS AKHIR
Oleh: Annisa Rahmita Soemarsono 1212100029
Dosen Pembimbing : Sunarsini, S.Si, M.Si Drs. Sadjidon, M. Si JURUSAN MATEMATIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2016 Teorema Titik Tetap Pemetaan Kontraktif Lemah dan Pemetaan Kannan
Lemah pada Ruang Metrik Parsial
Fixed point theorem on weakly contractive mapping and weakly kannan mapping in partial metric spaceTUGAS AKHIR
Apa yang telah dikerjakan? Mengapa mengerjakannya? Bagaimana mengerjakannya? Hasil yang diperoleh
Abstrak
TUGAS AKHIR
Latar Belakang Masalah TUGAS AKHIR
Rumusan Masalah Bagaimana keberadaan dan ketunggalan titik tetap pada pemetaan kontraktif lemah dan pemetaan Kannan lemah di ruang metrik parsial. TUGAS AKHIR
TUGAS AKHIR
Batasan Masalah Hanya membahas teorema titik tetap pada pemetaan kontraktif lemah dan pemetaan Kannan lemah di ruang metrik parsial 0,1 ⊂ ℝ.
Tujuan Menyelidiki keberadaan dan ketunggalan titik tetap pada ruang metrik parsial dengan menggunakan teorema titik tetap pada pemetaan kontraktif lemah dan pemetaan Kannan lemah di ruang metrik parsial. TUGAS AKHIR
TUGAS AKHIR
Manfaat
- Memperluas pengetahuan tentang konsep ruang metrik parsial dan teorema-teorema titik tetap pada ruang metrik parsial lengkap
- Sebagai bahan acuan dalam melakukan penelitian selanjutnya yang berkaitan dengan perluasan ruang metrik parsial dan teorema titik tetap pada ruang metrik parsial.
- Sebagai landasan dalam pembuatan aplikasi di bidang matematika maupun di luar bidang Matematika yang membutuhkan konsep ruang metrik parsial dan teorema titik tetap pada ruang metrik parsial.
Ruang Metrik TUGAS AKHIR Ruang Metrik Parsial
VS , =
, ≠
TUGAS AKHIR
Ruang Metrik Ruang Metrik Parsial , = 0 jika dan hanya jika = Jika , = 0 maka = . Hal ini tidak berlaku untuk kondisi sebaliknya Definisi Ruang Metrik Parsial Definisi Ruang Metrik
PROPOSAL TUGAS AKHIR
Penelitian Terdahulu Contractive Maps and Weakly Fixed Point Theory in Partial On Fixed Point Theory in Elementary Domain Partial Spaces Metric A Partial Metric Space Topology Metric Continuation Method for Weakly Kannan Maps
TUGAS AKHIR
Ruang Metrik Definisi 2.2.1 [3] Diberikan himpunan tak kosong . Fungsi : x → ℝ dikatakan metrik pada jika untuk setiap , , ∈ memenuhi (D1) ( , ) ≥ 0; (D2)
, = 0 jika dan hanya jika = ;
(D3) , = , ; (D4) , ≤ , + , . Pasangan , dikatakan sebagai ruang metrik.TUGAS AKHIR
Ruang Metrik Contoh 2.2.2 [3] Diberikan himpunan ℝ . Fungsi : ℝ x ℝ → ℝ yang didefinisikan sebagai , = − untuk setiap x, y ∈ ℝ adalah metrik pada ℝ.
TUGAS AKHIR
Ruang Metrik Definisi 2.2.3 [3] Diberikan ruang metrik. Pemetaan ,
: → dinamakan pemetaan kontraktif jika terdapat ∈ ℝ, 0 ≤ < 1 sedemikian hingga
( ), ( ) ≤ ( , ) untuk setiap , ∈ .
TUGAS AKHIR
Ruang Metrik Definisi 2.2.4 [5] Diberikan ( , ) ruang metrik. Pemetaan : → dinamakan pemetaan kontraktif lemah jika terdapat ̅: x → ) 0,1 sedemikian hingga untuk setiap 0 ≤ ≤ , sup , : ≤ , ≤ < 1 dan
( ), ( ) ≤ , ( , ) untuk setiap , ∈ .
TUGAS AKHIR
Ruang Metrik Definisi 2.2.5 [6] Diberikan ruang metrik. Pemetaan ,
: → dinamakan pemetaan Kannan jika terdapat ∈ ℝ, 0 ≤ < 1 sedemikian hingga ( ), ( ) ≤ , ( ) + , ( ) untuk setiap , ∈ .
2
TUGAS AKHIR
Ruang Metrik Definisi 2.2.6 [7] Diberikan ruang metrik. Pemetaan ,
: → dinamakan pemetaan Kannan lemah jika terdapat : x → ) 0,1 sedemikian hingga untuk setiap
0 ≤ ≤ , sup , : ≤ , ≤ < 1 dan
,
( ), ( ) ≤ , ( ) + , ( )2
untuk setiap, ∈ .
TUGAS AKHIR
Ruang Metrik Parsial Definisi 2.3.1 [4]
- Diberikan himpunan tak kosong
dikatakan . Fungsi : x → ℝ metrik parsial pada jika untuk setiap , , ∈ memenuhi (P1) = jika dan hanya jika , = , = , ; (P2) ( , ) ≤ , ; (P3) , = , ; (P4) , ≤ , + , − , . Pasangan , dikatakan sebagai ruang metrik parsial.
TUGAS AKHIR
Ruang Metrik Parsial Contoh 2.3.2 [2]
Diberikan himpunan . Fungsi x didefinisikan ℝ : ℝ ℝ → ℝ
- sebagai
adalah metrik , = , untuk setiap x, y ∈ ℝ
- parsial pada .
ℝ
Ruang Metrik Parsial TUGAS AKHIR Definisi 2.3.3 [4] Diberikan
, adalah ruang metrik parsial dan { } adalah barisan pada untuk setiap ∈ ℕ, maka i. { } konvergen ke titik ∈ pada , jika dan hanya jika
, = lim →∞
( , ) untuk setiap ∈ ℕ; ii. { } disebut barisan Cauchy pada , jika lim
, →∞ ( , ) ada dan berhingga untuk setiap
, ∈ ℕ; iii. , dikatakan lengkap jika setiap barisan Cauchy { } pada konvergen ke titik ∈ sehingga , = lim
, →∞ ( , ) untuk setiap , ∈ ℕ.
TUGAS AKHIR
Ruang Metrik Parsial Definisi 2.3.4 [4] Diberikan , ruang metrik parsial. Pemetaan : → dinamakan pemetaan kontraktif jika terdapat ∈ ℝ, 0 ≤ < 1 sedemikian hingga
( ), ( ) ≤ ( , ) untuk setiap , ∈ .
TUGAS AKHIR
Teorema Titik Tetap Teorema 2.4.1 [3] Diberikan , ruang metrik lengkap. Jika : → adalah pemetaan kontraktif, maka memiliki titik tetap yang tunggal.
TUGAS AKHIR
Teorema Titik Tetap Teorema 2.4.2 [5] Diberikan , ruang metrik lengkap. Jika : → adalah pemetaan
∗ kontraktif lemah, maka dan memiliki titik tetap yang tunggal
∗ konvergen ke untuk setiap ∈ .
∈ℕ
TUGAS AKHIR
Teorema Titik Tetap Teorema 2.4.3 [6] Diberikan , ruang metrik lengkap. Jika : → adalah pemetaan
∗ Kannan, maka dan memiliki titik tetap yang tunggal
∈ℕ ∗ konvergen ke untuk setiap ∈ .
TUGAS AKHIR
Teorema Titik Tetap Teorema 2.4.4 [7] Diberikan , ruang metrik lengkap. Jika : → adalah pemetaan
∗ Kannan lemah, maka dan memiliki titik tetap yang tunggal
∗ konvergen ke untuk setiap ∈ .
∈ℕ
TUGAS AKHIR
Teorema Titik Tetap Teorema 2.4.5 [4] Diberikan , ruang metrik parsial lengkap. Jika : → adalah pemetaan kontraktif, maka memiliki titik tetap yang tunggal.
TUGAS AKHIR
TUGAS AKHIR
Teorema 4.1.1 Diberikan
, ruang metrik parsial. Jika fungsi : x → ℝ dengan , = 2 , − , − ,
(4.1)
untuk setiap
, ∈ , maka
adalah metrik pada . Bukti: (P2) dan (P3)
→ (D1) (P2), (P3) dan (P1)
→ (D2) (P3)
→ (D3) (P4)
→ (D4) TUGAS AKHIR
TUGAS AKHIR
Lemma 4.1.2 Diberikan ruang metrik, dengan
, ruang metrik parsial dan ,
adalah metrik yang didefinisikan pada (4.1). Barisan adalah barisan
{ }
∈ℕ Cauchy pada
, jika dan hanya jika { } adalah barisan Cauchy pada . ,
TUGAS AKHIR
Lemma 4.1.3 Diberikan ruang metrik, dengan
, ruang metrik parsial dan , adalah metrik yang didefinisikan pada (4.1).
, dikatakan lengkap jika dan
hanya jika lengkap. Sehingga, jika diberikan barisan pada
, { }
∈ℕ
, maka untuk ∈ , ( , ) = 0 jika dan hanya jika , =
→∞ ( , ) = ( , ). →∞ , →∞ Teorema 4.1.4 Diberikan
- dengan
, ruang metrik. Jika fungsi : x → ℝ
- ,
, =
2
untuk setiap
, ∈ , maka
adalah metrik parsial pada . Bukti: (D2)
→ (P1) (D1) dan (D2)
→ (P2) (D3)
→ (P3) (D4)
→ (P4) TUGAS AKHIR
TUGAS AKHIR
Definisi 4.2.1 Diberikan
, ruang metrik parsial. Pemetaan : → dinamakan pemetaan
kontraktif lemah jika terdapat sedemikian hingga untuk setiap
: x → ) 0,1 0 ≤ ≤ ,
, : ≤ , ≤ < 1
dan
( ), ( ) ≤ , ( , )
untuk setiap , ∈ .TUGAS AKHIR
Contoh 4.2.2
Diberikan metrik parsial, dengan : 0,1 x 0,1 → 0,1 didefinisikan sebagai untuk setiap
, = , 2 , ∈ 0,1 . Jika fungsi : 0,1 → untuk setiap 0,1 dengan = ∈ 0,1 dan fungsi : 0,1 x 0,1 → ) 0,1
2
1
dengan untuk setiap , = , ∈ 0,1 , maka merupakan pemetaan
2
kontraktif lemah pada ruang metrik parsial 0,1 ,
TUGAS AKHIR
Contoh 4.2.3
Diberikan fungsi : 0,1 x 0,1 → 0,1 dengan , = − untuk setiap
, ∈ 0,1 dan adalah metrik parsial, : 0,1 x 0,1 → 0,1 yang didefinisikan sebagai , = , untuk setiap , ∈ 0,1 . Jika fungsi 2 dengan untuk setiap dan fungsi
: 0,1 → 0,1 = ∈ 0,1
2
1
untuk setiap : 0,1 x 0,1 → ) 0,1 dengan , = , ∈ 0,1 , maka
2 bukan merupakan pemetaan kontraktif lemah pada ruang metrik .
0,1 ,
TUGAS AKHIR
Definisi 4.2.4 Diberikan
, ruang metrik parsial. Pemetaan : → dinamakan
pemetaan Kannan lemah jika terdapat
: x → ) 0,1 sedemikian hingga
untuk setiap
0 ≤ ≤ , , : ≤ , ≤ < 1
dan
, ( ), ( ) ≤ , ( ) + , ( )
2
untuk setiap , ∈ .
TUGAS AKHIR
Contoh 4.2.5
Diberikan metrik parsial, dengan : 0,1 x 0,1 → 0,1 yang didefinisikan sebagai
, = , untuk setiap , ∈ 0,1 . Jika fungsi : 0,1 → 2 untuk setiap 0,1 dengan = ∈ 0,1 dan fungsi : 0,1 x 0,1 →
- 1
) 0,1 dengan
, , , ≠ 0
, = ,
, , = 0 untuk setiap , ∈ 0,1 , maka merupakan pemetaan Kannan lemah pada ruang metrik parsial
0,1 , .
TUGAS AKHIR
Contoh 4.2.6
Diberikan metrik, dengan : 0,1 x 0,1 → 0,1 didefinisikan sebagai
, = − untuk setiap , ∈ 0,1 . Jika fungsi : 0,1 → 0,1 dengan 2 untuk setiap = ∈ 0,1 dan fungsi : 0,1 x 0,1 → ) 0,1 dengan
- 1
, , , ≠ 0
, = ,
, , = 0 untuk setiap , ∈ 0,1 dengan metrik parsial, : 0,1 x 0,1 → 0,1 yang didefinisikan sebagai
, = , untuk setiap , ∈ 0,1 , maka bukan merupakan pemetaan Kannan lemah pada ruang metrik .
0,1 ,
TUGAS AKHIR
Lemma 4.3.1 Diberikan
, ruang metrik parsial lengkap dan : → merupakan
pemetaan sedemikian hingga terdapat dengan
: x → 0,1 , : ≤ , ≤ < 1 untuk setiap 0 ≤ ≤ , dan 1 ,
, ≤ , , ,
2
- ,
untuk setiap dengan
, ∈ . Jika ∈ memenuhi barisan =
, maka
=
−1
, ≤ , ,
- 1 −1 −1
untuk setiap ∈ ℕ.
TUGAS AKHIR
Lemma 4.3.2 Diberikan
, ruang metrik parsial lengkap dan : → merupakan
pemetaan sedemikian hingga terdapat dengan
: x → 0,1 , : ≤ , ≤ < 1 untuk setiap 0 ≤ ≤ , dan 1 ,
, ≤ , , ,
2
- ,
untuk setiap barisan pada
, ∈ . Jika , dengan =
- 1 ∈ℕ
dan , maka konvergen ke
= ≠ ,
−1
- 1 +1 ∈ℕ
- 1 →∞
bilangan real = 0 dengan kata lain , = 0.
TUGAS AKHIR
Lemma 4.3.3 Diberikan
, ruang metrik parsial lengkap dan : → merupakan
pemetaan sedemikian hingga terdapat dengan
: x → 0,1 , : ≤ , ≤ < 1 untuk setiap 0 ≤ ≤ , dan 1 ,
, ≤ , , ,
2
- ,
∗ untuk setiap
, ∈ . Fungsi dikatakan memiliki titik tetap ∈ jika
∗ ∗ ∗ ∗ .
, = 0 sehingga berakibat =
TUGAS AKHIR
Lemma 4.3.4 Diberikan
, ruang metrik parsial lengkap dan : → merupakan
pemetaan sedemikian hingga terdapat dengan
: x → 0,1 , : ≤ , ≤ < 1 untuk setiap 0 ≤ ≤ , dan 1 ,
, ≤ , , ,
2
- ,
∗ untuk setiap
, ∈ . Fungsi dikatakan memiliki titik tetap tunggal =
∗
∈ jika terdapat titik tetap yang lain, misal ∈ , sedemikian hingga
∗ ∗ ∗ , = 0 atau = = ∈ .
TUGAS AKHIR
Teorema 4.3.5 (Teorema Pemetaan Kontraktif Lemah dan Pemetaan Kannan Lemah pada Ruang Metrik Parsial) Diberikan
≠ ∅. Jika , adalah ruang metrik parsial lengkap dan : →
merupakan pemetaan sedemikian hingga terdapat
: x → 0,1 dengan , : ≤ , ≤ < 1 untuk setiap 0 ≤ ≤ , sehingga
,
1
(4.19) , ≤ , , ,
2
- ,
∗ untuk setiap
, ∈ , maka memiliki titik tetap yang tunggal ∈ dan
∗ barisan konvergen ke
∈ untuk setiap ∈ sehingga
0 ∈ℕ ∗ ∗
, = 0.
TUGAS AKHIR
Teorema 4.3.5
Bukti: Langkah 1: Ditunjukkan bahwa untuk setiap
, ∈ memenuhi (4.19). Diambil sembarang dengan dan
∈ . Didefinisikan barisan = = ≠
−1
untuk setiap ∈ ℕ. Misalkan, = = dan = =
- 1
−1 +1
= = , maka berdasarkan Lemma 4.3.1, diperoleh
−1
bahwa dengan
, ≤ , , 0 ≤ , ≤ 1 ,
- 1 −1 −1
−1
artinya untuk setiap , ∈ memenuhi (4.19). Karena 0 ≤ , ≤ 1,
−1
akibatnya barisan tidak naik, sehingga barisan tersebut
,
- 1 ∈ℕ
−1 ∈ℕ
konvergen ke bilangan real = inf , = 0.
TUGAS AKHIR
Teorema 4.3.5
Langkah 2: ditunjukkan bahwa barisan konvergen ke
, = 0 . Jika
- 1 ∈ℕ
barisan pada dan
, dengan = = ≠
- 1 ∈ℕ
−1
, maka dari Lemma 4.3.2, terlihat bahwa konvergen ke ,
=
- 1
- 1 ∈ℕ 0 dengan kata lain lim , = 0.
- 1 →∞
TUGAS AKHIR
Teorema 4.3.5 Ditunjukkan bahwa adalah barisan Cauchy pada Langkah 3:
ditunjukkan bahwa adalah barisan Cauchy pada dengan adalah metrik
, . Terlebih dahulu, yang didefinisikan pada (4.1). Berdasarkan Lemma 4.3.2, , lim , = 0 ,- 1 sehingga
→∞ lim , = 0 sebab
- 1 →∞ untuk setiap , ≤ 2 , ∈ ℕ. (4.20) Karena +1 +1 adalah metrik parsial, maka memenuhi (P2) sehingga untuk setiap ∈ ℕ, , (4.21) , ≤ , maka diperoleh<
+1
lim , = 0.
→∞
- 1−1 >&l
- ≤ 2 ,
- ⋯ + 2 ,
- −1
- −1
1 sup −1 , : 0≤ −1 , ≤ , 1 1−sup −1 , :
≤ 2 ,
1
, ≤ ,
−1
, : 0 ≤
−1
sup
1 =
≤ 2 ,
1
, ≤ ,
−1
−1
, : 0 ≤
sup
1
1
, ≤ ,
−1
, : 0 ≤
−1
sup
1
,
,
adalah metrik sehingga memenuhi (D4). Dari (4.15) dan (4.20), maka untuk ∈ ℕ,
Teorema 4.3.5
0≤ −1 , ≤ , 1 TUGAS AKHIR
TUGAS AKHIR
Teorema 4.3.5 dengan sup , : 0 ≤ , ≤ ,
−1 −1
1 ,
1 1 − sup , : 0 ≤ , ≤ , merupakan jumlahan dari semua suku deret geometri −1 −1
1
- −1
, :
−1
sup,
1
0 ≤ , ≤ ,
−1
1 yang memiliki suku awal, yaitu =
sup , : 0 ≤ , ≤ , ,
dan rasionya adalah −1 −11
1 sup , : 0 ≤ , ≤ , < 1). Hal ini menunjukkan bahwa adalah barisan Cauchy pada untuk setiap −1 −1
1 adalah barisan Cauchy , ∈ untuk setiap ℕ. Berdasarkan Lemma 4.1.2, diperoleh bahwa , ∈ ℕ.
TUGAS AKHIR
Teorema 4.3.5 Langkah 4: Ditunjukkan bahwa konvergen ke ∗
parsial lengkap, dari Lemma 4.1.3, diperoleh bahwa merupakan ruang metrik lengkap,
∈ pada , . Karena , adalah ruang metrik , sehingga ∗ lim , = 0 jika dan hanya jika→∞ ∗ ∗ ∗ (4.22) , = lim , = lim ,
→∞ , →∞ untuk setiap konvergen ke ∗
setiap Karena adalah barisan Cauchy pada , maka diperoleh
, ∈ ℕ. Hal ini menunjukkan bahwa ∈ pada , untuk ∈ ℕ ., lim , = 0 untuk , ∈ ℕ. Dari (4.21), diperoleh lim , = 0, dan dari definisi , →∞
→∞ pada (4.1), diperoleh ∗ ∗ lim , = 0 sehingga (4.22) menjadi , =
, →∞ ∗ lim , = lim , = 0 untuk setiap , ∈ ℕ.
→∞ , →∞
TUGAS AKHIR
Teorema 4.3.5
Langkah 5: Dibuktikan bahwa memiliki titik tetap pada , . Karena memenuhi (4.19)
∗
untuk setiap , ∈ , maka berdasarkan Lemma 4.3.3, memiliki titik tetap ∈
∗ ∗ ∗ ∗
. Karena sedemikian hingga , = 0 sehingga berakibat =
∗ ∗
memiliki titik tetap konvergen ke
∈ , maka barisan = ∈
0 ∈ℕ ∗ ∗
untuk setiap ∈ atau , = 0.
TUGAS AKHIR
Teorema 4.3.5
Langkah 6:
∗ ∗
Dibuktikan bahwa memiliki titik tetap tunggal = ∈ pada , . Karena memenuhi (4.19) untuk setiap , ∈ , maka berdasarkan Lemma
∗ ∗
4.3.4, memiliki titik tetap yang tunggal = ∈ .
TUGAS AKHIR
Contoh 4.3.6
Diberikan 0,1 , ruang metrik parsial lengkap dengan : 0,1 x 0,1 → 0,1 yang didefinisikan sebagai
, = , untuk setiap , ∈ 0,1 . Jika fungsi untuk setiap
: 0,1 → 0,1 dengan = ∈ 0,1 dan fungsi
8
1
untuk setiap : 0,1 x 0,1 → 0,1 dengan , = , ∈ 0,1 , maka
2 ∗
memiliki titik tetap tungggal = 0 ∈ 0,1 .
TUGAS AKHIR
Kesimpulan Jika diberikan
≠ ∅ dan adalah metrik parsial pada , maka fungsi ∶ x → ℝ dengan , = 2 , − , − , untuk setiap
, ∈ adalah metrik pada . Jika diberikan
≠ ∅ dan adalah metrik pada , maka fungsi ∶ x →
- dengan ℝ
- , , =
2 untuk setiap , ∈ adalah metrik parsial pada .
TUGAS AKHIR
Kesimpulan Pemetaan kontraktif lemah dan pemetaan Kannan lemah pada ruang metrik
parsial menjamin keberadaan dan ketunggalan titik tetap.
Jika terdapat pemetaan kontraktif lemah pada ruang metrik parsial, maka
belum tentu pemetaan tersebut juga merupakan pemetaan kontraktif lemah
pada ruang metrik.Jika terdapat pemetaan Kannan lemah pada ruang metrik parsial, maka belum
tentu pemetaan tersebut juga merupakan pemetaan Kannan lemah pada ruang
metrik.TUGAS AKHIR
Saran
Perlu ditambahkan contoh metrik parsial selain yang didefinisikan sebagai
- x , .
: ℝ ℝ → ℝ , = max , untuk setiap , ∈ ℝ
Perlu diberikan contoh pemetaan yang memberikan analogi antara pemetaan
kontraktif dan pemetaan kontraktif lemah serta analogi antara pemetaan
Kannan dan pemetaan Kannan lemah.TUGAS AKHIR
[1] Samet, Bessem, Calogero V, Francesca V. 2013. From Metric Spaces to 11. Partial Metric Spaces. Fixed Point Theory and Aplications 2013, 2013:5, 1- D A F [2] Alghamdi, Maryam A, Naseer S, Oscar V. 2012. On Fixed Point Theory in Partial Metric Spaces. Fixed Point Theory and Applications 2012, R A T 2012:175, 1-25. [3] Kreyszig, E. 1978. Introductory Functional Analysis with Aplication. John Wiley and Sons, Inc.Canada, 30, 300. U P [5] Dugundji, J dan A. Granas. 1978. Weakly Contractive Maps and [4] Matthews, SG. 1994. Partial Metric Topology. Annals of the New York Academy of Sciences, 183 - 197. A T S 141-151. Elementary Domain Invariance Theorem*. Bull. Greek Math. Soc. 19, A Mathematical Society, Vol. 60, 71-76. K [7] Ariza-Ruiz, D dan Antonio Jim [6] Kannan, R. 1968. Some Results On Fixed Points. Bulletin of the Calcutta for Weakly Kannan Maps. Fixed Point Theory and Applications, Volume nez-Melado. 2010. A Continuation Method
Terima Kasih