Polinomial Kombinatorik

POLINOMIAL KOMBINATORIK

DISERTASI

Oleh
MARDININGSIH
098110007/Ilmu Matematika

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2013

POLINOMIAL KOMBINATORIK

DISERTASI

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat
Untuk Memperoleh Gelar Doktor dalam
Program Studi Doktor Ilmu Matematika pada
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Sumatera Utara

Oleh
MARDININGSIH
098110007/Ilmu Matematika

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2013

Judul Disertasi
Nama Mahasiswa
Nomor Pokok
Program Studi

:
:
:
:


POLINOMIAL KOMBINATORIK
Mardiningsih
098110007
Doktor Ilmu Matematika

Menyetujui,
Komisi Pembimbing

(Prof. Dr. Opim Salim S, M.Sc)
Promotor

(Prof. Dr. Saib Suwilo, M.Sc)
Co-Promotor

Ketua Program Studi

(Prof. Dr. Herman Mawengkang)

Tanggal lulus: 24 Juli 2013


(Prof. Dr. Tulus, M.Si)
Co-Promotor

Dekan

(Dr. Sutarman, M.Sc)

Telah diuji pada
Tanggal 24 Juli 2013

PANITIA PENGUJI DISERTASI
Ketua
Anggota

: Prof. Dr. Opim Salim S, M.Sc
: 1. Prof. Dr. Saib Suwilo, M.Sc
2. Prof. Dr. Tulus, M.Si
3. Prof. Dr. Herman Mawengkang
4. Dr. Sutarman, M.Sc

5. Dr. Marwan Ramli, M.Si

PERNYATAAN

Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa segala pernyataan dalam disertasi saya yang berjudul:
POLINOMIAL KOMBINATORIK
Merupakan gagasan atau hasil penelitian disertasi saya sendiri dengan pembimbingan para komisi pembimbing, kecuali yang dengan ditunjukkan rujukannya. Disertasi ini belum pernah diajukan untuk memperoleh gelar pada program
sejenis di perguruan tinggi lainnya.
Semua data dan informasi yang digunakan telah dinyatakan secara jelas dan
dapat diperiksa kebenarannya.
Medan, Juli 2013
Penulis,

Mardiningsih

i

ABSTRAK
Polinomial kombinatorik merupakan masalah optimisasi yang berasal dari
masalah kombinatorial yang berbentuk pemrograman polinomial dan integer.

Penelitian ini menyajikan syarat agar suatu polinomial kombinatorik mempunyai
penyelesaian. Syarat eksistensi (adanya) nilai optimum dapat diperoleh dengan
memberikan batasan pada variabel keputusan dan menggunakan sifat-sifat himpunan penyelesaian (polihedra) dari model yang diberikan, dan menggunakan
definisi kekonvekan fungsi pada bilangan bulat.
Kata kunci: Polinomial kombinatorik, Polihedra, Nilai optimum

ii

ABSTRACT
The combinatoric polynomial comes from optimization problem combinatorial in form the nonlinear and integer programming. This reasearch present a
condition such that the combinatoric polynomial has solution. Existence of optimum value will be found by restriction of decision variable and properties of
feasible solution set and definition convexity at integer. Through this condition,
the optimum value could be known.
Keywords: Combinatoric polynomial, Polihedra, Optimum value.

iii

KATA PENGANTAR
Assalamualaikum Wr. Wb. Syukur Alhamdulilah, segala puji bagi Allah
atas segala limpahan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan disertasi yang berjudul Polinomial Kombinatorik.

Dalam meyelesaikan disertasi ini penulis telah banyak mendapat bantuan
dan bimbingan, baik moril maupun material dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini juga dengan segala kerendahan hati, penulis sampaikan ucapan terima
kasih kepada:

1. Bapak Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM&H, MSc(CTM). Sp.A(K)
selaku Rektor Universitas Sumatera Utara, yang telah memberikan kesempatan dan bantuan dana kepada penulis untuk mengikuti Program Studi
Doktor Ilmu Matematika, Fakultas MIPA, Universitas Sumatera Utara.
2. Bapak Dr. Sutarman, M.Sc selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara, dan komisi penguji yang
telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk menjadi peserta Program Doktor Ilmu Matematika angkatan 2009, dan telah memberikan masukan dan saran hingga selesainya disertasi ini.
3. Bapak Prof. Dr. Herman Mawengkang selaku Ketua Program Studi S3 Ilmu
Matematika, dan selaku komisi penguji. Atas keiklasan dan kesabaran serta
ketulusan hati dalam memberi bimbingan dan dorongan dari awal hingga
selesainya disertasi ini.
iv

4. Bapak, Prof. Dr. Opim Salim Sitompul, M.Sc selaku Promotor, atas ketulusan hati dan keiklasan dalam membimbing dan mendukung dan mengarahkan penulis pada pembahasan isi dan penulisan hingga selesainya disertasi ini.
5. Bapak Prof. Dr. Tulus, M.Si selaku Co-Promotor dengan ketulusan hati
dan memberi motivasi, mendukung dan mengarahkan penulis untuk masalah penulisan karya ilmiah serta membimbing penulis dalam menyelesaikan
disertasi ini.

6. Bapak Prof. Dr. Saib Suwilo, M.Sc selaku Co-Promotor yang atas keiklasan dan ketulusan hati dalam memberi masukan dan arahan, mengenai isi
disertasi ini.
7. Bapak Dr. Marwan Ramli, M.Si selaku komisi penguji yang atas keiklasan
dan ketulusan hati dalam memberi masukan dan arahan, mengenai isi disertasi ini.
8. Seluruh Staf Pengajar Program Studi S3 Ilmu Matematika dan staf pengajar
Departemen Matematika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara.
9. Buat sahabat-sahabatku, dan seluruh teman-teman S-3 Ilmu Matematika
yang tidak disebutkan satu persatu, yang memberi semangat dan dorongan
dan doanya kepada penulis.
10. Saudari Misiani S.Si dan Staf Administrasi Program Doktor Ilmu Matemav

tika serta Staf Administrasi Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan
Alam Universitas Sumatera Utara.

Secara khusus penulis menyampaikan terimakasih kepada Alm. Ayahanda
dan Almh. Ibunda tercinta, yang telah tak terhingga banyaknya mendidik tentang
arti hidup dan mendoakan agar penulis berhasil dan manjadi orang yang bermanfaat. Penulis turut menyampaikan penghargaan dan terimakasih tak terhingga
yang sangat mendalam kepada suamiku tercinta dan anak-anakku tersayang, juga buat semua kakak-kakak dan adik-adikku yang sangat menyayangiku yang telah
memberikan support luar biasa demi keberhasilan pendidikan ini.

Akhir kata penulis, semoga pendidikan yang saya peroleh ini bermanfaat
untuk kebaikan umat manusia. Sekian maaf dan terimakasih.

Medan,

Juli 2013

Penulis,

Mardiningsih

vi

RIWAYAT HIDUP
Mardiningsih dilahirkan di Medan pada tanggal 5 april 1963, dari Ayah yang
bernama Wiryamiharja (Alm) dan Ibu bernama Markonah (almh) sebagai anak
bungsu dari delapan bersaudara. Pada tahun 1975 lulus SD Swasta Budisatrya
Medan. Pada tahun 1978 lulus SMP Swasta PAB Sampali. Pada tahun 1981
Lulus SMA swasta Josua Medan. Pada tahun 1986 Lulus Sarjana Matematika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.

Pada tahun 1999 memperoleh gelar Master Science pada Fakultas Matematika dan
Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Bandung. Selanjutnya pada tahun
2009 penulis mengikuti pendidikan S3 program studi Ilmu Matematika Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
Pada tahun 1988, penulis diterima sebagai staf pengajar di FMIPA USU,
dan sampai saat ini penulis memperoleh pangkat Lektor Kepala golongan IV/c di
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
Penulis menikah tanggal 1 Maret 1986, dan sampai saat ini telah dikaruniai
Allah SWT dengan tiga orang putra.

vii

DAFTAR SINGKATAN DAN NOTASI
a. R = Himpunan semua bilangan real
b. Z = Himpunan bilangan bulat
c. Z[x1, x2 , x3, . . . , xn ] = Z[x] adalah himpunan semua polinomial dengan n
variabel x1 , . . . , xn dan koefisien bilangan bulat
d. K[x1, x2, x3 , . . . , xn ] = K[x] adalah himpunan semua polinomial dengan n
variabel x1 , . . . , xn dan koefisien field K
e. Misalkan suatu field K dan bilangan bulat positif n, didefinisikan suatu

ruang Eucledian atas K berdimensi n adalah himpunan
K n = {(a1, . . . , an )|a1, . . . , an ∈ K}
Zn = {(a1 , . . . , an )|a1, . . . , an ∈ Z}
Rn = {(a1, . . . , an )|a1, . . . , an ∈ R}
f. Z+ = himpunan bilangan real positif = {x ∈ R|x ≥ 0}
g. Z+ = himpunan bilangan bulat positif = {x ∈ Z|x ≥ 0}
h. Conv (K) = Konveks hull dari K memuat titik-titik interior bilangan bulat
yang bukan elemen K
i. Kn = Graph komplit dengan n verteks
j. Himpunan tutup [a, b] = {x ∈ R|a ≥ x ≥ b}
k. ∅ = Himpunan kosong
l. ⊆ adalah himpunan bagian (subset)
viii

DAFTAR ISI
Halaman
PERNYATAAN

i


ABSTRAK

ii

ABSTRACT

iii

KATA PENGANTAR

iv

RIWAYAT HIDUP

vii

DAFTAR SINGKATAN DAN NOTASI

viii

DAFTAR ISI

ix

DAFTAR TABEL

xi

DAFTAR GAMBAR

xii

BAB 1 PENDAHULUAN

1

1.1 Latar Belakang

1

1.2 Tujuan penelitian

11

1.3 Manfaat Penelitian

11

1.4 Metodologi Penelitian

12

BAB 2 OPTIMISASI KOMBINATORIAL

14

2.1 Masalah Model Optimisasi Kombinatorial

14

2.2 Beberapa Masalah Optimisasi Kombinatorial

16

2.2.1 Himpunan stabil dan bilangan stabil

16

2.3 Hubungan Masalah Kombinatorial dengan Optimisasi Kombinatorial

18

2.4 Jaminan Nullstellensatz dan Optimisasi Kombinatorial

19

ix

2.5 Definisi dan Notasi

20

BAB 3 KRITERIA KEOPTIMALAN DARI MASALAH OPTIMISASI POLINOMIAL
22
3.1 Eksistensi Optimisasi Polinomial

22

3.2 Pengali Lagrange

25

3.3 Syarat Keoptimalan KARUSH-KUHN-TUCKER

25

3.4 Kekonvekan

27

3.5 Pendekatan Optimisasi Berkendala

28

3.5.1 Metode dasar

30

3.5.2 Variabel superbasic

32

3.5.3 Metode derivatif

34

3.5.4 Arah pencarian

37

3.5.5 Implementasi

39

3.5.6 Ringkasan prosedur

39

BAB 4 POLINOMIAL KOMBINATORIK

44

4.1 Definisi dan Notasi

44

4.2 Kekonvekan pada Bilangan Bulat

47

BAB 5 EKSISTENSI NILAI OPTIMUM POLINOMIAL KOMBINATORIK 52
5.1 Masalah Polinomial Kombinatorik

53

5.2 Himpunan Layak (Polihedra)

54

5.3 Eksistensi (keberadaan) Nilai Optimum

59

BAB 6 KESIMPULAN DAN PENELITIAN LANJUTAN

61

6.1 Kesimpulan

61

6.2 Penelitian Lanjutan

62

DAFTAR PUSTAKA

63
x

DAFTAR TABEL

Nomor

Judul

Halaman

1.1 Kompleksitas komputasi dengan dimensi fix

xi

10

DAFTAR GAMBAR

Nomor
3.1

Judul

Masalah partisi pada konstrain dan konsep variabel super basic

xii

Halaman
33