Metode Pengali Lagrange dan Aplikasinya dalam Bidang Ekonomi

BAB 2
LANDASAN TEORI

2.1 Pemrograman Non linier
Pemrograman non linier adalah suatu bentuk pemrograman yang berhubungan
dengan suatu perencanaan aktivitas tertentu yang dapat diformulasikan dalam
model matematika yang memuat fungsi tujuan non linier dan fungsi kendala linier
atau non linier. Hal ini didasarkan pada penemuan beberapa contoh penerapan
dalam dunia usaha bisnis yang menggunakan asumsi ketaklinieran dalam
,

,…,

membuat perencanaan. Bentuk umum dari pemrograman non linier adalah untuk
menentukan

Memaksimumkan/meminimumkan :
dengan kendala

di mana


,

,

,…,

, sehingga mencapai tujuan yaitu:

:

0

, ,

2.1

1,2, … ,

dan


merupakan fungsi-fungsi dengan n variabel keputusan.

2.2 Maksimum dan Minimum
Dalam program non linier tidak selamanya terdapat satu titik maksimum ataupun
minimum. Sebuah fungsi dapat memiliki lebih dari satu maksimum ataupun
minimum.
Suatu fungsi
jika

dikatakan memiliki maksimum lokal (maksimum relatif) di

lebih besar dari sembarang nilai

lainnya dari

dikatakan memiliki minimum lokal (minimum relatif) di
dari sembarang nilai
global) dari

lebih kecil


sekitar . Maksimum mutlak (maksimum

adalah nilai yang paling tinggi dari seluruh nilai-nilai fungsi

tersebut. Dengan kata lain,
jika

lain untuk

jika

sekitar , dan

dikatakan memiliki maksimum mutlak (global) di

untuk semua

di , di mana


adalah daerah asal (domain) dari

Universitas Sumatera Utara

7

dan

disebut nilai maksimum

(minimum global) dari

jika

dari

dan

. Sebaliknya, minimum mutlak


adalah nilai yang paling rendah dari seluruh nilai-nilai

fungsi tersebut. Dengan kata lain,
di

pada

untuk semua

dikatakan memiliki minimum mutlak (global)
di , di mana

disebut nilai minimum

adalah daerah asal (domain)

pada . Jika

memiliki maksimum atau


atau minimum dan memiliki kemiringan 0 di , maka

tidak memiliki maksimum

minimum lokal di , maka

adalah titik kritis . Jika

adalah titik belok (saddle

point) (Stewart, 1999). Dengan demikian suatu fungsi yang mempunyai titik
maksimum kurvanya berbentuk cembung ke atas dan fungsi yang mempunyai titik
minimum kurvanya berbentuk cembung ke bawah, diperlihatkan oleh Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Grafik Maksimum dan Minimum
Andaikan adalah titik kritis dari fungsi kontinu .
Uji Turunan Pertama

1. Jika


berubah dari positif ke negatif pada , maka

memiliki maksimum

lokal pada .
2. Jika

berubah dari negatif ke positif pada , maka

memiliki minimum

lokal pada .

Universitas Sumatera Utara

8

3. Jika

tidak berubah tanda dari positif ke negatif atau sebaliknya pada ,


maka

tidak memiliki maksimum ataupun minimum lokal pada .

Uji Turunan Kedua
0 dan

Andaikan

0, maka

kontinu dekat .

0, maka

0 dan

1. Jika
2. Jika


memiliki minimum lokal pada .
memiliki maksimum lokal pada .

Pada kasus suatu fungsi dengan satu variabel bebas nilai ekstrim dapat
dilukiskan dalam suatu grafik dengan dua dimensi. Titik maksimum dilukiskan
,

sebagai puncak suatu bukit dan titik minimum sebagai dasar suatu lembah.
Dengan dua variabel bebas, fungsi

merupakan bidang yang berada

dalam ruang berdimensi tiga. Meskipun titik maksimum dilukiskan sebagai
puncak bukit dan titik minimum dilukiskan sebagai dasar lembah, akan tetapi baik
bukit maupun lembah mempunyai sifat tiga dimensi.
,

Definisi 2.1:
Titik


,

dikatakan sebagai titik stasioner pada daerah asal fungsi

0 dan

,

!

0.

jika

Definisi 2.1, menyatakan bahwa syarat perlu adanya nilai ekstrim fungsi dua
variabel adalah fungsi

mempunyai turunan parsial pertama dan adanya titik


yang memenuhi turunan pertama sedemikian sehingga nilainya nol.
Andaikan
,

adalah fungsi dua variabel dari

0 dan

dan

sedemikian sehingga

0.

,

dan turunan-turunan parsial orde kedua kontinu. Andaikan pula bahwa

1.

2.

!!

!!

,
,

!

,

dikatakan sebagai nilai maksimum , jika:

,

dikatakan sebagai nilai minimum , jika:

,
,

!!

!!

0.

0.

,

,

"#

"#

!

!

,

,

$

$

0,

0,

dan

dan

,

0

atau

,

0

atau

Universitas Sumatera Utara

9
,

3.

!!

,

"#

bukan nilai ekstrim dan

,

,…,

!

,

$

,

0, uji gagal dan

,

disebut dengan titik pelana.

dikatakan

Pada fungsi multivariabel (lebih dari satu variabel bebas), yaitu
untuk uji syarat kedua dapat menggunakan suatu determinan

yang dikenal dengan nama determinan Hessian.
12

Contoh 2.1:
Tentukan nilai ekstrim dari fungsi
"∞, ∞

" 45

%

) 40

(

*

) 5 pada

Penyelesaian :
0. Maka

60

"3

)2

0,

Syarat perlu untuk mencari nilai ekstrim yang pertama adalah turunan
pertama dari

adalah

sehingga diperoleh titik-titik kritis dari
0 untuk

Turunan kedua dari

maksimum di

1 dan

adalah

1 dan minimum di

nilai maksimum dari

dan

2

yaitu

60 4

0 untuk

Grafiknya diperlihatkan oleh Gambar 2.2.

*

(

0,

"9

1

1 dan

2.

) 4 , sehingga

2. Maka

2. Sehingga

*

12 merupakan
memiliki

"11 merupakan minimum dari

.

Maksimum
Titik Belok

Gambar 2.2 Grafik

12

%

" 45

(

) 40

Minimum
*

)5

Universitas Sumatera Utara

10

2.3 Matriks Hessian
fungsi dengan / variabel yang

Matriks Hessian adalah matriks yang setiap elemennya dibentuk dari turunan
pasial kedua dari suatu fungsi. Misalkan

memiliki turunan parsial kedua dan turunannya kontinu. Matriks Hessian dari
ditulis H adalah:

H

45 6

3 4 75
2 45 6
24 5 7
2 ⋯
2 45 6
14 9 7

45 6

4 7 5
45 6
4 55



45 6

4 9 5



45 6

>
=

4 5 9=
⋱ ⋯ =
45 6 =

5 <
4 9
4 7 9
45 6

2.2

Jika terdapat suatu matriks berukuran / ? /, maka principal minor ke @ di mana
Definisi 2.2:

@

/ adalah suatu sub matriks dengan ukuran @ ? @ yang diperoleh dengan

menghapus / " @ baris dan kolom yang bersesuaian dari matriks tersebut.
Andaikan A adalah suatu matriks berukuran 3 ? 3 sebagai berikut:
Contoh 2.2:

A
matriks 2 ? 2 sebagai berikut:

2
B1
3

6
5
4

3
2C
1

maka, principal minor ke-1 adalah [2], [5] dan [1]. Principal minor ke-2 adalah

D

2
1

6
E
5

D

2
3

3
E
1

D

5
4

2
E
1

Principal minor ke-3 adalah matriks A itu sendiri. Determinan dari suatu
principal minor disebut dengan determinan principal.

Universitas Sumatera Utara

11

Leading principal minor ke @ dari suatu matriks / ? / diperoleh dengan

menghapus / " @ baris terakhir dan kolom yang bersesuaian. Dari matriks A di

atas, maka leading principal minor ke-1 adalah 2 (hapus dua baris dan dua kolom
terakhir). Leading principal minor ke-2 adalah:
D

2
1

6
E
5

Dengan demikian, leading principal minor ke-3 adalah matriks A itu sendiri.

principal. Banyaknya determinan leading principal dari suatu matriks / ? /

Determinan dari suatu leading principal minor adalah determinan leading

adalah /.

Untuk menentukan apakah suatu matriks adalah definit positif, semidefinit

positif, definit negatif, semidefinit negatif, atau indefinit dapat dilakukan suatu
pengujian sederhana di mana hanya berlaku jika matriksnya simetris.
Uji Matriks Definit Positif
1. Semua elemen diagonal positif.
2. Semua determinan leading principal positif.
Uji Matriks Semidefinit Positif
1. Semua elemen diagonal non negatif.
2. Semua determinan leading principal non negatif.
Suatu matriks dapat dikatakan definit negatif (semidefinit negatif), yaitu
dengan melakukan uji negatif dari matriks untuk definit positif (semidefinit
positif). Jika matriks tersebut memiliki sekurang-kurangnya dua elemen diagonal
yang berlawanan tanda, maka matriks tersebut menjadi indefinit.
Contoh 2.3:
Untuk mendapatkan titik ekstrim dari suatu fungsi dipakai sebuah contoh sebagai
berikut:
,

*

)

"4

)1

Universitas Sumatera Utara

12

Maka solusi untuk menyelesaikannya tentukan

titik ekstrim yang memenuhi

syarat sehingga turunan pertama untuk setiap variabel adalah
3

46

4 7

)

2

46

4 5

0 atau

"4

"4

2

2

0

Kemudian substitusi masing-masing nilai
untuk

untuk

0, dan
3

3

3

)

"4

"4

2, dan
3

0 diperoleh:

46

4 7

"4

0

0 atau

46

4 7

)

"4

4

IJ

0

"2
dan

2.3

0

2.4

ke persamaan 2.3.

0

4

0 diperoleh:

"4

4
3

0

2
I √3
3
2
√3 atau
3

0

2
" √3
3

Persamaan 2.3 dan 2.4 dipenuhi oleh titik-titik:

2
2
0,0 , 0,4 , L √3, 2M , L" √3, 2M
3
3

Untuk mengetahui titik maksimum dan

minimum maka digunakan matriks

Hessian untuk menyelidikinya sehingga turunan kedua dari
N
N

adalah:

6

Universitas Sumatera Utara

13
N
N

2 , dan

N
N

N
N

Jadi matriks Hessiannya menjadi
Q

R

2

sehingga diperoleh Q
Q

,

2

"4

2

"4
"4
S

T6 U, karena matriks Q merupakan matriks Q maka
R

2

6

"4

2

2

"4

S

Tabel 2.1 Nilai Matriks Hessian Untuk Masing-Masing Titik Ekstrim

0,0
0,4

Q

6

2

2
L √3, 2M
3

Matriks H

D

0
"4
0
D
4

4√3
V
0

"4√3
2
L" √3, 2M V
3
0

"4
E
0
4
E
0

0
4 W
√3
3

0
4 W
" √3
3

Q

Q

Sifat H

Sifat

,

,

0

-16

Tak tentu

Titik belok

1

0

-16

Tak tentu

Titik belok

1

4√3

16

"4√3

16

Definit
positif
Definit
negatif

Minimum

Maksimum

"

16
√3 ) 1
9

16
√3 ) 1
9

Universitas Sumatera Utara

14

Grafik

dalam ruang tiga dimensi diperlihatkan oleh Gambar 2.3.
2
L" √3, 2M
3

0,4

2
L √3, 2M
3

0,0

Gambar 2.3 Grafik

,

*

)

"4

)1

2.4 Optimasi
Suatu permasalahan optimasi disebut nonlinier jika fungsi tujuan dan kendalanya
mempunyai bentuk nonlinier pada salah satu atau keduanya. Optimasi merupakan
masalah yang berhubungan dengan keputusan yang terbaik, maksimum, minimum
,

,…,

dan memberikan cara penentuan solusi yang memuaskan. Salah satu bentuk
umum masalah optimasi adalah untuk menentukan bersyarat
0 dan untuk

0 dengan

sehingga mencapai tujuannya untuk memaksimumkan/meminimumkan
dengan kendala

dan

adalah

fungsi yang diketahui dengan n variabel keputusan. Dalam masalah optimasi
terdapat dua bentuk masalah optimasi yaitu optimasi bersyarat dan optimasi tak
bersyarat.

Universitas Sumatera Utara

15

2.4.1 Optimasi Tak Bersyarat
Masalah optimasi tak bersyarat merupakan masalah optimasi yang tidak memiliki
batasan-batasan, hanya memiliki fungsi tujuan yang sederhana, yaitu:

Memaksimumkan/meminimumkan:
,

untuk semua
didiferensialkan.

,…,

2.5

dan

adalah sebuah fungsi yang dapat

Syarat perlu dan cukup agar suatu penyelesaian

merupakan penyelesaian optimal adalah
Y

0 di

46



4 Z



untuk

1,2, … , /

Teorema Fermat:
Jika

,maka Y

mempunyai minimum atau maksimum lokal di

pertama dari

memiliki nilai pada titik



2.6



0.





dan jika derivasi

Teorema 2.1:
Titik



(i)

adalah titik maksimum lokal dari
Y

H

(ii)





jika dan hanya jika:

0

0 definit negatif atau "1 |Q|

dengan H adalah matriks Hessian

0 untuk

1,2, … , /

Teorema 2.2:
Titik
(i)
(ii)



adalah titik minimum lokal dari
Y

H





0

jika dan hanya jika:

0 definit positif atau |Q|

H adalah matriks Hessian

0 untuk

1,2, … , / dengan

Matriks juga dapat digunakan untuk uji syarat kedua pada proses optimasi
tak bersyarat terutama pada fungsi multivariabel (lebih dari satu variabel bebas),
yaitu menggunakan suatu determinan yang dikenal dengan nama determinan
Hessian (Hessian Determinant). Determinan Hessian diturunkan dari matriks

Universitas Sumatera Utara

16

,

,…,

maka matriks Hessiannya mempunyai dimensi n ? n.

bujur sangkar di mana elemen-elemennya merupakan turunan kedua parsial. Jika

Diagonal utama (principal diagonal) dari matriks Hessian terdiri dari turunan
kedua parsial langsung, sedangkan elemen-elemen di luar diagonal utama
merupakan turunan kedua silang.
Jadi penggunaan determinan Hessian untuk uji syarat kedua akan
1. Maksimum relatif jika H
menghasilkan:

2. Minimum relatif jika H





definit negatif.
definit positif.

3. Jika kedua kondisi tidak dipenuhi maka tidak diperoleh suatu kesimpulan,
apakah fungsi mempunyai maksimum atau minimum.

2.4.2 Optimasi Bersyarat
Optimasi bersyarat adalah masalah optimasi yang memiliki syarat atau memiliki
batasan-batasan yang merupakan masalah pemodelan matematika dalam optimasi
fungsi yang mensyaratkan beberapa kondisi atau syarat untuk diperoleh solusi
optimal yaitu syarat yang mengoptimumkan fungsi tujuan. Masalah optimasi
bersyarat dengan kendala persamaan merupakan masalah optimasi yang dibatasi
dengan batasan-batasan berupa persamaan dengan bentuk umum sebagai berikut:

Memaksimumkan/meminimumkan :
dengan kendala

:

2.7
0

1,2, … ,
^ ,
/

,…,

_`

Determinan Hessian juga dapat digunakan untuk uji syarat kedua dari optimasi
fungsi dengan kendala persamaan, dinamakan matriks Hessian terbatas (bordered

Hessian). Disebut dengan matriks Hessian terbatas karena turunan parsial kedua
dari fungsi Lagrange terhadap

dibatasi oleh turunan parsial pertama dari fungsi

Universitas Sumatera Utara

17

kendala. Matriks Hessian Terbatas adalah matriks yang entri-entrinya adalah
a

,

,b

,

)b

,

turunan parsial kedua dari fungsi Lagrange berikut:

Syarat 1)

Na
N
Na
N
Na
Nb

Qc

Syarat 2)

0

N
N
N
N

0

0
d

0

a
a

a
a d atau da
a

a
a

0

0

N
N
N a
N
N a
N

N
N
N a

N
N a
N

d

Qc disebut bordered Hessian yaitu determinan Hessian asli yang dibatasi

oleh turunan pertama dari fungsi kendala dengan nol sebagai principal diagonal.
Ordo dari bordered principal minor ditentukan oleh principal minor yang dibatasi.
Determinan Hessian asli adalah e
Qc

a
a

a
e.
a

Qc disebut second bordered principal minor karena principal minor yang

dibatasi mempunyai dimensi 2 ? 2.

Untuk fungsi dengan n variabel determinan Hessiannya sebagai berikut:

0
a
… a
a
f
f

Qc
a f
a
a
f





… a
a
a
di mana Qc

Qc karena principal minor yang dibatasi berorder n ? n, sehingga:

1. Maksimum relatif jika Qc definit negatif, di mana Qc
"1 |Qc |

2.8

0 untuk

terbatas (bordered Hessian).

0 atau

2,3, … , / dengan Qc adalah matriks Hessian

Universitas Sumatera Utara

18
2. Minimum relatif jika Qc definit positif, di mana Qc

0 atau |Qc |

0 untuk

2,3, … , / dengan Qc adalah matriks Hessian terbatas (bordered Hessian).

Uji syarat kedua dengan bordered Hessian dimulai dari Qc bukan Qc .

2.5 Metode Pengali Lagrange
Salah satu metode yang digunakan untuk menyelesaikan masalah ekstrim terbatas
adalah dengan cara substitusi. Dengan metode substitusi, salah satu variabel bebas
dari persamaan terkendala disubstitusikan pada fungsi tujuan yang akan dicari
nilai ekstrimnya. Sebagai hasilnya, masalah ekstrim terkendala diselesaikan
melalui ekstrim bebas fungsi. Namun demikian, metode substitusi tidak selalu
membawa hasil, jika batasan-batasannya tidak hanya melibatkan satu persamaan
kendala.
Disamping itu, masalah-masalah ekstrim terbatas sering timbul dalam
masalah-masalah nyata, di mana batasan-batasannya tidak hanya satu fungsi.
Masalah yang sering timbul dengan metode substitusi adalah tidak mudah untuk
menentukan titik kritisnya. Salah satu metode untuk mengatasi masalah ekstrim
terkendala adalah metode pengali Lagrange. Metode pengali Lagrange
dikembangkan didasarkan pada kenyataan bahwa ekstrim terbatas, nilai
ekstrimnya selalu terletak pada titik kritisnya. Metode pengali Lagrange
menyediakan suatu metode aljabar yang cukup baik untuk menentukan titik kritis,
sehingga masalah ekstrim terkendala dengan metode pengali Larange dapat di
atasi.
Metode pengali Lagrange adalah sebuah teknik yang dapat digunakan
untuk menyelesaikan masalah optimasi bersyarat dengan kendala persamaan
dalam suatu bentuk sedemikian sehingga syarat perlu untuk masalah optimasi tak
bersyarat

masih

dapat

diterapkan.

Sesuai

namanya,

konsep

Lagrange

dikemukakan oleh Joseph Louis Lagrange (1736-1813). Inti dari metode pengali
Lagrange adalah mengubah titik ekstrim terkendala menjadi persoalan titik
ekstrim bebas kendala. Teori pengali Lagrange digunakan untuk menangani

Universitas Sumatera Utara

19

optimalitas dari permasalahan program nonlinier. Metode pengali Lagrange
dimulai dengan pembentukan fungsi Lagrange yang didefinisikan sebagai:


) ∑ij λ

,

,…,

dengan kendala

,

,…,

a

2.9
,

,…,

Asumsikan masalah maksimisasi suatu fungsi kontinu dan dapat
diturunkan

, di mana

juga kontinu dan dapat diturunkan. Kondisi tersebut menyarankan bahwa
Q

dapat dipilih variabel
sehingga

untuk mendapatkan:
T ,

pada kendala dan menyatakan variabel yang lain,

,…,

k

k

. Kemudian disubstitusikan ke fungsi tujuan

,Q

,

,…,

k

U

2.10

Dalam bentuk persamaan 2.10, metode klasik dapat diterapkan karena fungsinya
tanpa kendala. Suatu syarat perlu untuk titik ekstrim adalah dengan
menghilangkan semua turunan pertama yaitu

4l

4 Z

0, di mana

1,2, … , / " 1.

Dengan menggunakan dalil rantai diperoleh:
46

4l

4 Z

,

dari

4o

4 Z

4 Z

,…,

)

4o

)

46



4n

4 9 4 Z

0, di mana

1,2, … , / " 1

2.11

, diperoleh:


4n

4 9 4 Z

0, di mana

1,2, … , / " 1

sehingga persamaannya menjadi:
4n

4 Z

"

pq
prZ
pq
pr9

,

4o

4 9

s 0 untuk

N
N
N
N
)
t"
u
N
N
N
N

1,2, … , / " 1

2.12

substitusi persamaan 2.12 ke persamaan 2.11, sehingga:
N
N

0

Universitas Sumatera Utara

20

46

4l

4 Z

4 Z


,

46

4 Z

"

46

4 9

v

pq
prZ
pq
pr9

w

0,

1,2, … , / " 1

Jika vektor solusi yang diperoleh adalah vektor maksimum, maka



,…,

)b

4o

adalah nilai maksimum. Dengan mengganti "



0, di mana

4 Z

1,2, … , / dengan syarat

,

Teorema 2.3:
Syarat perlu bagi sebuah fungsi

1,2, … ,

dengan kendala

,…,

px
pr9
pq
pr9

.

0, dengan

agar mempunyai maksimum/minimum relatif pada titik

a

,

,…,

b, maka



adalah

, b , b , … , bi terhadap setiap argumennya mempunyai nilai

turunan parsial pertama dari fungsi Lagrangenya yang didefinisikan sebagai

nol (Luknanto, 2000).

Dengan kata lain, syarat perlu untuk maksimum dan minimum dari
0 dapat dicapai dengan

kendala

Na
N

0 dan

Na
Nb

0

Jika y ∗ , b∗ z adalah titik kritis dari a

dari

dengan kendala

adalah



, b maka

. Jadi nilai ekstrim



dengan

juga merupakan titik kritis
dengan kendala

.

Teorema 2.4:
Syarat

cukup

bagi

sebuah

sebuah

minimum/maksimum relatif pada titik
didefinisikan sebagai:
{

∑j ∑

45 |
j 4 4 ~
}
Z

Dievaluasi pada





fungsi

agar

mempunyai

adalah jika fungsi kuadrat Q yang

~

2.13

harus definit positif atau negatif untuk setiap nilai ~

yang memenuhi semua kendala (Luknanto, 2000).

Universitas Sumatera Utara

21

Syarat cukup sebuah fungsi

agar mempunyai minimum/maksimum dapat

ditentukan dengan matriks Hessian terbatas. Matriks Hessian Terbatas (Bordered

Hessian) didefinisikan sebagai berikut:
Qc

R

O
P•

P
S
Q iƒ

? iƒ

2.14

di mana O adalah matriks null berukuran


P





V ⋮
„i



W


„i

i?

?

,

2.15

,

P• adalah transpose dari matriks P,

dan

Q



45 |

3 4 75
2
2 ⋮5
2 4|
14 9 4

7

Syarat perlu agar {

45 |

4 7 4 9>







45 |

5
4 9

∑j ∑

=
=
=
<

2.16

45 |
j 4 4 ~
}
Z

~

menjadi definit positif atau negatif

untuk setiap variasi nilai ~ adalah setiap akar dari polinomial

, yang diperoleh


i

i


⋮ f

i
i
f
0

0
0

0
f
⋮ ⋱ ⋮
0 … 0

dari determinan persamaan di bawah ini harus positif atau negatif.
f

a

a

"



a

a

"


a
a



*

*

a
a *
a


*


*
f
⋮ ⋮

i
i*
i
f

dengan a

keterangan:

45 | … ∗ ,†
4 }4 Z

a = turunan untuk

= turunan untuk

dan











a
a



i
a "

0


0
⋮ ⋮
i
0

4o} … ∗
4 Z

(Luknanto, 2000).

0 2.17

pada persamaan ke
pada persamaan kendala larange ke

Universitas Sumatera Utara

22

Pengali Lagrange mempunyai arti secara fisik yang menarik, dimisalkan
terdapat permasalahan optimasi dengan satu kendala sebagai berikut:
Maksimumkan / minimumkan

2.18

dengan kendala
Fungsi Lagrangenya adalah
a



) λy "

z

2.19

Syarat perlu untuk penyelesaiannya adalah
4|

4 }
4|



0 untuk ‡

0

1,2, … , / dan

2.20
2.21

sehingga persamaan 2.19, 2.20, dan 2.21 menghasilkan:
46

4 }



"

4o

4 }

0 untuk ‡

0 atau

N
~
N

1,2, … , /

N
~
N

dari persamaan 2.22 diperoleh:

atau
ˆ
atau

atau

j



N
~
N

2.22
2.23

0 untuk ‡

" λˆ
j

N
~
N

0 untuk ‡



ˆ

N
~
N

λˆ

N
~
N

ˆ

N
~
N

λˆ

N
~
N

j

j

~

j

j

1,2, … , /

~

1,2, … , /

2.24

Universitas Sumatera Utara

23

Persamaan 2.23 dan 2.24 menghasilkan hasil yang final yaitu:

atau

~

~

λ ~
λ∗ ~

2.25

Dari persamaan 2.22 pada penyelesaian optimum, perubahan fungsi tujuan
berbanding lurus dengan perubahan kendala

dengan faktor sebesar pengali

Lagrange yaitu λ.

2.6 Utilitas Marjinal
Fungsi utilitas adalah fungsi yang menjelaskan besarnya utilitas (kepuasan,
kegunaan) yang diperoleh seseorang dari mengkonsumsi suatu barang atau jasa.
Pada umumnya semakin banyak jumlah suatu barang dikonsumsi semakin besar
utilitas yang diperoleh, kemudian mencapai titik puncaknya (titik jenuh) pada
jumlah konsumsi tertentu, sesudah itu justru menjadi berkurang atau bahkan
negatif jika jumlah barang yang dikonsumsi terus menerus ditambah.
Utilitas total merupakan fungsi dari jumlah barang yang dikonsumsi.
Persamaan utilitas total (U) dari mengkonsumsi suatu jenis barang berupa fungsi
kuadrat parabolik, dengan kurva berbentuk parabola terbuka ke bawah. Utilitas
marjinal (MU) adalah utilitas tambahan yang diperoleh dari setiap satu unit barang
yang dikonsumsi. Secara matematik, fungsi utilitas marjinal merupakan derivatif


{ di mana U melambangkan utilitas total dan Q jumlah barang yang

pertama dari fungsi utilitas total. Jika fungsi utilitas total dinyatakan dengan

dikonsumsi, maka utilitas marjinal
Š‰



‹Œ
‹•

.

2.26

Universitas Sumatera Utara

24

Grafiknya kurva fungsi utilitas diperlihatkan oleh Gambar 2.4.

Gambar 2.4 Grafik Fungsi Utilitas
Karena fungsi utilitas total yang nonlinier pada umumnya berbentuk fungsi
kuadrat, fungsi utilitas marjinalnya akan berbentuk fungsi linier. Kurva utilitas
marjinal (MU) selalu mencapai nol tepat pada saat kurva utilitas total (U) berada
pada posisi puncaknya.
Utilitas total ‰
Contoh 2.3:
Š‰



{

90 " 10{

‰ maksimum pada Š‰
sehingga 90 " 10{

maka ‰i••‘ i’i

90{ " 5{ , utilitas marjinalnya adalah
0

0→{

9

90 9 " 5 9
810 " 405
405

Universitas Sumatera Utara

25

Grafiknya diperlihatkan oleh Gambar 2.5.

Gambar 2.5 Grafik ‰

90{ " 5{ dan Š‰

90 " 10{

2.7 Produk Marjinal
Produk marjinal (MP) ialah produk tambahan yang dihasilkan dari suatu unit
tambahan faktor produksi yang digunakan. Secara matematik, fungsi produk
total dinyatakan ”

di mana ” melambangkan jumlah produk total dan

marjinal merupakan derivatif pertama dari fungsi produk total. Jika fungsi produk

adalah jumlah masukan, maka produk marjinal:
Š”



‹•


2.27

Karena fungsi produk total yang nonlinier pada umumnya berbentuk
fungsi kubik, fungsi produk marjinalnya akan berbentuk fungsi kuadrat
(parabolik). Kurva produk marjinal (MP) selalu mancapai nilai ekstrimnya. Dalam
hal ini, nilai maksimum tepat pada saat kurva produk total (P) berada pada posisi
titik beloknya. Produk total mancapai puncaknya ketika produk marjinalnya nol.
Sesudah kedudukan ini, produk total menurun bersamaan dengan produk marjinal

Universitas Sumatera Utara

26

menjadi negatif. Area di mana produk marjinal negatif menunjukan bahwa
penambahan penggunaan masukan yang bersangkutan justru akan mengurangi
jumlah produk total (Dumairy, 1996).
Produksi total ”
Contoh 2.4:
Š”



18 " 3

9

sehingga ”i••‘ i’i pada ”

"

*

, produk marjinalnya adalah

0 pada

6 dengan ”i••‘ i’i

” berada dititik belok dan Š” maksimum pada ”"

Š” ′

108

0 yaitu pada

3

Grafiknya diperlihatkan oleh Gambar 2.6.

Gambar 2.6 Grafik ”

9

"

*

dan Š”

18 " 3

Universitas Sumatera Utara