-->

Sabtu, 17 November 2012

Teori Bilangan #1


Teori bilangan mengkaji sifat-sifat bilangan asli (bilangan bulat positif) dan umumnya sifat-sifat bilangan bulat.
N = {1, 2, 3, …} disebut himpunan bilangan asli/bilangan bulat positif
Z = {0, ±1, ±2, ±3, …} disebut himpunan bilangan bulat.

Dalam membuktikan sifat-sifat bilangan tersebut terdapat dua konsep dasar  yang berperan penting.
  
(1)  Prinsip Urutan Rapi (Well-ordering principle – WOP)
Setiap himpunan tak kosong dari bilangan asli mengandung/memuat unsur terkecil.

(2)  Induksi Matematika
Andai S suatu himpunan bilangan bulat positif.
Jika S mengandung 1 (1 Î S) dan S mengandung n + 1 Jika S mengandung n (n Î S ® n + 1 Î S), maka S mengandung semua bilangan bulat positif (S É N).
Karena S Ì N dan juga N Ì S, maka N = S.


Teorema

Tidak ada suatu bilangan bulat positif antara 0 dan 1.

Bukti:
(Kita akan melakukan pembuktian secara tak langsung, reductio ad absurdum, yang secara harfiah berarti “mengembalikan kepada hal yang aneh”.)
Umpamakan bahwa ada suatu bilangan bulat positif c antara 0 dan 1; maka 0 < c < 1.
Jika S himpunan semua bilangan bulat positif antara 0 dan 1 maka S tak kosong, karena c Î S, sehingga menurut WOP, S mengandung unsur terkecil, sebutlah m. Jadi 0 < m < 1  ………………….. (*)
Hasil kali (*) dengan m > 0 diperoleh 0 < m2 < m   ………………….. (**)
Dari (*) dan (**) diperoleh 0 < m2 < m < 1.
Pernyataan m2 < m bertentangan, karena diketahui bahwa m adalah bilangan terkecil. Jadi perumpamaan di atas salah.
Kesimpulan: tidak ada bilangan bulat positif antara 0 dan 1.


Penggunaan Prinsip Induksi Matematika
(Prinsip induksi matematika biasa disebut cara pembuktian/metode induksi lengkap.)

Andaikan P(n) suatu fungsi pernyataan (proposisi) dengan N sebagai domainnya. Berarti, P(n) benar atau salah untuk setiap n Î N.
Untuk membuktikan bahwa P(n) benar untuk setiap n Î N, kita lakukan hal berikut.
Tunjukkan bahwa P(1) benar.
Tunjukkan P(n + 1) benar jika P(n) benar.
Jadi P(n) benar untuk setiap n Î N.

Keterangan:
Misalkan S himpunan semua bilangan asli n ' P(n) benar. Jelas S tak kosong, karena 1 Î S.
Jika n Î S, yang berarti P(n) benar, maka n + 1 Î S, yang berarti P(n + 1) benar.

Contoh 1
Buktikan bahwa 1 + 3 + 5 + …. + (2n – 1) = n2.
Bukti:
Untuk n = 1, maka 1 = 12; ini benar.
Misalkan rumus di atas benar untuk n, jadi 1 + 3 + 5 + …. + (2n – 1) = n2.
Kita periksa apakah rumus itu benar pula untuk n + 1, maka:
1 + 3 + 5 + …. + (2n – 1) + [2(n + 1) – 1] = (n + 1)2
                  n2                 +       2n + 1      = (n + 1)2
Ternyata rumus itu benar untuk n + 1.
\ Rumus itu benar untuk setiap bilangan asli.

Contoh 2
Jika a dan b bilangan bulat positif dan a < b, maka an < bn.
Bukti:
Untuk n = 1, maka a1 < b1 sehingga a < b; ini benar, karena diketahui demikian.
Misalkan rumus di atas benar untuk n, sehingga an < bn, maka:
a.an < a.bn
an + 1 < a.bn < b.bn
an + 1 < bn + 1
\ Ketaksamaan itu benar untuk setiap n Î N.

Contoh 3
Jika 1 + h ³ 0 (atau h ³ -1), maka (1 + h)n ³ 1 + nh, n Î N. (Ketaksamaan Bernoulli)
Bukti:
Untuk n = 1, maka (1 + h)1 ³ 1 + 1.h atau (1 + h) ³ 1 + h sehingga a < b; ini benar, yang berlaku tanda “=”.
Misalkan ketaksamaan itu benar untuk n, sehingga (1 + h)n ³ 1 + nh, maka:
(1 + h)n + 1 = (1 + h)(1 + h)n ³ (1 + h)(1 + nh)
(1 + h)n + 1 ³ 1 + nh + h + nh2
(1 + h)n + 1 ³ 1 + (n + 1)h + nh2 ³ 1 + (n + 1)h
(1 + h)n + 1 ³ 1 + (n + 1)h
Ternyata ketaksamaan itu benar untuk n + 1.
\ Ketaksamaan itu benar untuk setiap n Î N.


Keterbagian
Definisi
Jika a dan b bilangan bulat, maka dikatakan bahwa “a membagi b” - maksudnya “membagi habis” - jika dan hanya jika ada bilangan bulat x sedemikian sehingga b = ax.
a disebut “pembagi” atau “faktor” dari b; sebaliknya,
b disebut suatu “kelipatan” dari a.
“a membagi b” dilambangkan dengan a\b.

Jika a\b maka ±a\±b.
Keterangan:
Karena a\b maka b = ax sehingga:
-b = -ax yang berarti -a\-b
-b = a(-x) = ay yang berarti a\-b
b = -a(-x) = - ay yang berarti -a\b

a\b hanya ada artinya (terdefinisi) jika a 0.
Keterangan:
Jika a 0 dan b = 0 maka a\0 selalu benar, karena 0 = a.0.
Jika a 0, b sebarang, dan a\b maka $x ' b = ax.
Dalam hal ini x tunggal (hanya ada satu nilai x).
Misalkan b = ax1 = ax2 maka:
ax1 = ax2
ax1 - ax2 = 0
a(x1 - x2) = 0
x1 - x2 = 0      karena a 0
x1 = x2
Sekiranya a = 0 dan b = 0 maka b = ax jika dan hanya jika 0 = 0.x, dipenuhi oleh tak hingga banyak nilai x (tidak tunggal).


Andaikan a, b, c, x, dan y bilangan bulat.
Teorema 1 – 1
Jika a\b maka a\bc.

Bukti:
a\b    maka     b = ax
bc = acx
bc = a(cx)
\ a\bc.

Teorema 2 – 1
Jika a\b dan b\c maka a\c.

Bukti:
a\b    maka     b = ax
b\c    maka     c = by = axy = a(xy)
\ a\c.

Teorema 3 – 1
Jika a\b dan a\c maka a\(bx + cy).

Bukti:
a\b    maka     b = ap                sehingga   bx = axp  ………………….. (i)
a\c    maka     c = aq                sehingga   cy = ayq  ………………….. (ii)
Dari (i) dan (ii) diperoleh bx + cy = axp + ayq = a(xp + yq).
\ a\(bx + cy).

Teorema 4 – 1
Jika a\b dan b\a maka a = ±b.

Bukti:
a\b    maka     b = ap                ………………….. (i)
b\a    maka     a = bq                ………………….. (ii)
Dari (i) dan (ii) diperoleh ab = abpq sehingga p =1 dan q = 1, atau p = -1 dan q = -1.
Karena a = bq maka:
untuk q = 1 diperoleh a = b.
untuk q = -1 diperoleh a = -b.
\ a = ±b.

Teorema 5 – 1
Jika a\b dan a > 0, b > 0, maka a £ b.

Bukti:
a\b    maka     b = ax                dengan   x ³ 1
Untuk x = 1 diperoleh b = a   ………………….. (i)
Untuk x > 1 diperoleh b = a(1 + p) = a + ap sehingga b > a   ………………….. (ii)
\ Dari (i) dan (ii) disimpulkan bahwa b ³ a atau a £ b.

Teorema 6 – 1
Jika a\b maka | a | £ | b |, dengan a 0 dan b 0.

Bukti:
a\b    maka     ±a\±b    sehingga    | a | \ | b |
\ Berdasarkan teorema 5-1 disimpulkan bahwa | a | £ | b |.

Teorema 7 – 1
Andaikan diketahui a 0 dan barisan bilangan 0, 1, 2, …, (| a | - 1).
Jika r1 dan r2 adalah unsur barisan tersebut, maka | r1 – r2 | bukan kelipatan dari a.

Bukti:
Misalkan  r1 > r2  maka  | r1 – r2 | = r1 – r2  karena  r1 – r2 > 0,  sehingga diperoleh:
0 <  r1 – r2 <  r1 <  r1 < | a | - 1 < | a |
0 <  r1 – r2 < | a |
| a | >  r1 – r2
Dengan demikian | a | tidak membagi r1 – r2 maka tidak ada k sedemikian sehingga r1 – r2 = ka.
\ r1 – r2 bukan kelipatan dari a.

_____________________________________________________________________________________________________
Kuliah 1 Teori bilangan oleh Drs. Bachtiar Sjarif, Institut Teknologi Bandung, 26 November 1988


-->

Tidak ada komentar:

Posting Komentar

LinkWithin

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...