• Tidak ada hasil yang ditemukan

Submodul- dan Ketereduksian

Dalam dokumen REPRESENTASI LINEAR GRUP BERHINGGA (Halaman 17-111)

BAB III REPRESENTASI GRUP BERHINGGA DAN MODUL- 67

C. Submodul- dan Ketereduksian

E. Homomorfisma-

BAB IV TEOREMA MASCHKE DAN LEMA SCHUR A. Teorema Maschke

B. Lema Schur BAB V PENUTUP

A. Kesimpulan B. Saran

BAB II

GRUP DAN RUANG VEKTOR A. Grup

Definisi 2.1.1

Misalkan adalah himpunan takkosong. Operasi biner pada adalah fungsi

: dengan , | , . Selanjutnya, ,

di-notasikan dengan untuk setiap , .

Definisi 2.1.2

Grup adalah himpunan takkosong yang dilengkapi dengan operasi biner pada sedemikian hingga untuk setiap , , ,

1. (sifat assosiatif)

2. Terdapat elemen identitas, yaitu 1 yang memenuhi

1 1

3. Setiap mempunyai invers, yaitu yang memenuhi

1

Secara khusus, jika untuk setiap , , maka disebut grup Abel.

Setiap grup mempunyai tepat satu elemen identitas dan setiap mennya mempunyai tepat satu invers. Jika memuat tak hingga banyak ele-men, disebut grup tak hingga. Jika sebaliknya, disebut grup berhingga.

Banyaknya elemen grup berhingga disebut orde dari dan dinotasikan dengan | |.

Definisi 2.1.3

Misalkan adalah grup. Untuk setiap dan , berturut-turut dan didefinisikan dengan

! "!#

dan …

! "!#

Selain itu, % didefinisikan dengan % 1.

Contoh 2.1.4

1. Himpunan &, ' dan ( adalah grup abel terhadap operasi penjumlahan biasa. Selain itu ) * 0 adalah grup abel terhadap operasi perkalian bilangan kompleks.

2. Himpunan semua matriks tak singular berukuran , dengan entri bi-langan kompleks adalah grup terhadap operasi perkalian matriks. Grup ini disebut grup linear umum dan dinotasikan dengan - , ) . Matriks identitas . adalah elemen identitas dari - , ) .

3. Untuk setiap , semua akar kompleks persamaan , 1 diberi-kan dengan / 0, )|, 12345 6, 0,1, … , * 17. Terhadap operasi perkalian bilangan kompleks, / merupakan grup. Misalkan

Definisi 2.1.5

Misalkan adalah grup. Himpunan bagian takkosong : dari disebut grup bagian dari jika dan hanya jika

1. Untuk setiap , :, :

2. Untuk setiap :, :

Selanjutnya, notasi : ; digunakan untuk menyatakan bahwa : adalah grup bagian dari .

Contoh 2.1.6

Untuk setiap grup , 1 dan adalah grup bagian dari .

Teorema 2.1.7

Misalkan : adalah himpunan bagian takkosong dari grup . Himpunan :

adalah grup bagian dari jika dan hanya jika memenuhi:

Jika , :, maka :

Bukti

<

Misalkan : grup bagian dari . Jelas bahwa 1 :. Kemudian misalkan

, :. Menurut definisi 2.1.5, :. Akibatnya :.

=

Misalkan 1 :. Jika :, maka berdasar asumsi 2 , 1 :. Kemudian misalkan , :. Telah ditunjukkan bahwa jika : maka

:. Dengan demikian, berdasar asumsi 2 , :. Jadi,

: adalah grup bagian dari .

Teorema 2.1.8

Misalkan adalah grup dan 8 . Himpunan bagian 8 | & dari ada-lah grup bagian dari . Grup bagian dari ini disebut grup bagian siklik dari

yang dibangun oleh 8 dan dinotasikan dengan ?8@. Bukti

Jelas bahwa 8 | & takkosong karena 8 8 8 | & . Selanjutnya misalkan , 8 | & . Dengan demikian 8 dan 8A untuk

su-atu , B &.

1. 8 8A 8 CA. Jadi, 8 | & .

2. 8 . Karena * &, akibatnya 8 | & . Jadi, 8 | & adalah grup bagian dari .

Jika ?8@ maka disebut grup siklik dan 8 disebut pembangun . Selanjutnya misalkan adalah grup dan 8 . Dalam beberapa kasus terda-pat sedemikian hingga 8 1. Dalam kasus ini, ?8@ merupakan grup berhingga. Banyaknya elemen dari ?8@ sama dengan bilangan bulat positif te-kecil sedemikian hingga 8 1. Selanjutnya bilangan bulat positif terkecil yang memenuhi 8 1 disebut orde dari elemen8.

Contoh 2.1.9

Grup / dan & adalah grup siklik. Pembangun dari / adalah 8 12645 se-dangkan pembangun dari & adalah *1 dan 1.

Teorema 2.1.10

Misalkan adalah grup dan , . Himpunan bagian ? , @ dari yang diberikan dengan ? , @ D, |, EF GF E2 G2E5 G5H (dalam hal ini dan I#, J# & untuk setiap 1,2, … , ) adalah grup bagian dari . Grup bagian ? , @ dari ini disebut grup bagian dari yang dibangun oleh

dan . Bukti

Jelas bahwa ? , @ takkosong. Selanjutnya misalkan ,, K ? , @ Dengan demikian , dan K dapat dinyatakan dengan , EF GF E2 G2E5 G5 dan

K #F LF #2 L2#M LM. Lebih jauh,

1. ,K EF GF E2 G2E5 G5 #F LF #2 L2#M LM ? , @

2. , EF GF E2 G2E5 G5

G5 E5G2 E2 GF EF

% G5 E5G2 E2 GF EF % ? , @ Jadi, ? , @ adalah grup bagian dari .

Definisi 2.1.11

lah fungsi P: N O yang memenuhi

1. Untuk setiap ,, K N, jika P , P K maka , K

2. Untuk setiap K O terdapat , N sedemikian hingga P , K

Fungsi P: N O yang memenuhi sifat 1 pada definisi 2.1.11 disebut fungsi injektif sedangkan fungsi P: N O yang memenuhi sifat 2 pada de-finisi 2.1.11 disebut fungsi surjektif. Dengan demikian fungsi bijektif adalah fungsi yang surjektif sekaligus injektif.

Dapat ditunjukkan bahwa fungsi P: N O adalah fungsi bijektif jika dan hanya jika terdapat fungsi P : O N sedemikian hingga P P 8 8 dan P P Q Q untuk setiap 8 N dan Q O. Jika fungsi P ada,

P disebut invers dari P dan P dikatakan dapat dibalik.

Definisi 2.1.12

Permutasi dari himpunan N adalah fungsi bijektif P: N N.

Teorema 2.1.13

Misalkan N adalah himpunan takkosong dan RS adalah himpunan semua

per-mutasi pada N. Terhadap operasi komposisi fungsi, RS adalah grup. Bukti

Pertama-tama ingat bahwa fungsi komposisi bersifat assosiatif. Selanjutnya, jelas bahwa .: N N yang didefinisikan dengan . 8 8 untuk setiap 8 N

.P 8 P 8 . Jadi, . adalah identitas RS. Karena permutasi adalah fungsi bijektif, untuk setiap P RS terdapat P RS sedemikian hingga PP PP .. Dengan demikian RS adalah grup terhadap operasi komposisi fung-si. ■ ■ ■ ■ Definisi 2.1.14

Misalkan R 1,2, … , dengan . Himpunan semua permutasi dari R

yang dilengkapi dengan operasi komposisi fungsi disebut grup simetrik ber-derajat dan dinotasikan dengan R . Orde dari R adalah |R | ! dan se-tiap U R dinotasikan dengan

U V 1U 1 U 22 WW U X

Definisi 2.1.15

Misalkan 8, Q R . Grup dihedral adalah grup bagian Y9 ?8, Q@ dari R

yang memenuhi 8 Q9 1 dan Q 8Q 8 untuk setiap dan

Z 2. Orde dari Y9 adalah 2 .

Sebagai akibat dari sifat Q 8Q 8 , setiap , Y9 dapat dinyatakan dengan , QE8G untuk suatu I, J &. Selanjutnya karena 8 Q9 1, maka

I 0,1 dan J 0,1, … , * 1. Dengan demikian,

Definisi 2.1.16

Misalkan dan [ , [9, … , [\ anggota himpunan R 1,2, … , dengan

] ; . Putaran [ [9 W [\ dengan panjang ] adalah permutasi U yang di-definisikan dengan U [ [9, U [9 [^, … , U [\ [ dan U [ [ un-tuk setiap [ R namun [ _ [E untuk setiap I 1,2, … , ]. Jika ] 2 maka pu-taran [ [9 disebut transposisi.

Contoh 2.1.17

Diberikan R 1,2,3,4 . Putaran 1 2 4 dan transposisi 1 3 berturut-turut merupakan permutasi

U b 1 22 4 3 43 1 c dan U9 b 1 23 2 3 41 4 c

Definisi 2.1.18

Misalkan adalah grup, dan : grup bagian dari . Koset kiri dari :

dalam yang memuat adalah himpunan : | : . Sedangkan ko-set kanan dari : dalam yang memuat adalah himpunan :

| : dari .

Contoh 2.1.19

Diberikan grup R^ 1 , 1 2 , 1 3 , 2 3 , 1 2 3 , 1 3 2 dan grup ba-gian : 1 , 1 3 dari R^. Koset-koset kiri dari : dalam diberikan se-bagai berikut

1 2 : 1 2 , 1 2 1 3 1 2 , 1 3 2 1 3 2 :

1 3 : 1 3 , 1 3 1 3 1 3 , 1 :

2 3 : 2 3 , 2 3 1 3 2 3 , 1 2 3 1 2 3 :

Koset-koset kiri (kanan) dari : dalam yang berbeda memartisi . Ar-tinya, setiap elemen dari tepat berada pada salah satu koset tersebut. De-ngan demikian merupakan gabungan dari koset-koset tersebut. Contoh 2.1.19 memberikan gambaran yang jelas tentang hal ini.

Teorema 2.1.20 (Teorema Lagrange)

Jika adalah grup berhingga dan : adalah grup bagian dari , maka |:|

membagi | |. Bukti

Misalkan : , : 9, … , : \ adalah semua koset kanan dari : dalam yang semuanya berbeda. Pandang fungsi P: : : E yang didefinisikan dengan

P E untuk setiap I 1,2, … , ] dan :. Akan ditunjukkan bahwa P

fungsi bijektif.

Misalkan , 9 :. Jika P P 9 , maka

P P 9

E 9 E

E E 9 E E

Jadi, P injektif. Selanjutnya jika diambil sebarang K E : E, maka ter-dapat :, yaitu dengan memilih , sedemikian hingga P K. Ja-di, P surjektif. Karena P surjektif dan injektif maka P bijektif. Dengan demi-kian |:| |: E| untuk setiap I.

Dengan mengingat bahwa : d : 9d … d : \ dan : Ee : G f

jika I _ J, maka | | |: d : 9d … d : \| |: | g |: 9| g W g |: \| |:| g |:| g W g |:| ! "!# \ ]|:| Jadi, |:| membagi | |. ■ ■ ■ ■ Definisi 2.1.21

Misalkan : adalah grup bagian dari grup . Banyaknya koset kiri (kanan) da-ri : dalam yang berbeda disebut indeks : : dari : dalam . Jika ber-hingga, maka : : | |/|:|

Definisi 2.1.22

Misalkan : adalah grup bagian dari grup . Grup bagian : disebut grup ba-gian normal dari jika dan hanya jika 8: :8 untuk setiap 8 . Selan-jutnya notasi : i menyatakan bahwa : adalah grup bagian normal dari .

Contoh 2.1.23

Untuk setiap grup , 1 dan adalah grup bagian normal. Jika grup abel, maka setiap grup bagian : dari adalah grup bagian normal.

Teorema 2.1.24

Misalkan : adalah grup bagian normal dari grup . Himpunan /: :8|8 adalah grup terhadap operasi biner yang didefinisikan dengan

:8 :Q : 8Q untuk setiap 8, Q . Grup seperti ini disebut grup fak-tor dari oleh :.

Bukti

Pertama-tama akan ditunjukkan bahwa operasi biner yang didefinisikan den-gan :8 :Q : 8Q untuk setiap 8, Q well-defined, yaitu untuk se-tiap :8, :8k, :Q, :Ql /:, jika :8 :8l dan :Q :Ql maka : 8Q : 8kQl . Jelas bahwa 8k 18k :8l. Karena :8 :8l, akibatnya 8l :8. Dengan demikian 8k 8 untuk suatu :. Demikian pula jelas bahwa

Qk 1Qk :Ql. Karena :Q :Ql, akibatnya Ql :Q. Dengan demikian

Qk 9Q untuk suatu 9 :. Selanjutnya diperoleh :8kQl : 8 9Q :8 9Q 8: 9Q 8:Q :8Q

Jadi, operasi biner tersebut well-defined. Selanjutnya akan ditunjukkan bahwa

/: adalah grup.

1. Untuk setiap :8, :Q, :m /:,

:8 :Q :m :8 : Qm : 8 Qm : 8Q m

: 8Q : m :8 :Q :m

2. Himpunan /: memuat elemen identitas, yaitu :1 : /:. Un-tuk setiap :8 /:, ::8 :8: :8.

3. Setiap :8 /: memiliki invers :8 :8 /:. Perhati-kan bahwa :8:8 :8 :8 :.

Jadi, /: adalah grup.

■ ■ ■ ■

Teorema 2.1.25

Misalkan , 9, … , adalah grup. Himpunan

9 … , 9, … , | E E; I 1,2, … ,

adalah grup terhadap operasi biner yang didefinisikan dengan

, 9, … , , 9, … , , 9 9, … ,

untuk setiap , 9, … , , , 9, … , 9 … . Grup ini di-sebut dengan darab langsung dari , 9, … , .

Bukti

Misalkan , … , , , … , dan , … , berturut-turut

elemen grup 9

, … , , … , , … , , … , , … , , … , , … , , … , , … ,

2. Terdapat elemen identitas, yaitu 1,1, … ,1 9 … .

3. Setiap , 9, … , 9 … mempunyai invers, yaitu

, 9 , … ,

Jadi, 9 … adalah grup.

■ ■ ■ ■

Jika , 9, … , masing-masing adalah grup berhingga, maka

9 … juga merupakan grup berhingga. Orde dari 9

adalah | 9 … | | || 9| … | |.

B. Homomorfisma Grup Definisi 2.2.1

Misalkan dan : adalah grup. Fungsi o: : disebut homomorfisma jika

Jika o bijektif, maka o disebut isomorfisma dan dikatakan isomorfis :. Notasi yang biasa dipakai untuk menyatakan bahwa isomorfis : adalah

p :.

Teorema 2.2.2

Jika P: : adalah homomorfisma grup dan P dapat dibalik, maka invers dari P juga merupakan homomorfisma grup.

Bukti

Misalkan 8, Q dan P adalah invers dari P.

P P 8 P Q P P 8 P P Q

P P 8 P Q 8Q P bP P 8 P Q c P 8Q P 8 P Q P 8Q

Jadi, P adalah homomorfisma.

■ ■ ■ ■

Contoh 2.2.3

1. Misalkan adalah grup Abel. Fungsi o: yang didefinisikan dengan o untuk setiap adalah suatu homomorfisma

karena jika , maka o

o o o o .

2. Diberikan grup Y9 ?8, Q|8 Q9 1, Q 8Q 8 @. Setiap

memenuhi 0 ; I ; 1 dan 0 ; J ; * 1. Misalkan : adalah sebarang grup yang memuat elemen , dan K yang memenuhi , K9 1 dan

K ,K , . Fungsi o: Y9 : yang didefinisikan dengan

o QE8G KE,G untuk setiap QE8G Y9 adalah homomorfisma. Un-tuk menunjukkan hal ini, misalkan 0 ; ] ; 1, 0 ; [ ; * 1,

0 ; q ; 1 dan 0 ; r ; * 1. Karena Y9 adalah grup, akibatnya

Q\8 Qs8t QE8G untuk suatu 0 ; I ; 1 dan 0 ; J ; * 1. Lebih jauh, I dan J ditentukan oleh persamaan 8 Q9 1 dan Q 8Q 8 .

Karena , K9 1 dan K ,K , , dapat disimpulkan pula bah-wa K\, Ks,t KE,G. Dengan demikian

u Q\8 Qs8t u QE8G

KE,G

K\, Ks,t

u Q\8 u Qs8t

Jadi, u adalah homomorfisma.

Teorema 2.2.4

Jika adalah grup, maka terdapat grup permutasi l sedemikian hingga

p l. Bukti

Misalkan adalah grup dan . Pertama-tama didefinisikan fungsi

vw , vw K maka

, K

, K

, K

Jadi, vw injektif. Selanjutnya untuk setiap , , ambil K , . Perha-tikan bahwa vw K vw , , ,. Dengan demikian vw surjektif.

Karena vw bijektif, dapat disimpulkan bahwa vw adalah permutasi untuk setiap .

Bentuk himpunan l Dvw| H. Himpunan l adalah grup terhadap ope-rasi komposisi fungsi. Untuk menunjukkan hal ini, misalkan , . Maka,

vw, vx l. Dengan demikian untuk setiap , ,

vwvx , vw vx , vw , , , vwx ,

Jadi, l tertutup terhadap operasi komposisi fungsi. Perlu diingat bahwa ope-rasi komposisi fungsi bersifat asosiatif. Selanjutnya l memuat elemen identi-tas, yaitu v : yang didefinisikan dengan v , 1, , untuk setiap

, . Akhirnya, untuk setiap vw l pilih vwyF l. Perhatikan bahwa un-tuk setiap ,

vwvwyF , vwyFvw , , v ,

Jadi setiap vw l mempunyai invers, yaitu vwyF l. Dengan demikian, l

Selanjutnya definisikan P: l dengan P vw untuk setiap . Pertama-tama akan ditunjukkan bahwa P adalah homomorfisma. Untuk setiap

, , P vwx vwvx P P .

Jika P P maka vw vx. Akibatnya, , , untuk setiap , . Akhirnya diperoleh . Jadi, P injektif. Selanjutnya untuk setiap vw l

pilih , . Perhatikan bahwa P , P vw. Jadi, P surjektif. Ka-rena P bijektif dan memenuhi sifat homomorfisma, maka P adalah isomor-fisma. Dengan demikian p l.

■ ■ ■ ■

Definisi 2.2.5

Misalkan o: : adalah homomorfisma. Kernel dari o dinotasikan dengan

z1] o dan didefinisikan dengan

z1] o |o 1

Sedangkan bayangan dari o dinotasikan dengan .B o dan didefinisikan dengan

.B o :| o ,

Teorema 2.2.6

Jika o: : adalah homomorfisma, maka : z1] o adalah grup bagian normal .

Bukti

1. Jelas bahwa 1 : karena o 1 1.

2. Misalkan 8, Q :. Maka o 8Q o 8 o Q 1 o Q 1. Akibatnya, 8Q :.

Dengan demikian, : grup bagian dari .

Selanjutnya akan ditunjukkan bahwa 8: :8 untuk setiap 8 . Jika

, 8:, maka , 8 untuk suatu :. Dengan demikian o , o 8 o 8 o o 8 . Jadi, o , o 8 . Selanjutnya,

o , o 8

o , o 8 *1 1

o , o 8 1

o ,8 1

Jadi, ,8 :. Dengan demikian ,8 9 untuk suatu 9 :. Akhirnya,

, 98 :8. Jika , :8, maka , ^8 untuk suatu ^ :. Dengan demikian o , o ^8 o ^ o 8 o 8 . Jadi, o , o 8 . Selan-jutnya,

o , o 8

1 o , *1o 8

1 o , o 8

1 o , 8

Jadi, , 8 :. Dengan demikian , 8 { untuk suatu { :. Akhirnya,

, 8 { 8:. Jadi, 8: :8 untuk setiap 8 . Dengan kata lain,

Teorema 2.2.7

Jika fungsi P: l adalah homomorfisma grup dan : z1] P , maka

/: p .B P . Bukti

Didefinisikan fungsi o: /: .B P yang diberikan dengan o :8 P 8

untuk setiap 8 . Pertama-tama akan dibuktikan bahwa owell-defined. Mi-salkan :8, :Q /: dan :8 :Q. Maka 8 Q :. Sehingga

P 8 Q 1 P 8 P Q 1

P 8 P Q 1

P Q P 8

Jadi, owell-defined. Selanjunya akan ditunjukkan bahwa o isomorfisma. Un-tuk setiap :8, :Q /:,

o :8 :Q o :8Q P 8Q P 8 P Q o :8 o :Q

Jadi, o memenuhi sifat homomorfisma. Selanjutnya jika o :8 o :Q

maka P 8 P Q . Sehingga 8 Q :. Jadi, :8 :Q. Jadi, o injektif. Se-lanjutnya misalkan K .B P . Dengan demikian terdapat , sedemikian hingga P , K. Karena , , jelas bahwa :, /:. Jadi, untuk setiap

K .B P terdapat :, /: sedemikian hingga o :, P , K. Jadi,

o surjektif. Akhirnya dapat disimpulkan bahwa o isomorfisma. Dengan de-mikian, /: p .B P .

C. Ruang Vektor Definisi 2.3.1

Ruang Vektor | atas lapangan kompleks ) adalah himpunan takkosong |

yang dilengkapi dengan operasi penjumlahan antara dua anggota | serta ope-rasi perkalian skalar antara } | dengan ), sedemikian hingga untuk se-tiap r, }, ~ | dan , • )

1. r g } |

2. r g } } g r

3. r g } g ~ r g } g ~

4. Terdapat 0 | sedemikian hingga 0 g } } g 0 } untuk setiap

} |.

5. Untuk setiap } |, terdapat *} | sedemikian hingga } g *} *} g } 0 6. } | 7. r g } r g } 8. g • } } g •} 9. • } •} 10.1} }

Selanjutnya, setiap anggota | disebut vektor dan setiap anggota ) disebut

skalar.

Dalam pembahasan selanjutnya, ruang vektor | atas lapangan kom-pleks ) akan disebut ruang vektor saja.

Contoh 2.3.2

1. Misalkan | adalah himpunan semua matriks ukuran 2 2 yang ang-gota-anggotanya bilangan kompleks. Maka, | adalah ruang vektor bi-la operasi penjumbi-lahan didefinisikan sebagai penjumbi-lahan matriks dan operasi perkalian skalar didefinisikan sebagai perkalian skalar dengan matriks.

2. Misalkan . Himpunan ) yaitu himpunan semua pasangan teru-rut , , ,9, … , , dengan , , ,9, … , , ) adalah ruang vektor terha-dap lapangan ) jika penjumlahan dan perkalian skalar dalam ) ber-turut-turut didefinisikan dengan

, , ,9, … , , g K , K9, … , K , g K , ,9g K9, … , , g K , , ,9, … , , , , ,9, … , ,

untuk setiap , , ,9, … , , , K , K9, … , K ) dan ). Dalam pembahasan selanjutnya, setiap , , ,9, … , , ) akan dituliskan dengan menggunakan matriks kolom, yaitu

, , ,9, … , , € , ,9 • , ‚ Definisi 2.3.3

Jika | adalah ruang vektor dan ƒ adalah himpunan bagian takkosong dari |, maka ƒ adalah ruang bagian dari | jika dan hanya jika:

i. Jika }, ~ ƒ, maka } g ~ ƒ

Dapat ditunjukkan bahwa ruang bagian adalah himpunan bagian dari suatu ruang vektor | yang juga merupakan ruang vektor dengan operasi pen-jumlahan dan operasi perkalian skalar yang didefinisikan dalam |.

Contoh 2.3.4

1. Untuk sebarang ruang vektor |, ƒ 0 dan | adalah ruang bagian dari |.

2. Himpunan ƒ yang diberikan dengan ƒ 0„,,… )9|, )7 adalah ruang bagian dari ruang vektor )9.

Definisi 2.3.5

Misalkan | adalah ruang vektor dan } |. Misalkan pula } , }9, … , } |. Vektor } disebut kombinasi linear dari vektor-vektor } , }9, … , } jika dan hanya jika } dapat dinyatakan dalam bentuk

} } g 9}9g W g }

dengan , 9, … , ). Selanjutnya, himpunan yang memuat semua kom-binasi linear dari } , }9, … , } disebut rentang dari } , }9, … , } dan dinotasi-kan dengan [† } , }9, … , }

Contoh 2.3.6

1. Misalkan | )9 dan

„10…,„01… |. Maka setiap vektor } „8Q… )9

adalah kombinasi linear dari „10… dan „01… karena } „8Q… 8„10… g Q „01….

2. Vektor ‡36 9Š )

^ adalah kombinasi linear dari vektor-vektor

11 0Š , ‡ 1 *2 0 Š , ‡ 1 1 3Š ) ^ karena 36 9Š 1 ‡ 1 1 0Š * 1 ‡ 1 *2 0 Š g 3 ‡ 1 1 3Š Teorema 2.3.7

Jika | adalah ruang vektor dan } , }9, … , } |, maka [† } , }9, … , } ada-lah ruang bagian dari |.

Bukti

Misalkan • ) dan r, } [† } , }9, … , } . Maka, r } g 9}9g W g } dan } m } g m9}9g W g m } . 1. Karena 0 0} g 0}9g W g 0} , maka 0 [† } , }9, … , } . 2. r g } } g 9}9g W g } g m } g m9}9g W g m } gm } g 9gm9 }9g W g gm } Jadi, r g } [† } , }9, … , } 3. •r • } g 9}9g W g } • } g • 9}9g W g • } Jadi, •r [† } , }9, … , }

Dengan demikian terbukti bahwa [† } , }9, … , } adalah ruang bagian dari

|.

Definisi 2.3.8

Misalkan ‹ Q , Q9, … , Q adalah himpunan vektor-vektor pada ruang vek-tor |. Himpunan ‹ dikatakan merentang | jika [† Q , Q9, … , Q |, yaitu setiap } | dapat dinyatakan sebagai kombinasi linear dari Q , Q9, … , Q .

Definisi 2.3.9

Misalkan ‹ Q , Q9, … , Q adalah himpunan vektor-vektor pada ruang vek-tor |. Himpunan ‹ dikatakan bebas linear jika satu-satunya solusi persamaan

Q g 9Q9g W g Q 0 adalah 9 W 0. Jika terdapat solusi lain, maka ‹ dikatakan bergantung linear.

Contoh 2.3.10 1. Himpunan ‹ Œ‡11 2Š , ‡ 2 2 4Š , ‡ 3 *2 0 Š• Ž )

^ tidak bebas linear karena

per-samaan ‡11 2Š g 9 2 2 4Š g ^ 3 *2 0 Š ‡ 0 0

0Š mempunyai solusi tak nol,

yaitu 2, 9 *1 dan ^ 0.

} „8Q… 8„10… g Q „01…. Kemudian „10… g 9„01… „00… jika dan

hanya jika •

9• „00…. Jadi, 0„10…,„01…7 bebas linear.

Definisi 2.3.11

Misalkan ‹ Q , Q9, … , Q adalah himpunan vektor-vektor pada ruang vek-tor |. Himpunan ‹ disebut basis dari | jika bebas linear dan merentang |.

Contoh 2.3.12

1. Himpunan 0„11…,„10…7 merentang ruang vektor )9 karena untuk setiap } „,K… )9, } „,K… K „11… g , * K „10…. Selain itu, persamaan

„11… g 9„10… „00… terpenuhi jika dan hanya jika • g 9• „00…. Akibatnya, diperoleh 0 dan 9 0. Dengan demikian 0„11…,„10…7

bebas linear. Akhirnya dapat disimpulkan bahwa 0„11…,„10…7 adalah

ba-sis ruang vektor )9.

2. Dalam contoh 2.3.10.2 telah ditunjukkan bahwa 0„10…,„01…7 bebas

li-near dan merentang )9. Jadi,

0„10…,„01…7 basis dari )9. Basis seperti ini

Teorema 2.3.13

Misalkan ‹ } , }9, … , } adalah basis ruang vektor |. Maka, setiap

} | hanya dapat dinyatakan dalam bentuk } m } g m9}9g W g m }

tepat dengan satu cara mE ), I 1,2, … , . Bukti:

Karena ‹ adalah basis dari |, maka ‹ bebas linear dan merentang |. Dengan demikian, setiap } | dapat dinyatakan dalam bentuk } m } g m9}9g W g m } . Sekarang misalkan } m } g m9}9g W g m } dan } } g

9}9g W g } . Maka,

0 m * } g m9* 9 }9g W g m * } . Diketahui bahwa ‹ bebas linear. Akibatnya

m * 0; m9* 9 0; … ; m * 0. Maka diperoleh

m ; m9 9; … ; m

Jadi, setiap } | hanya dapat dinyatakan dalam bentuk } m } g m9}9g W g m } tepat dengan satu cara.

Teorema 2.3.14

Misalkan ‹ Q , Q9, … , Q adalah basis ruang vektor | dan ƒ ~ , ~9, … , ~A adalah himpunan sebarang vektor pada |. Jika B ‘ maka

ƒ bergantung linear. Bukti

’ ~ 8 Q g 89 Q9g W g 8 Q ~9 8 9Q g 899Q9g W g 8 9Q • ~A 8 AQ g 89AQ9g W g 8 AQ “ 1

Untuk menunjukkan bahwa ƒ bergantung linear, harus ditunjukkan bahwa terdapat , 9, … , A yang tidak semuanya nol sedemikian hingga persamaan

~ g 9~9g W g A~A 0 2 terpenuhi.

Dengan menggunakan persamaan-persamaan 1 , persamaan 2 dapat ditu-lis kembali dengan

8 g 98 9g W g A8 A Q

g 89 g 9899g W g A89A Q9

g 8 g 98 9g W g A8 A Q 0

Selanjutnya, berdasar sifat kebebasan linear ‹ diperoleh

’ 8 g 8 9 9g W g 8 A A 0 89 g 899 9g W g 89A A 0 • 8 g 8 9 9g W g 8 A A 0 “ 3

Sistem persamaan diatas memiliki B buah faktor dan buah persamaan. Ka-rena B ‘ , berdasarkan teori tentang sistem persamaan linear, terdapat

, 9, … , A yang tidak semuanya nol dan memenuhi sistem persamaan

li-near 3 .

■ ■ ■ ■

Teorema 2.3.15

Misalkan ‹ Q , Q9, … , Q adalah basis ruang vektor |. Jika ƒ ~ , ~9, … , ~A juga merupakan basis dari |, maka B.

Bukti

Pandang bentuk kontraposisi dari teorema 2.3.14. Karena ‹ basis dari | dan

ƒ bebas linear, maka B ; . Demikian pula karena ƒ basis dari | dan ‹

bebas linear, maka ; B. Dengan demikian B.

■ ■ ■ ■

Definisi 2.3.16

Banyaknya vektor dalam himpunan basis dari ruang vektor | disebut dimensi

dari | dan dinotasikan dengan •IB | .

Kecuali dikatakan sebaliknya, setiap ruang vektor dalam karya tulis ini adalah ruang vektor dengan dimensi berhingga, yaitu ruang vektor yang him-punan basisnya memilik berhingga banyak elemen. Dimensi ruang vektor

| 0 didefinisikan •IB | 0.

Definisi 2.3.17

Misalkan | adalah ruang vektor dan R } , }9, … , } Ž | bebas linear. Himpunan R dikatakan himpunan bebas linear terbesar dari | jika untuk se-barang ~ |, himpunan ƒ ~, } , }9, … , } bergantung linear.

Teorema 2.3.18

Misalkan | adalah ruang vektor. Jika R } , }9, … , } adalah himpunan bebas linear terbesar dari |, maka R adalah basis dari |.

Bukti

Harus ditunjukkan bahwa R merentang |. Karena R adalah himpunan bebas linear terbesar dari |, maka untuk setiap ~ |, ~, } , }9, … , } bergantung linear. Dengan kata lain persamaan

8%~ g 8 } g W g 8} 0

memiliki solusi tak nol. Perhatikan bahwa 8%_ 0 karena jika tidak demikian akan timbul kontradiksi, yaitu bahwa R bergantung linear. Akibatnya dipero-leh ~ *88 %} * W *88 %} Jadi, R merentang |. ■ ■ ■ ■ Teorema 2.3.19

Misalkan | adalah ruang vektor berdimensi . Jika ‹ } , }9, … , } Ž |

bebas linear, maka ‹ adalah basis dari |. Bukti

Berdasar teorama 2.3.14, dan definisi 2.3.17, ‹ adalah himpunan bebas linear terbesar dari |. Kemudian berdasar teorema 2.3.18, ‹ adalah basis dari |.

■ ■ ■ ■

Teorema 2.3.20

Misalkan | adalah ruang vektor berdimensi dan ƒ adalah ruang bagian da-ri |. Jika •IB ƒ , maka ƒ |.

Bukti

Misalkan } ƒ. Jelas bahwa } |. Kemudian misalkan } | dan

~ , ~9, … , ~ adalah basis dari ƒ. Dengan demikian ~ , ~9, … , ~ bebas linear dan juga himpunan bagian dari |. Karena •IB | , berdasar teo-rema 2.3.19, ~ , ~9, … , ~ adalah basis dari |. Jadi, } dapat dinyatakan se-bagai kombinasi linear dari ~ , ~9, … , ~ . Akibatnya } ƒ. Akhirnya, dapat disimpulkan bahwa ƒ |. ■ ■ ■ ■ Teorema 2.3.21

Misalkan | adalah ruang vektor berdimensi . Jika ] adalah bilangan bulat positif yang memenuhi ] — dan } , }9, … , }\ Ž | bebas linear, maka ter-dapat vektor-vektor }\C , }\C9, … , } | sedemikian hingga } , }9, … , }

adalah basis dari |. Bukti

Karena ] — , maka menurut teorema 2.3.15, } , }9, … , }\ bukan basis dari

|. Karena } , }9, … , }\ bukan basis dari |, maka menurut teorema 2.3.18

} , }9, … , }\ bukanlah himpunan bebas linear terbesar dari |. Akibatnya terdapat }\C | sedemikian hingga } , }9, … , }\, }\C bebas linear. Jika

] g 1 — , dengan penalaran yang sama, terdapat }\C9 sedemikian hingga

sa-ma sampai ] akan diperoleh } , }9, … , } bebas linear. Menurut teore-ma 2.3.19, } , }9, … , } adalah basis dari |.

■ ■ ■ ■

Teorema 2.3.22

Misalkan | adalah ruang vektor berdimensi . Jika ƒ adalah ruang bagian dari |, maka •IB ƒ ; .

Bukti

Misalkan ~ , ~9, … , ~\ adalah basis dari ƒ. Ada dua kemungkinan. Perta-ma ~ , ~9, … , ~\ adalah basis dari |. Jika demikian, menurut teorema 2.3.15, ] . Kemungkinan lainnya, ~ , ~9, … , ~\ bukan basis dari |. Jika demikian menurut teorema 2.3.21 terdapat ~\C , ~\C9, … , ~ sedemikian hingga ~ , ~9, … , ~ adalah basis dari |. Artinya ] — . Dengan demikian untuk semua kasus, ] ; . Jadi •IB ~ ; .

■ ■ ■ ■

Definisi 2.3.23

Misalkan ‹ } , }9, … , } adalah basis ruang vektor |. Untuk setiap

} m } g m9}9g W g m } |, matriks koordinat dari } relatif terhadap basis ‹ dinotasikan dengan ˜}™ dan didefinisikan dengan

˜}™ € m m9 • m ‚

Contoh 2.3.24

Telah ditunjukkan dalam contoh 2.3.12.1 bahwa 0„11…,„10…7 adalah basis dari )9. Jika diambil

„12…,„*1… )2 9, maka „12… 2„11… * 1 „10… dan „ 2*1… *1 „11… g 3„10…. Dengan demikian š„12…› „ 2*1… dan š„ 2*1…›

„*13 ….

Dalam kasus khusus ‹ adalah basis standart dari |, untuk setiap } |

berlaku ˜}™ }.

Teorema 2.3.25

Misalkan ‹ } , }9, … , } adalah basis dari ruang vektor |. Misalkan pu-la ) dan }, ~ |. Maka, 1. ˜} g ~™ ˜}™g ˜~™ 2. ˜ }™ ˜}™ Bukti: Misalkan } } g 9}9g W g } dan ~ • } g •9}9g W g • } . 1. } g ~ } g 9}9g W g } g • } g •9}9g W g • } g • } g 9g •9 }9g W g g • } Akibatnya, ˜} g ~™ € g • 9g •9 • g • ‚ € 9 • ‚ g € • •9 • • ‚ ˜}™g ˜~™ 2. } } g 9}9g W g } } g 9}9g W g }

Akibatnya,

˜ }™9

• ‚ • ‚9 ˜}™

Teorema 2.3.26

Jika ‹ } , }9, … , } dan ‹9 ~ , ~9, … , ~ adalah basis dari ruang vektor |, maka terdapat tepat satu matriks N berukuran , sedemikian hingga ˜}™F N˜}™‹2 untuk setiap } |. Matriks tersebut diberikan dengan

N ˜˜~ ™‹F ˜~9F W ˜~ ™‹F

Selanjutnya, matriks N tersebut dinamakan matriks transisi dari 9 ke ‹ . Bukti:

Untuk setiap } ~ g 9~9g W g ~ |, berlaku

˜}™‹F ˜ ~ g 9~9g W ~ ™‹F

˜ ~ ™Fg ˜ 9~9Fg W g ˜ ~ ™F

˜~ ™Fg 9˜~9Fg W g ˜~ ™‹F

˜˜~ ™‹F ˜~9‹F W ˜~ ™‹F™ € 9

• ‚ N˜}™2

Selanjutnya misalkan untuk setiap } |, ˜}™F N˜}™2 dan matriks

O € Q Q 9 Q9 Q99 W Q W Q9 • • Q Q 9 • W Q ‚

N˜}™‹2 O˜}™‹2 ˜˜~ ™F ˜~9F W ˜~ ™F™˜}™2 € Q Q 9 Q9 Q99 W Q W Q9 • • Q Q 9 • W Q ‚ ˜}™‹2 Jika diambil } ~ , maka

˜˜~ ™F ˜~9F W ˜~ ™F™˜~ ™2 € Q Q 9 Q9 Q99 W Q W Q9 • • Q Q 9 • W Q ‚ ˜~ ™2 ˜˜~ ™F ˜~9F W ˜~ ™F™ œ 1 0 • 0 • € Q Q 9 Q9 Q99 W Q W Q9 • • Q Q 9 • W Q ‚ œ 1 0 • 0 • ˜~ ™F € Q Q9 • Q ‚

Demikian juga jika berturut-turut diambil } ~9, … , } ~ , maka

˜~9F € Q 9 Q99 • Q 9 ‚ , … , ˜~ ™‹F € Q Q9 • Q ‚

Akhirnya diperoleh N O. Jadi, matriks tersebut tunggal.

Contoh 2.3.27

Diberikan ruang vektor '9. Misalkan ‹ 0„10…,„01…7 dan 9 0„10…,„11…7

„10… 1„10… g 0 „01… dan „11… 1„10… g 1 „01…

Dengan demikian diperoleh š„10…›

F „10… dan š„11…›

F „11…. Akhirnya dipe-roleh matriks transisi dari ‹9 ke ‹ sebagai berikut:

N „1 10 1…

Dalam contoh 2.3.27 tampak bahwa N dapat dibalik. Invers dari N ada-lah N „ 1 *10 1 …. Hal ini bukanlah suatu kebetulan. Secara umum, ma-triks transisi adalah mama-triks yang dapat dibalik. Teorema di bawah ini menun-jukkan hal tersebut.

Teorema 2.3.28

Misalkan ‹ } , }9, … , } dan ‹9 ~ , ~9, … , ~ adalah basis dari ruang vektor |. Jika N adalah matriks transisi dari ‹9 ke ‹ , maka

1. N dapat dibalik

2. N adalah matriks transisi dari ‹ ke ‹9

Bukti:

Misalkan N adalah matriks transisi dari ‹9 ke ‹ dan O adalah matriks transi-si dari ‹ ke ‹9. Untuk membuktikan teorema di atas, akan ditunjukkan

bah-wa NO . dan selanjutnya menyimpulkan bahwa O N untuk melengka-pi bukti. Misalkan

NO € m m 9 m9 m99 W m W m9 • • m m 9 • W m ^

Berdasar teorema 2.3.26 , untuk setiap } | berlaku ˜}™F N˜}™2 dan

˜}™2 O˜}™F. Akibatnya ˜}™2 O˜}™F N˜}™2 NO˜}™F ˜}™F € m m 9 m9 m99 W m W m9 • • m m 9 • W m ‚ ˜}™F

Jika diambil } } ‹ , maka diperoleh

˜} ™F € m m 9 m9 m99 W m W m9 • • m m 9 • W m ‚ ˜} ™F œ 1 0 • 0 • € m m 9 m9 m99 W m W m9 • • m m 9 • W m ‚ œ 1 0 • 0 • € m m9 • m ‚

Demikian pula jika berturut-turut diambil } }9, … , } } maka diperoleh

œ 0 1 • 0 • € m 9 m99 • m 9 ‚ ; … ; œ 0 0 • 1 • € m m9 • m ‚ Akhirnya diperoleh NO € m m 9 m9 m99 W m W m9 • • m m 9 • W m ‚ € 1 0 0 1 W 0W 0 • • 0 0 W 1 ‚ .

Berdasar teori matriks, jika NO . maka ON .. Jadi, N dapat dibalik dan

N O.

D. Transformasi Liner Definisi 2.4.1

Misalkan | dan ƒ adalah ruang vektor. Transformasi linear adalah fungsi

v: | ƒ yang memenuhi sifat:

i. v } g }9 v } g v }9 untuk setiap } , }9 |

ii. v } v } untuk setiap } | dan ).

Jika | ƒ, maka transformasi linear v disebut endomorfisma.

Contoh 2.4.2

1. Fungsi v: )9 )^ yang didefinisikan dengan

v } ‡ ,,9

, g ,9Š

untuk setiap } „,,9… )9 adalah transformasi linear.

2. Misalkan | adalah ruang vektor. Fungsi .: | | yang didefinisikan dengan . } } untuk setiap } | adalah transformasi linear. Transformasi linear seperti ini disebut transformasi identitas.

3. Misalkan untuk setiap r, } )9, fungsi v: )9 )9 didefinisikan

dengan v } I}. Dengan demikian

ii. v } I } I} v } dengan )

Dengan demikian v adalah transformasi linear. Karena v: )9 )9,

maka v disebut endomorfisma.

Teorema 2.4.3

Misalkan | dan ƒ adalah ruang vektor. Jika } , }9, … , } adalah basis dari

| dan ~ , ~9, … , ~ adalah sebarang vektor pada ƒ, maka terdapat tepat satu transformasi linear v: | ƒ sedemikian hingga v }E ~E untuk setiap

I 1,2, … , . Bukti

Misalkan }, ~ |. Maka, } 8 } g 89}9g W g 8 } dan ~ Q } g Q9}9g W g Q } dengan 8E, QE ). Definisikan v: | ƒ dengan

v } v 8 } g 89}9g W g 8 } 8 ~ g 89~9g W g 8 ~

Jelas bahwa v }E ~E untuk setiap I. Selain itu v adalah transformasi linear karena 1. v } g ~ v 8 g Q } g 89g Q9 }9g W g 8 g Q } 8 g Q ~ g 89g Q9 ~9g W g 8 g Q ~ 8 ~ g W g 8 ~ g Q ~ g W g Q ~ v } g v ~ 2. Untuk setiap ) v } v 8 } g 89}9g W g 8 } 8 ~ g 89~9g W g 8 ~ 8 ~ g 89~9g W g 8 ~ v }

Selanjutnya akan dibuktikan sifat ketunggalan. Misalkan vl: | ƒ adalah transformasi linear yang memenuhi vl }E ~E untuk setiap I. Dengan de-mikian

v } v 8 } g W g 8 } 8 v } g W g 8 v }

8 vl } g W g 8 vl } vl 8 } g W g 8 } vl }

Definisi 2.4.4

Misalkan v: | ƒ adalah transformasi linear. Kernel dari v dinotasikan dengan z1] v dan didefinisikan dengan

z1] v } ||v } 0 .

Sedangkan bayangan dari v dinotasikan dengan .B v dan didefinisikan dengan

.B v ~ ƒ|~ v } , } | .

Berdasar definisi ruang bagian, dapat ditunjukkan bahwa z1] v

Dalam dokumen REPRESENTASI LINEAR GRUP BERHINGGA (Halaman 17-111)

Dokumen terkait