Karakterisktik Elemen Satuan Pada Semiring
Pseudo-Ternary Matriks Atas Bilangan Bulat Negatif
Maxrizal1 dan Baiq Desy Aniska Prayanti2
1
Jurusan Sistem Informasi, STMIK Atma Luhur Pangkalpinang 2
Universitas Bangka Belitung
1
maxrizal@atmaluhur.ac.id dan 2 baiqdesyaniska@gmail.com
Abstrak
Struktur semiring pseudo-ternary merupakan genaralisasi dari struktur semiring ternary. Sifat-sifat yang terdapat di semiring ternary diselidiki dan diaplikasikan pada semiring pseudo-ternary. Dalam makalah ini dikaji karakteristik dari elemen satuan pada semiring pseudo-ternary matriks atas bilangan bulat negatif. Suatu elemen pada semiring pseudo-ternary dikatakan memiliki elemen satuan jika elemen tersebut merupakan elemen satuan kiri, tengah dan kanan. Jika elemen tersebut hanya merupakan elemen kiri dan kanan maka elemen tersebut dinamakan elemen satuan dua sisi. Hasil kajian menunjukkan bahwa karakteristik elemen satuan pada semiring pseudo ternary matriks atas bilangan bulat negatif bergantung pada ordo dari matriks. Selanjutnya, kelemahan-kelemahan pada ordo matriks dikaji dan dimodifikasi pada beberapa subsemiring pseudo-ternary di semiring pseudo-ternary matriks atas bilangan bulat negatif. Tujuannya agar diperoleh subsemiring pseudo-ternary di semiring pseudo-ternary matriks atas bilangan bulat negatif yang memiliki elemen satuan dua sisi atau elemen satuan.
Kata Kunci: semiring pseudo ternary matriks atas bilangan bulat negatif, elemen satuan, elemen satuan dua sisi, subsemiring pseudo-ternary matriks atas bilangan bulat negatif.
1. Pendahuluan
Konsep semiring ternary pada
2, 3, 4,5, 6, 7
yang diperkenalkan oleh T.K. Dutta dan S. Kar (2004) merupakan generalisasi dari ring ternary yang diperkenalkan oleh W.G. Lister pada tahun 1971. Pada
3, 5, 6
dijelaskan bahwa konsep semiring ternary dimotivasi oleh struktur pada himpunan bilangan bulat negatif
yangdilengkapi operasi biner penjumlahan dan triner perkalian biasa. Selanjutnya pada
8 , konsep semiring ternary pada diperluas pada matriks persegi atas sehingga
n n
M yang dilengkapi operasi biner penjumlahan dan triner perkalian biasa merupakan semiring ternary.
Faktanya, Mn n
merupakan bentuk matriks khusus dari matriks persegi panjang dan struktur matriks Mm n
dilengkapi operasi biner penjumlahan dan triner perkalian biasa bukan merupakan semiring ternary. Bahkan struktur
Mm n , ,
tidak tertutup pada operasi triner perkalian biasa. Untuk itu padaT
ABC AB C, dengan A B C, , Mm n
dan BTadalah transpose dari matriks B. Selanjutnya, struktur
Mn n
, ,
disebut semiring pseudo-ternary
8 .Berdasarkan
8 diperoleh bahwa konsep semiring pseudo-ternary bersifat lebih umum dari semiring ternary sehingga memberi peluang untuk menyelidiki sifat-sifat pada semiring ternary yang masih berlaku pada semiring pseudo-ternary. Salah satu sifat yang dikaji pada makalah ini adalah eksistensi elemen satuan pada semiring pseudo-ternary
Mn n
, ,
. Secara umum, suatu elemen pada suatu semiring pseudo-ternary S disebut elemen satuan jika elemen itu merupakan elemen satuan kiri sekaligus elemen satuan tengah dan kanan.Berdasarkan definisi di atas, dalam makalah ini dikaji eksistensi dari elemen satuan kiri, tengah dan kanan pada semiring pseudo-ternary
Mn n
, ,
.2. Kajian Pustaka
Berikut ini beberapa definisi yang berkaitan dengan struktur semiring pseudo-ternary yang didefinisikan pada
8 .Definisi 1. Diberikan himpunan S yang dilengkapi dengan operasi biner :S S S
dan operasi triner :S S S S. Himpunan S disebut semiring pseudo-ternary jika memenuhi:
1.
S,
merupakan semigrup abelian.2.
S,
merupakan semigrup pseudo-ternary yaitu untuk setiap , , , ,a b c d eS berlaku abcS dan
abc de
ab cde
.3. Berlaku sifat distributif kanan, kiri dan tengah, yaitu untuk setiap , , ,a b c dS berlaku
i a b cd acd bcd ii a b c d abd acdiii ab c d abc abd
Untuk memudahkan pemahaman pada bagian selanjutnya, struktur semiring pseudo-ternary disimbolkan menjadi semiring P-T.
Definisi 2. Suatu elemen disebut elemen nol dari semiring P-T
S, ,
dinotasikan dengan " 0" jika untuk setiap x y, S berlaku 0 x x dan 0xyx y0 xy00. Semiring P-T S yang mempunyai elemen nol disebut semiring P-T dengan elemen nol.Selanjutnya, pada pembahasan di bawah ini S merupakan notasi untuk semiring P-T dengan elemen nol dan S* S
0 .Definisi 3. Diberikan suatu semiring P-T
S, ,
. Elemene
di S disebut elemen satuan kiri (tengah, kanan) jika berlaku eexx exe
x xee, x
, untuk setiap xS . Elemen satuan kiri sekaligus kanan disebut elemen satuan dua sisi. Selanjutnya, elemen satuan kiri sekaligus elemen satuan tengah dan kanan disebut elemen satuan.Selanjutnya, di bawah ini diberikan beberapa definisi yang berkaitan dengan subhimpunan yang ada pada semiring P-T.
Definisi 4. Diberikan semiring P-T
S, ,
. Himpunan T S disebut subsemiring P-T jika
T, ,
juga merupakan semiring P-T.Perhatikan bahwa Definisi 4 dapat dinyatakan dalam Definisi di bawah ini. Definisi 5. Diberikan suatu semiring P-T
S, ,
dan subhimpunan T S. Himpunan T disebut subsemiring P-T jika untuk setiapt t t
1, ,
2 3
T
maka berlaku1 2
t
t
T
dant t t
1 2 3
T
.Selain mengkaji definisi-definisi yang berkaitan dengan semiring P-T, kajian pada makalah ini juga membutuhkan beberapa konsep dasar aljabar elementer. Berikut ini diberikan beberapa definisi dan sifat matriks pada aljabar elementer
1. Definisi 6. Suatu matriks persegi yang semua elemen di luar diagonal utamanya nol disebut matriks diagonal.Definisi 7. Suatu matriks diagonal L berukuran n n yang semua elemen diagonal utamanya adalah k dinyatakan sebagai Ln n
D k
n n .Selanjutnya, diberikan beberapa proposisi yang berkaitan dengan matriks diagonal.
Proposisi 1. Jika L adalah matriks diagonal maka berlaku LLT , dengan LT adalah tranpose dari matriks L.
Proposisi 2. Jika n n
n n L D k maka berlaku T n n n n n r n n r n n n r n r n L L O L O dan T n n n n n n r n n n r r n n r n L L L O O , dengan O adalah matriks dengan semua elemennya adalah 0 dan r .3. Hasil dan Pembahasan
Berdasarkan Definisi 2, struktur
Mm n
0 , ,
merupakan semiring P-T
dengan elemen nol. Selanjutnya, berdasarkan permasalah pada bagian pendahuluan, berikut ini diberikan beberapa definisi, contoh dan proposisi yang berkaitan dengan eksistensi elemen satuan pada semiring P-T
Mm n
0 , ,
. Perlu diperhatikan bahwa perkalian triner untuk A B C, , Mm n
0 didefinisikan sebagaiT
ABC AB C. Perhatikan contoh di bawah ini.
Contoh 1. Diketahui semiring P-T
M2 3
0 , ,
. Untuk semua A M2 3
0 maka terdapat 1 0 0 2 3
0 0 1 0 E M yang merupakan elemen satuan kiri, karena berlaku EEA A. Perhatikan bahwa AEE A dan E A E A
sehingga E bukan merupakan elemen satuan kanan dan tengah. Selanjutnya, Contoh 1 di atas memotivasi proposisi berikut ini.
Proposisi 3. Jika mn m
n
maka semiring P-T
Mm n
0 , ,
hanya memiliki elemen satuan kiri (kanan).Bukti:
Diketahui mn sehingga berlaku semiring P-T
M
m m k
0, ,
, dengank .
Kasus 1. (Akan diselidiki elemen satuan kiri)
Diambil sebarang AMmm k
0 . Jika Lm m
D
1
m m maka berlaku LA A.Perhatikan bahwa untuk setiap A Mmm k
0 terdapat m m
1
m m I D , sehingga berlaku T T m n m m m n m m m m m n m m m k m m k m m m k m k m m n A L A I I A I O I O A Jika diambil m m m k m m kE
I
O
maka berlaku AEE AT EEA, untuk setiap AMmm k
0 . Jadi, E merupakan elemen satuan kiri.Kasus 2. (Akan diselidiki elemen satuan kanan)
Diambil sebarang AMm n
0 . Jika Rn n
D
1
n n maka berlaku AR A.Perhatikan bahwa untuk setiap AMm n
0 terdapat n n
1
n n
I D
, sehingga berlaku
T T n n n n m n m n n n m n n n n n m n k n n n k k n n k n I I A A R A I I A O O Jika diambil n n k n n k n I E O
maka berlaku AEE AE ET A, untuk setiap
0 m n A M . Perhatikan bahwa E Mm n
0 , karena diketahui mn. Jadi, E bukan merupakan elemen satuan kanan.
Kasus 3. (Akan diselidiki elemen satuan tengah)
Diambil sebarang AMm n
0 . Andaikan terdapat E elemen satuan tengah. Menurut Definisi 3, untuk setiap AMm n
0 berlakuT T
AEAEEA EA
Karena mn maka tidak mungkin berlaku A AT, untuk setiap
0 m nAM . Terjadi kontradiksi. Jadi, E bukan merupakan elemen satuan tengah.
Dari pembuktian Proposisi 3, kita dapat menemukan elemen satuan kiri yang lain dengan menukarkan kolom-kolom pada matriks Im m dan Om k . Salah satu hasil dekomposisi untuk elemen satuan kiri adalah
m k m m m m k
E O I . Berikut ini
diberikan proposisi yang menyatakan banyaknya elemen satuan kiri atau kanan dari semiring P-T
Mm n
0 , ,
.
Proposisi 4. Jika mn m
n
maka elemen satuan kiri (kanan) pada semiring P-T
Mm n 0 , ,
tidak tunggal dan banyaknya elemen satuan kiri (kanan) adalah
permutasi
m
baris (n kolom) darin
kolom (m baris).Berikut ini diberikan contoh untuk memperjelas Proposisi 3 dan 4. Contoh 2. Diberikan semiring P-T
M
3 5
0, ,
. Berdasarkan Proposisi 3, terdapat 3 3 3 2 3 5
0 3 5 E I O M sebagai salah satu elemen satuan kiri, dengan 3 3
3 3
1
I
D
. Berdasarkan Proposisi 5, banyaknya elemen satuan kiri pada semiring P-T
M3 5
0 , ,
adalah
3
5 5 1 5 2 60
faktor
.
Kita telah menyelidiki eksistensi elemen satuan pada semiring P-T
M
m n 0, ,
untuk ukuran matriks mn . Selanjutnya, pada proposisi dibawah ini akan dijelaskan eksistensi elemen satuan pada semiring P-T
M
m n 0, ,
Proposisi 5:
Semiring P-T
M1 1
0 , ,
memiliki elemen satuan. Bukti:Diberikan semiring P-T
M1 1
0 , ,
. Diambil sebarang
a M1 1
0 dan
berlaku
a aT. Jika diambil
1 maka
1 a a 1 a . Perhatikan bahwa untuk setiap
a M1 1
0 terdapat E
1 , sehingga berlaku
1 1 1 1 1 1 T T T T A E E AE E a a a A E E A EE A a a a A dan
1 T 1 1 1 EAE a a a AJadi, E elemen satuan di semiring P-T
M1 1
0 , ,
.Selanjutnya, banyaknya elemen satuan pada semiring P-T
M1 1
0 , ,
dinyatakan pada proposisi di bawah ini.
Proposisi 6. Elemen satuan pada semiring P-T
M1 1
0 , ,
tunggal, yaitu
1 . Perhatikan bahwa Proposisi 5 merupakan kasus umum pada bilangan bulat
0 , karena setiap
0
bisa dinyatakan sebagai matriks berukuran 1 1 . Selanjutnya, pada proposisi di bawah ini akan dinyatakan kasus mn dan n1 , untuk semiring P-T
Mn n
0 , ,
.Proposisi 7. Jika n1 maka semiring P-T
Mn n
0 , ,
hanya memiliki elemen
satuan dua sisi. Bukti:
Diberikan semiring P-T
Mn n
0 , ,
, dengan n1.
Kasus 1. (Akan diselidiki elemen satuan dua sisi)
Diambil sebarang AMn n
0 . Jika Ln n
D
1
n n maka berlaku LAALA.Perhatikan bahwa untuk setiap A Mn n
0 terdapat n n
1
n n I D , sehingga berlaku T n n n n n n n n n n n n T n n n n n n n n n n n n A I I A L A I I A L A A Jika diambil
E
I
n n dan dibentukT T A E E AE E A E E A EE A A
Jadi, E elemen satuan dua sisi.
Diambil sebarang AMn n
0 . Andaikan terdapat E elemen satuan tengah. Menurut Definisi 3, untuk setiap AMm n
0 berlakuT T
AEAEEA EA Perhatikan bahwa tidak setiap A M n n
0 berlakuT
AA . Jadi, semiring P-T
M
n n 0, ,
tidak memiliki elemen satuan tengah.Selanjutnya, banyaknya elemen satuan dua sisi pada semiring P-T
Mn n 0 , ,
dinyatakan pada proposisi di bawah ini.
Proposisi 8. Jika n1 maka elemen satuan dua sisi pada semiring P-T
M
n n 0, ,
tidak tunggal dan banyaknya elemen satuan dua sisi adalahpermutasi
n
baris darin
kolom.Berdasarkan Proposisi 7, penambahan syarat n1 pada semiring P-T
Mn n 0 , ,
hanya menghasilkan elemen satuan dua sisi. Dari fakta ini,
memotivasi untuk menyelidiki elemen satuan tengah pada suatu subsemiring P-T di semiring P-T
Mn n
0 , ,
. Perhatikan contoh di bawah ini.Contoh 3. Dibentuk himpunan K a c a b c, , 0 c b . Perhatikan bahwa
2 2 0KM . Untuk setiap AK berlaku AAT. Diambil A B C, , Mn n
0yaitu 1 3 3 2 A , 3 1 1 2 B dan 4 5 5 2 C . Perhatikan bahwa 59 44 79 69 T ABC AB C K
Jadi, subhimpunan
K, ,
bukan merupakan subsemiring P-T di semiring P-T
M
2 2 0, ,
.Perhatikan bahwa membentuk subhimpunan yang dibentuk dari semua matriks simetri
A AT
di
0 n nM
tidak menghasilkan suatu subsemiring P-T di
semiring P-T
Mn n
0 , ,
. Dari kelemahan Contoh 4, diperoleh fakta yang dinyatakan pada contoh di bawah ini.Contoh 4. Diberikan 0 , 0 0 a D a b b
. Perhatikan bahwa DM2 2
0 dan untuk setiap AD berlaku AAT. Berdasarkan Definisi 5, subhimpunan
D, ,
merupakan subsemiring P-T di semiring P-T
M
n n
0, ,
. Misalkan diambil sebarang AD maka terdapat
2 2 1 0 1 0 1 E D sehingga T T
EAEEA E A A, untuk setiap AD. Dengan demikian, E adalah elemen satuan tengah. Berdasarkan Proposisi 7, E merupakan elemen satuan dua sisi. Jadi E adalah elemen satuan di
D, ,
.Konsep yang diperoleh dari Contoh 4 di atas dinyatakan pada proposisi di bawah ini.
Proposisi 9. Jika D adalah himpunan semua matriks diagonal di Mn n
0 maka semiring P-T
D, ,
memiliki elemen satuan.Bukti:
Diberikan D himpunan semua matriks diagonal di Mn n
0 . Berdasarkan Definisi
1,
D, ,
merupakan semiring P-T. Perhatikan bahwa untuk setiap ADn n berlaku AAT. Diambil ADn n maka terdapat
1
n n
E D
sehingga berlaku
T T
EAEEA E A A, untuk setiap ADn n . Dengan demikan, E adalah elemen satuan tengah. Berdasarkan Proposisi 7, E merupakan elemen satuan dua sisi di Mn n
0 . Jadi E adalah elemen satuan di
D, ,
.Proposisi 10. Jika D adalah himpunan semua matriks diagonal di Mn n
0 maka semiring P-T
D, ,
memiliki elemen satuan yang tunggal, yaitu
D
1
n n .Berdasarkan Proposisi 9, elemen satuan dapat ditemukan di salah satu subsemiring P-T dari semiring P-T
Mn n
0 , ,
yaitu pada himpunan semua matriks diagonal di Mn n
0
. Perhatikan kembali bahwa semiring P-T
Mm n 0 , ,
hanya memuat elemen satuan kiri atau kanan, sehingga akan
diselidiki elemen satuan dua sisi pada subsemiring P-T
M
m n
0, ,
. Berikut inidiberikan contoh subsemiring P-T di semiring P-T
M
m n
0, ,
yang memilikiContoh 5. Dibentuk subhimpunan 0 , , , 0 0 a b H a b c d c d . Berdasarkan Definisi 5,
H, ,
merupakan subsemiring P-T di semiring P-T
M2 4
0 , ,
. Perhatikan bahwa untuk setiap AH terdapat 1 0 00 0 1 E dan 0 0 1 1 0 0 E
yang merupakan elemen satuan dua sisi.
Berdasarkan Contoh 5, subsemiring P-T
H, ,
memiliki elemen satuan dua sisi. Jika diperhatikan, untuk setiap AH memuat vektor kolom ac dan b d yaitu vektor-vektor kolom dari matriks a b M2 2
0c d
. Selanjutnya, sifat ini dinyatakan pada proposisi di bawah ini.
Proposisi 11. Diberikan semiring P-T
Mn n
0 , ,
. Diambil sebarang
0 n n AM dan dibentuk
* *
0 , 1, 1 dan m k H A A M mn kn mk .Jika A* memuat semua vektor kolom (vektor baris) dari A dan memuat vektor nol untuk kolom (baris) yang lain maka semiring P-T
H, ,
memiliki elemen satuan dua sisi.Perhatikan bahwa jika diambil D matriks diagonal di Mn n
0 maka diperoleh proposisi berikut.Proposisi 12. Diberikan semiring P-T
Mn n
0 , ,
. Diambil sebarang matriks diagonal D di Mn n
0 dan dibentuk
* *
0 , 1, 1 dan m k G D D M m n k n m k .Jika D* memuat semua vektor kolom (vektor baris) dari D dan memuat vektor nol untuk kolom (baris) yang lain maka semiring P-T
G, ,
memiliki elemen satuan.4. Kesimpulan
Hasil kajian menunjukkan bahwa eksistensi elemen satuan pada semiring P-T
Mm n 0 , ,
bergantung pada ordo dari matriks m n . Jika mn m
n
makauntuk n1 maka semiring P-T
Mn n
0 , ,
memiliki elemen satuan dua sisi.
Untuk kasus n1, semiring P-T
Mn n
0 , ,
memiliki elemen satuan.
Selain itu, kita juga memperoleh fakta bahwa untuk n1, semiring P-T
D, ,
memiliki elemen satuan, dengan D adalah himpunan semua matriks diagonal di Mn n
0 .
Daftar Pustaka
[1] Anton, H., dan Rorres, C., 2005, Aljabar Linear Elementer Versi Aplikasi, Edisi.8, diterjemahkan oleh Hermein, I., dan Gressando, J., Erlangga, Jakarta. [2] Dutta. T. K., Shum. K. P., dan Mandal. S., 2012, Singular Ideal of Ternary
Semirings, European Journal of Pure and Applied Mathematics, Vol. 5, No.2, pp. 116-128.
[3] Dutta. T. K., dan Kar. S., 2006, A Note On Regular Ternary Semiring, Kyungpook Mathematical Journal, Vol. 46, pp. 357-365.
[4] Kar. S., 2011, Ideal Theory In The Ternary Semiring 0
, Bulletin of The Malaysian Mathematical Science Society, Vol. 34, No. 1, pp. 69-77.
[5] Madhusudana . D. R., Srinivasa. G. R., dan Siva, P, P., 2015, Concept on Ordered Ternary Semiring, International Journal of Innovative Science, Engineering & Technology, Vol. 2, No. 4, pp. 435-438.
[6] Madhusudana . D. R., dan Srinivasa. G. R., 2014, Special Element of A Ternary Semiring, International Journal of Enginering Research and Applications, Vol. 4, No. 11, pp. 123-130.
[7] Madhusudana . D. R., dan Srinivasa. G. R., 2014, A Study On Ternary Semiring, International Journal of Mathematical Archive, Vol. 5, No. 12, pp. 24-30.
[8] Maxrizal dan Suparwanto. A., 2014, Semiring Pseudo-Ternary, Jurnal Matematika & Sains, Vol. 19, No. 2, pp. 50-55.