KOMBINATORIAL & PELUANG DISKRIT :
PERMUTASI
MATEMATIKA DISKRIT
Oleh: Yunissa Rara Fahreza
ILUSTRASI 1
Misal ada 3 buah kelereng yang berbeda warna : merah
(m), kuning (k) dan hijau (h). Kemudian dimasukkan ke
dalam 3 buah kaleng, masing-masing kaleng 1 buah
kelereng. Berapa jumlah urutan yang berbeda yang
mungkin dibuat dari penempatan kelereng ke dalam
kaleng-kaleng tersebut ?
M A T E M A T I K A D I S K R I T 1 Kelereng m k h Kantong 1 2 3Tabung 1 Tabung 2 Tabung 3 Urutan
m h m k k h h m k m kmh khm hmk hkm k h m h k mkh mhk
ILUSTRASI 2
Misal ada 6 buah kelereng yang berbeda warna : merah
(m), kuning (k) hijau (h), biru (b), ungu (u) dan coklat (c).
Kemudian dimasukkan ke dalam 3 buah kaleng,
masing-masing kaleng 1 buah kelereng. Berapa jumlah urutan
yang berbeda yang mungkin dibuat dari penempatan
kelereng ke dalam kaleng-kaleng tersebut ?
M A T E M A T I K A D I S K R I T 2 Kelereng Kantong 1 2 3 m k h b u c n = banyaknya objek r = pemilihan objek Sehingga : n = 6 r = 3
DEFINISI
Permutasi adalah :
jumlah urutan berbeda dari pengaturan objek-objek
Permutasi merupakan bentuk aplikasi dari kaidah
perkalian
Sehingga permutasi dari n objek (pada ilustrasi a):
n
1
n
2
2
.
1
n
!
n
! ! 1 . 2 2 1 ) , ( r n n n n n P r n P rn M A T E M A T I K A D I S K R I T 3• Jumlah susunan berbeda dari pemilihan r objek yang
diambil dari n objek disebut dengan permutasi-r
CONTOH 1
Berapa banyak kata yang terbentuk dari kata “KULIAH” ?
SOLUSI
Kata “KULIAH” n = 6
Ada 2 cara penyelesaian :
Cara 1 :
Anggap kata “KULIAH” sebagai kelereng yang berbeda warna dan 6 buah tabung terisi dengan 1 buah kelereng pada setiap tabung Sehingga :
(6)(5)(4)(3)(2)(1) = 720 buah kata
Cara 2 :
Dengan menggunakan rumus permutasi-r : n = 6 ; r = 6 Sehingga :
kata buah P P 720 ! 6 ! 0 ! 6 ! 6 6 ! 6 1 2 3 4 5 6 ) 6 , 6 ( 66 M A T E M A T I K A D I S K R I T 5CONTOH 2
Tiga buah ujian dilakukan dalam periode lima hari (Senin sampai Jumat). Berapa banyak pengaturan jadwal yang dapat dilakukan sehingga tidak ada 2 ujian atau lebih yang dilakukan pada hari yang sama ?
SOLUSI
Ada 2 cara penyelesaian :
Cara 1 :
Ujian ke-1 dapat ditempatkan pada salah satu dari 5 hari
Ujian ke-2 dapat ditempatkan pada salah satu dari 4 hari
Ujian ke-3 dapat ditempatkan pada salah satu dari 3 hari Jumlah pengaturan jadwal ujian :
(5)(4)(3) = 60 pengaturan jadwal
Cara 2 :
Dengan menggunakan rumus permutasi :
pengaturan jadwal P P 60 3 4 5 1 2 1 2 3 4 5 ! 2 ! 5 ! 3 5 ! 5 ) 3 , 5 ( 35 M A T E M A T I K A D I S K R I T 7CONTOH 3
Berapa banyak string yang dapat dibentuk yang terdiri dari 4 huruf berbeda dan diikuti dengan 3 angka yang berbeda pula
SOLUSI
String n1 = 26 (a, b, …, z)
Angka n2 = 10 (0, 1, …, 9)
Untuk mengisi posisi 4 buah huruf yang berbeda
(n1=26; r1=4):
7 ! 10 9 8 ! 7 8 9 10 ! 7 ! 10 ! 3 10 ! 10 ) 3 , 10 ( 310 P P 22 ! 26 25 24 23 ! 22 23 24 25 26 ! 22 ! 26 ! 4 26 ! 26 ) 4 , 26 ( 426 P P M A T E M A T I K A D I S K R I T 9• Untuk mengisi posisi 3 buah angka yang berbeda
(n2=10; r2=3):
• Karena string disusun dari 4 buah huruf dan 3 buah
angka, maka jumlah string yang dapat dibuat :
PERMUTASI MELINGKAR
Permutasi melingkar dari n objek adalah :
Penyusunan objek-objek yang mengelilingi sebuah
lingkaran (atau kurva tertutup sederhana)
Jumlah susunan objek yang mengelilingi
lingkaran :
(n – 1)!
CONTOH 4
Ada 10 orang yang duduk pada satu barisan kursi terdiri dari 10 kursi yang mengelilingi meja melingkar. Berapa banyak cara pengaturan tempat duduk bagi mereka ?
SOLUSI
Kursi = 10 n = 10
Objek pertama dapat ditempatkan dimana saja
pada lingkaran dengan 1 cara
Sisa n – 1 objek lainnya dapat diatur searah
jarum jam (misalnya) dengan :
P(n – 1, n – 1) = (n – 1) ! cara
Sehingga :
P(9, 9) = 9 !
LATIHAN
1. Diketahui X = {a,b,c}, maka banyaknya permutasi-2
2. Berapa banyak cara memilih seorang ketua, wakil ketua, sekretaris
dan bendahara dari kelompok yang terdiri dari 10 orang
3. Berapa banyak cara mengurutkan nama 25 orang mahasiswa ? 4. Jika suatu toko menjual 3 ukuran T-shirt dengan 6 warna berbeda
dan setiap T-shirt bisa bergambar naga, buaya atau tidak
bergambar sama sekali, berapa jenis T-shirt yang dapat anda beli ?
5. Berapa jumlah kata (terdiri dari 8 huruf) yang dapat dibentuk dari 26
huruf, tanpa memperhitungkan arti kata yang terbentuk. Buatlah untuk 2 kemungkinan (boleh mengulang huruf atau tidak boleh mengulang huruf)
6. Enam orang melamar pekerjaan untuk 3 pekerjaan yang sama,
yang masing-masing akan ditempatkan di Surabaya, Sidoarjo dan Malang. Berapakah kemungkinan susunan orang yang diterima untuk menempati posisi tersebut ?
LATIHAN (CONT.)
7. Berapa banyak permutasi bilangan yang dibentuk dari {1, 2, …,
8}
8. Tentukan banyaknya “kata” yang terbentuk dari huruf-huruf
dalam kata “SELEBES” jika setiap “kata” :
a. Berawal dan diakhiri dengan huruf E
b. Tiga huruf E berdampingan satu sama lain
9. Lima belas pemain basket akan direkrut oleh 3 tim profesional di
Jakarta, Bandung dan Surabaya, sedemikian sehingga setiap tim akan merekrut 5 orang pemain. Dalam berapa banyak cara dapat dilakukan ?
10. Sebuah bioskop mempunyi jajaran kursi yang disusun per baris.
Tiap baris terdiri dari 6 tempat kursi. Jika 2 orang akan duduk, berapa banyak pengaturan tempat duduk yang mungkin pada suatu baris ?
KOMBINATORIAL & PELUANG DISKRIT :
KOMBINASI
MATEMATIKA DISKRIT
Oleh: Yunissa Rara Fahreza
ILUSTRASI
Misal ada 2 buah kelereng yang berbeda warna : merah (m) dan hijau (h). Kemudian dimasukkan ke dalam 3 buah kaleng, masing-masing kaleng 1 buah kelereng.
MATEMATIK A DISKRIT 16
Kelereng
m h Kaleng
1 2 3
Kaleng 1 Kaleng 2 Kaleng 3
sama
sama
sama
ILUSTRASI (CONT.)
Jumlah cara memasukkan kelereng ke dalam
kaleng
MATEMATIK A DISKRIT 17 3 2 2 3 ! 2 ! 1 ! 3 ! 2 2 , 3 2 2 , 3 P PDEFINISI
Kombinasi r elemen dari n elemen adalah :
jumlah pemilihan yang tidak terurut r elemen yang diambil dari n buah elemen
Kombinasi merupakan bentuk khusus dari permutasi
Perbedaan permutasi dengan kombinasi :
Permutasi : urutan kemunculan diperhitungkan
Kombinasi : urutan kemunculan diabaikan
Jumlah pemilihan yang tidak terurut dari r elemen yang diambil dari n elemen disebut dengan kombinasi-r :
! ! ! ) , ( r n r n C r n C r n C rn MATEMATIK A DISKRIT 18INTERPRETASI KOMBINASI
1. Persoalan kombinasi sama dengan menghitung banyaknya
himpunan bagian yang terdiri dari r elemen yang dapat dibentuk dari himpunan dengan n elemen. Dua atau lebih elemen-elemen yang sama dianggap sebagai himpunan yang sama meskipun urutan elemen-elemennya berbeda
Contoh :
Misal A = {1,2,3}
Jumlah himpunan bagian dengan 2 elemen yang dibentuk dari himpunan A : {1,2} = {2,1} {1,3} = {3,1} 3 buah {2,3} = {3,2}
2!1! 3 2 3 ! 2 3 ! 2 ! 3 2 3 ) 2 , 3 ( 23 C C C MATEMATIK A DISKRIT 19INTERPRETASI KOMBINASI
(CONT.)
2. Persoalan kombinasi dapat dipandang sebagai cara memilih r
buah elemen dari n buah elemen yang ada, tetapi urutan elemen di dalam susunan hasil pemilihan tidak penting
Contoh :
Misal sebuah kelompok memiliki 20 orang anggota, kemudian dipilih 5 orang sebagai panitia, dimana panitia merupakan
kelompok yang tidak terurut (artinya setiap anggota di dalam panitia kedudukannya sama).
Sehingga banyaknya cara memilih anggota panitia yang terdiri dari 5 anggota panitia yang terdiri dari 5 orang anggota adalah :
cara C C C 15504 ! 5 20 ! 5 ! 20 5 20 ) 5 , 20 ( 520 MATEMATIK A DISKRIT 20CONTOH 1
Ada berapa cara dapat memilih 3 dari 4 elemen himpunan A = {a,b,c,d} ?
SOLUSI
Merupakan persoalan kombinasi karena urutan
kemunculan ketiga elemen tersebut tidak
penting
{a,b,c} , {a,b,d} , {a,c,d} dan {b,c,d}
Sehingga :
cara
C
C
C
4
!
3
4
!
3
!
4
3
4
)
3
,
4
(
34
MATEMATIK A DISKRIT 22CONTOH 2
Berapa cara menyusun menu nasi goreng 3 kali seminggu untuk sarapan pagi ?
SOLUSI
Diketahui:
Nasi goreng = r = 3 kali
Hari dalam 1 minggu = n = 7 hari
Maka :
cara
C
C
C
35
!
3
7
!
3
!
7
3
7
)
3
,
7
(
37
MATEMATIK A DISKRIT 24CONTOH 3
Sebuah karakter dalam sistem ASCII berukuran 1
byte atau 8 bit (1 atau 0)
a) Berapa banyak pola bit yang terbentuk ?
b) Berapa banyak pola bit yang mempunyai 3 bit 1 ?
c) Berapa banyak pola bit yang mempunyai bit 1 sejumlah
genap ?
SOLUSI
1 byte = 8 bit (posisi 0 .. 7)
1 bit terdiri dari “1” atau “0” Maka :
a) Posisi bit dalam 1 byte :
7 6 5 4 3 2 1 0
Posisi 0 dapat diisi dengan 2 cara (1 atau 0) Posisi 1 dapat diisi dengan 2 cara (1 atau 0) :
:
Posisi 7 dapat diisi dengan 2 cara (1 atau 0)
Semua posisi harus diisi sehingga jumlah pola bit yang terbentuk : (2)(2)(2)(2) (2)(2)(2)(2) = 28
b) Banyaknya pola bit yang mempunyai 3 bit 1 :
cara C C C 56 ! 3 8 ! 3 ! 8 3 8 ) 3 , 8 ( 38 MATEMATIK A DISKRIT 26c) Banyaknya pola bit yang mempunyai 0 buah bit 1 = C(8,0) Banyaknya pola bit yang mempunyai 2 buah bit 1 = C(8,2) Banyaknya pola bit yang mempunyai 4 buah bit 1 = C(8,4) Banyaknya pola bit yang mempunyai 6 buah bit 1 = C(8,6) Banyaknya pola bit yang mempunyai 8 buah bit 1 = C(8,8)
Sehingga banyaknya pola bit yang mempunyai bit 1 sejumlah genap :
C(8,0) + C(8,2) + C(8,4) + C(8,6) + C(8,8) = 1 + 28 + 70 + 28 + 1 = 128
CONTOH 4
Sebuah klub beranggotakan 7 pria dan 5
wanita.
Berapa banyak cara memilih panitia yang
terdiri dari 4 orang dengan jumlah pria lebih
banyak daripada jumlah wanita ?
SOLUSI
Pria = 7 orang
Wanita = 5 orang
Panitia = 4 orang, jumlah pria lebih banyak daripada
jumlah wanita
Maka :
Panitia terdiri dari 4 orang pria dan 0 orang wanita C(7,4) x C(5,0) = 35 x 1 = 35
Panitia terdiri dari 3 orang pria dan 1 orang wanita C(7,3) x C(5,1) = 35 x 5 = 175
Sehingga jumlah cara pembentukan panitia
seluruhnya :
C(7,4) x C(5,0) + C(7,3) x C(5,1) = 35 + 175 = 210 cara
CONTOH 5
Sebuah rumah penginapan ada 3 buah kamar A, B dan C. Tiap kamar dapat menampung 3 atau 4 orang.
Berapa jumlah cara pengisian kamar untuk 10 orang ?
SOLUSI
Diketahui :
Kamar = r = 3 buah (A, B dan C)
Penghuni = n = 10 orang
Misalkan :
i. Masing-masing kamar dihuni 4, 3 dan 3 orang.
Jumlah cara : C(10,4)xC(6,3)xC(3,3) = C(10,4)xC(6,3)
ii. Masing-masing kamar dihuni 3, 4 dan 3 orang.
Jumlah cara : C(10,3)xC(7,4)xC(3,3) = C(10,3)xC(7,4)
iii. Masing-masing kamar dihuni 3, 3 dan 4 orang.
Jumlah cara : C(10,3)xC(7,3)xC(4,4) = C(10,3)xC(7,3)
Sehingga total jumlah cara pengisian kamar :
C(10,4)xC(6,3) + C(10,3)xC(7,4) + C(10,3)xC(7,3) = 210 x 20 + 120 x 35 + 120 x 35 = 12600 atau C(10,4)xC(6,3) + C(10,3)xC(7,4) + C(10,3)xC(7,3) = 3 C(10,4) x C(6,3) = 3 x 210 x 20 = 12600 MATEMATIK A DISKRIT 31
PERMUTASI DAN KOMBINASI BENTUK
UMUM
Misal n buah bola tidak seluruhnya berbeda warna
(ada beberapa bola yang warnanya sama)
n
1bola diantaranya berwarna 1
n
2bola diantaranya berwarna 2
…
n
kbola diantaranya berwarna k
Sehingga n
1+ n
2+ … + n
k= n. Bola-bola tersebut
dimasukkan ke dalam n buah kotak, masing-masing
kotak berisi paling banyak 1 buah bola.
Berapa banyak jumlah cara pengaturan n buah bola
ke dalam kotak-kotak tersebut ?
Jika n buah bola dianggap berbeda semua, maka
jumlah cara pengaturan n buah bola ke dalam n
buah kotak adalah : P(n,n) = n !
Karena tidak seluruh bola berbeda maka
pengaturan n buah bola :
n
1! cara memasukkan bola berwarna 1
n
2! cara memasukkan bola berwarna 2
…
n
k! cara memasukkan bola berwarna k
Sehingga permutasi n buah bola dikenal dengan
permutasi bentuk umum :
!
!...
!
!
!
!...
!
,
)
,...,
,
;
(
2 1 2 1 2 1 k k kn
n
n
n
n
n
n
n
n
P
n
n
n
n
P
MATEMATIK A DISKRIT 33 Mula-mula menempatkan bola-bola berwarna 1 ke dalam n buah kotak
ada C(n,n) cara n1 buah bola berwarna 1
Bola berkurang n1 sehingga sisa n - n1 kotak ada C(n-n1, n2) cara buah bola berwarna 2
Bola berkurang (n1 + n2 )sehingga sisa n - n1- n2 kotak ada C(n-n1- n2, n3) cara buah bola berwarna 3
Dan seterusnya sampai bola berwarna k ditempatkan dalam kotak
Sehingga jumlah cara pengaturan seluruh bola ke dalam kotak dikenal dengan kombinasi bentuk umum adalah :
! !... ! ! ! ... ! ! ... ! ! ! ! ! ! , ... ... , , ) ,..., , ; ( 2 1 1 2 1 1 2 1 2 1 2 1 1 1 1 2 1 2 1 1 2 1 k k k k k k k k n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n C n n n C n n C n n n n C MATEMATIK A DISKRIT 34
Jika S adalah himpunan ganda dengan n buah
objek yang di dalamnya terdiri dari k jenis objek
berbeda dan tiap objek memiliki multiplisitas n
1,
n
2, … ,n
k(jumlah objek seluruhnya n
1+ n
2+ …
+ n
k= n) maka jumlah cara menyusun seluruh
objek adalah :
!
!...
!
!
)
,...,
,
;
(
)
,...,
,
;
(
2 1 2 1 2 1 k k kn
n
n
n
n
n
n
n
C
n
n
n
n
P
MATEMATIK A DISKRIT 35CONTOH 6
Berapa banyak string yang dapat dibentuk dengan menggunakan huruf-huruf dari kata MISSISSIPPI ?
SOLUSI
S = {M,I,S,S,I,S,S,I,P,P,I} Huruf M = 1 buah Huruf I = 4 buah Huruf S = 4 buah Huruf P = 2 buahSehingga n = 1 + 4 + 4 + 2 = 11 buah jumlah elemen himpunan S
Ada 2 cara :
i. Permutasi :
Jumlah string = P(n; n1,n2,n3,n4) = P(11; 1,4,4,2) = 34650 buah
ii. Kombinasi :
Jumlah string = C(11,1) C(10,4) C(6,4) C(2,2) = 34650 buah
CONTOH 7
Ada 12 lembar karton akan diwarnai sehingga ada 3 diantaranya berwarna merah, 2 berwarna jingga, 2 berwarna ungu dan
sisanya berwarna coklat. Berapa jumlah cara pewarnaan ?
SOLUSI
Diketahui : n1 = 3 n2 = 2 n3 = 2 n4 = 5 Jumlah cara pewarnaan :
cara P P n n n n n P 166320 ! 5 ! 2 ! 2 ! 3 ! 12 ! 5 ! 2 ! 2 ! 3 12 , 12 ) 5 , 2 , 2 , 3 ; 12 ( ) , , , ; ( 1 2 3 4 MATEMATIK A DISKRIT 39 n = 12KOMBINASI PENGULANGAN
Misalkan terdapat r buah bola yang semua warnanya sama dan
n buah kotak
Jika masing-masing kotak hanya boleh diisi 1 buah bola maka jumlah cara memasukkan bola ke dalam kotak adalah :
C(n,r)
Jika masing-masing kotak boleh lebih dari 1 buah bola, maka jumlah cara memasukkan bola ke dalam kotak adalah :
C(n+r-1, r)
C(n+r-1, r) adalah membolehkan adanya pengulangan elemen
n buah objek akan diambil r buah objek dengan pengulangan
diperbolehkan
CONTOH 8
Ada 20 buah apel dan 15 buah jeruk dibagikan kepada 5 orang anak, tiap anak boleh mendapat lebih dari 1 buah apel atau jeruk, atau tidak sama sekali.
Berapa jumlah cara pembagian yang dapat dilakukan ?
SOLUSI
Diketahui :
n = 5 orang anak
r
1= 20 buah apel
r
1= 15 buah jeruk
20 buah apel dibagikan kepada 5 orang anak
C(n+r-1,r) = C(5+20-1,20) = C(24,20)
15 buah jeruk dibagikan kepada 5 orang anak
C(n+r-1,r) = C(5+15-1,15) = C(19,15)
Jika setiap anak boleh mendapat apel dan jeruk maka
jumlah cara pembagian kedua buah tersebut adalah :
C(24,20) C(19,15) = 23 x 22 x 21 x 19 x 17 x 4 x 3
= 41.186.376 cara
CONTOH 9
Toko roti “Lezat” menjual 8 macam roti.
Berapa jumlah cara mengambil 1 lusin roti ? (1 lusin = 12 buah)
SOLUSI
Diketahui :
n = 8 macam roti
r = 1 lusin = 12 buah roti
Misalkan macam-macam roti dianalogikan
sebagai kotak. Setiap kotak mungkin berisi
lebih dari 1 buah roti.
Sehingga jumlah cara memilih 1 lusin roti
(sama dengan jumlah cara memasukkan 1
lusin roti ke dalam 8 macam roti) yaitu :
C(n+r-1,r) = C(8+12-1,12) = C(19,12)
CONTOH 10
Ada 3 buah dadu dilempar secara bersama-sama.
Berapa banyaknya hasil berbeda yang mungkin terjadi ?
SOLUSI
Diketahui :
n = 6 6 buah mata dadu
r = 3 3 dadu dilemparkan bersamaan
Sehingga banyaknya hasil berbeda yang
mungkin terjadi adalah :
C(n+r-1,r) = C(6+3-1,3)
= C(8,3) = 56 cara
LATIHAN
1. Ada 6 orang mahasiswa jurusan Teknik Informatika dan 8 orang
mahasiswa jurusan Teknik Elektro. Berapa banyak cara membentuk panitia yang terdiri dari 4 orang jika :
a. Tidak ada batasan jurusan
b. Semua anggota panitia harus dari jurusan Teknik Informatika c. Semua anggota panitia harus dari jurusan Teknik Elektro
d. Semua anggota panita harus dari jurusan yang sama e. 2 orang mahasiswa per jurusan harus mewakili
2. Berapa banyak cara membagikan 7 buah kartu remi yang diambil dari
tumpukan kartu ke masing-masing dari 4 orang ? (tumpukan kartu = 52 buah)
3. Di ruang baca Teknik Informatika terdapat 4 buah jenis buku yaitu
buku Basis Data, buku Matematika Diskrit dan buku Pemograman dengan Visual Basic. Ruang baca memiliki paling sedikit 6 buah buku untuk masing-masing jenis. Berapa banyak cara memilih 6 buah buku ?
LATIHAN (CONT.)
4.
Carilah jumlah himpunan bagian dari A = {a,b,c,d,e}
bila diletakkan ke himpunan B dengan 2 elemen ?
5.
Di dalam sebuah kelas terdapat 100 mahasiswa, 40
orang diantaranya pria.
a. Berapa banyak cara dapat dibentuk sebuah panitia 10
orang ?
b. Ulangi pertanyaan (a) jika banyaknya pria harus sama
dengan banyaknya wanita
c. Ulangi pertanyaan (a) jika panitia harus terdiri dari 6 pria
dan 4 wanita atau 4 pria dan 6 wanita
6.
Berapakah jumlah himpunan bagian dari himpunan B
= {1, 2, …, 10} yang mempunyai anggota paling
sedikit 6?
LATIHAN (CONT.)
5. Sebuah klub mobil antik branggotakan 6 orang pria dan 5
orang wanita. Mereka akan membentuk panitia yang terdiri dari 5 orang. Berapa banyak jumlah panitia yang dapat dibentuk jika panitianya terdiri dari paling sedikit 1 pria dan 1 wqanita ?
7. Sebuah kelompok terdiri dari 7 orang waita dan 4 orang pria.
Berapa banyak perwakilan 4 orang yang dapat dibentuk dari kelompok itu jika paling sedikit harus ada 2 orang wanita di dalamnya ?
9. Tersedia 6 huruf : a, b, c, d, e dan f. berapa jumlah pengurutan
4 huruf jika :
a. Tidak ada huruf pengulangan b. Boleh ada huruf pengulangan
c. Tidak boleh ada huruf yang diulang tetapi huruf d harus
ada
d. Boleh ada huruf yang berulang, huruf d harus ada
LATIHAN (CONT.)
10. Berapa banyak string yang dapat dibentuk dari huruf-huruf
kata “WEAKNESS” sedemikian sehingga 2 buah huruf “S” tidak terletak berdampingan ?