STRUKTUR ALJABAR: GRUP

(1)

STRUKTUR ALJABAR:

GRUP

BAHAN AJAR

Oleh:

Rippi Maya

Program Studi Pendidikan Matematika

Sekolah Tinggi Keguruan dan Ilmu Pendidikan (STKIP) SILIWANGI Bandung

2016

(2)

Rippi Maya: Draft Teori Grup A. Pendahuluan

Ilustrasi 1.1:

Perhatikan Gambar 1.1 berikut ini:

Gambar (b) diperoleh dari gambar (a) yang di ....

Bagaimanakah cara untuk memperoleh gambar (c) dan (d) dari gambar (a)?

Operasi apakah yang digunakan agar dari gambar (a) menjadi gambar (d)?

D C

A B B A

C D

(a) (b)

D

C

A B

C B

A

(c) (d)

Gambar 1.1

(3)

Rippi Maya: Draft Teori Grup Perhatikan Gambar 1.2 di bawah ini:

Bila operasi yang tersedia hanya operasi rotasi dan refleksi (datar dan tegak), bagaimana cara mendapatkan gambar (ii) dari gambar (i) tersebut di atas?

Ilustrasi 1.2:

Misalkan A himpunan tak kosong, dan^A



a b c d e f^{, , , , ,}



.

:

a b c

a b d

a b e a b f

 

 

 



Simbol   , , , dan : merupakan simbol operasi pada suatu himpunan. Selain empat simbol dasar tersebut, ada simbol-simbol operasi lain, seperti *,  , , dan lain sebagainya, yang dapat didefinisikan sesuai dengan kebutuhan. Sebagai contoh, misalnya



^{, ,}



A a b c . Operasi * pada himpunan A didefinisikan dengan cara seperti tertulis dalam Tabel 1, 2 dan 3 berikut ini:

Tabel 1.1

* a b c a a b c b b c a c c a b

Tabel 1.2

* a b c a a a a b a a a c a a a

Tabel 1.3

* a b c a b c a b c b a c a c b B

A

D C

A D

C B

(i) (ii)

Gambar 1.2

(4)

Rippi Maya: Draft Teori Grup

Perhatikan kembali operasi tersebut. Operasi tersebut menghubungkan dua elemen dari suatu himpunan, ke elemen lain dalam himpunan tersebut. Operasi yang demikian ini disebut sebagai operasi biner.

Definisi 1.1: Operasi Biner

Misalkan G suatu himpunan tak kosong. Operasi biner * pada himpunan G adalah suatu fungsi (pemetaan) yang mengkaitkan setiap pasangan terurut dari elemen di G ke elemen di G.

Dengan kata lain, operasi biner * pada himpunan G adalah suatu fungsi *: G G G dari produk Cartesius ^{G G}^{ }

  

^{a b}^, ^{a b}^, ^^G



^, ke himpunan G.

Problem 1.1:

Perhatikan beberapa tabel berikut ini.

Tabel 1.4 Tabel 1.5 Tabel 1.6

* a b a a b

b c

* a b a e a b a b

* a b a a a b a a

Manakah di antara tabel-tabel tersebut yang merupakan operasi biner? Berikan penjelasan!

Problem 1.2:

Berdasarkan Definisi 1 tersebut di atas, dapatkah kamu memberikan contoh beberapa operasi biner pada suatu himpunan?

Problem 1.3:

Selidiki apakah operasi penjumlahan, pengurangan & perkalian pada himpunan bilangan bulat merupakan operasi biner. Berikan penjelasan!

(5)

Rippi Maya: Draft Teori Grup Problem 1.4:

Operasi pembagian pada himpunan bilangan bulat bukan merupakan operasi biner pada himpunan bilangan bulat . Selidiki kebenaran pernyataan tersebut dan berikan penjelasan.

Ilustrasi 1.3:

Perhatikan persamaan linier berikut ini:

3x 4 2x3.

Untuk menyelesaikan persamaan linier tersebut, tahapan yang dilalui adalah sebagai berikut:

   

3 4 2 3

2 4 4 2 2 3 ( 2 adalah invers penjumlahan dari 2 )

2 4 4 2 2 3 (assosiatif)

2 4 0 3 (0 adalah elemen identitas pada penjumlahan)

2 4 3

2 4 4 3 4 ( 4 adalah invers penjumlahan dari 4) 2

x x

x x x x x x

x x x x

x x x

x

  

       

      

  

 

    

 1

1 1 1

2 1 ( adalah invers perkalian dari 2)

2 2 2

1 1 (1 adalah elemen identitas pada operasi perkalian) 2

1 2 x

x



     

 

 

  

 

Perhatikan proses penyelesaian persamaan linier tersebut. Ada tiga sifat penting yang digunakan untuk menyelesaikan persamaan tersebut, yaitu invers, assosiatif, dan elemen identitas. Ketiga sifat tersebut merupakan syarat perlu dari suatu himpunan, yang bersama-sama dengan operasi biner * membentuk sebuah grup.

(6)

Rippi Maya: Draft Teori Grup Grup

Sebuah grup adalah sebuah pasangan terurut (G,*), dengan G adalah sebuah himpunan tak kosong, dan * adalah sebuah operasi biner pada G yang memenuhi sifat-sifat berikut:

1. Asosiatif. Operasi tersebut bersifat asosiatif, yaitu



^{a b}^*



^*^c ^^*^a



^{b c}^*



^{, untuk}

semua a, b, c di G.

2. Identitas. Terdapat suatu elemen e (disebut identitas) di G, sehingga

* *

a e  e a  a, untuk semua a di G.

3. Invers. Untuk setiap elemen a di G, terdapat suatu elemen b di G (disebut invers) sehingga a b*  * b a  e.

Problem 1.5:

Berdasarkan definisi tersebut, bila G grup, dan a, b, c di G, maka



^{a b}^*



^*^c ^^*^a



^{b c}^*



^^{a b c}^{* *} . Bagaimana pendapatmu tentang pernyataan tersebut?

Berikan penjelasan!

Problem 1.6:

Bila operasi biner * pada:

(a) himpunan bilangan bulat didefinisikan oleh a b b a*   , dan (b) himpunan bilangan riil didefinisikan oleh a b*   a b ab,

selidiki apakah operasi biner * tersebut bersifat asosiatif. Jelaskan jawabmu!

Problem 1.7:

Selidiki apakah himpunan bilangan bulat , rasional , dan riil beserta operasi perkalian membentuk grup. Berikan penjelasan! Apakah mungkin himpunan yang diberikan dengan operasi ini membentuk grup jika beberapa elemennya dibuang? Jelaskan jawabmu!

Problem 1.8:

Himpunan bilangan bulat tak nol dan operasi perkalian tidak membentuk sebuah grup.

Benarkah pernyataan ini? Jelaskan jawabmu!

(7)

Berikut ini adalah beberapa operasi biner, yaitu: +, -, dan • di . Selidiki apakah operasi- operasi tersebut asosiatif?

Problem 1.10:

Selidiki pula apakah operasi-operasi pada Problem 9 tersebut bersifat komutatif. Bila tidak, berikan contoh kontranya (counter example) untuk menunjukkannya.

Problem 1.11:

Misalkan A adalah himpunan sebarang (cukup yang sederhana saja), dan * adalah operasi pada himpunan A. Buatlah beberapa tabel Cayley dari (A,*). Definisikan operasi * pada himpunan A tersebut sedemikian sehingga

a) * bukan operasi biner;

b) (A,*) tidak mempunyai identitas;

c) Ada unsur di A yang tidak mempunyai invers.

Problem 1.12:

Misalkan ^A^

 

^{a b}^, ^, ^B^



^{a b c}^{, ,}



^dan^C^



^{a b c d}^{, , ,}



dan * adalah operasi pada himpunan A, B dan C.

(a) Buatlah tabel Cayley dari (A,*), (B,*), dan (C,*).

(b) Kapan suatu tabel Cayley merupakan suatu grup? Carilah semua kemungkinan agar terbentuk tabel Cayley yang merupakan grup.

(c) Apakah ciri-ciri tabel Cayley yang merupakan grup? Jelaskan jawab Anda!

Problem 1.13:

Selidiki apakah matriks ukuran 2x2 sebarang, seperti a b c d

 

 

 , dan operasi penjumlahan pada matriks membentuk sebuah grup. Jelaskan jawabmu!

(8)

(a) Jika a dan b bilangan bulat dan n bilangan bulat positif, bilangan a disebut modulo n terhadap b jika n habis membagi a – b, dan ditulis ab mod n. Sebagai contoh, 10 1 mod 3, karena 10 1 3  q, dan 14 mod 4, karena 2 14 2  q4 , dengan q adalah kuosien (hasil bagi).

(b) Pada modulo, dikenal juga operasi penjumlahan dan perkalian mod n, yang dinyatakan dengan



^{a b}^



^modⁿ^dan^ab^modⁿ. Ditulis,



^{a b}^



^modⁿ^

 

^a^modⁿ

 

^ ^b^modⁿ

 

^modⁿ^{, dan}

  

 

mod  mod mod mod .

ab n a n b n n

Sebagai contoh,

       

   

 

12 15 mod 10 = 12 mod 10 15 mod 10 mod 10

= 2 mod 10 5 mod 10 mod 10

= 7 mod 10

= 7.

 



  

 

(13 27) mod10 13mod10 27 mod10 mod10 3 7 mod10

21mod10 1.



Untuk selanjutnya, 27 mod 10 = 7 mod 10.

(c) ab mod n adalah bilangan bulat r dengan sifat a bnqr, dengan 0 r n, dan a badalah perkalian biasa. Bilangan bulat a mempunyai invers perkalian modulo n jika dan hanya jika a dan n prima relatif. Pada contoh perkalian modulo 10 di atas, 7 adalah invers perkalian modulo 10 dari 3, karena 10 dan 3 adalah prima relatif.

Problem 1.14:

Himpunan Z_n 



0,1, 2,...,n1



untuk n1 membentuk grup di bawah operasi penjumlahan modulo n. Selidiki kebenaran pernyataan tersebut, dan sebutkan elemen identitas dan inversnya.

Problem 1.15:

Selidiki apakah



Zn^{\ 0 ,}

 





untuk n2,3, 4 membentuk grup? Jelaskan jawabmu!

(9)

Jelaskan mengapa himpunan



^{1, 2,3}



di bawah perkalian modulo 4 bukan grup tetapi



^{1, 2,3, 4}



di bawah perkalian modulo 5 merupakan grup.

Problem 1.17:

Buatlah tabel Cayley untuk ₆ terhadap operasi perkalian.

(a) Apakah 6 grup terhadap perkalian?

(b) Elemen manakah dari 6yang mempunyai invers dan manakah yang tidak?

Problem 1.18:

Kerjakan hal yang sama seperti pada Problem 21, tetapi untuk ₇ dan ₁₀.

Problem 1.19:

Apakah yang dapat Anda simpulkan dari ketiga himpunan tersebut? Kapankah suatu himpunan _n merupakan grup terhadap operasi perkalian?

Definisi 1.2: Grup Abelian

Grup (G,*) disebut abelian (komutatif) jika a b*  *b auntuk semua a, b di G.

Problem 1.20:

Jika G grup yang mempunyai tiga elemen, maka G pasti abelian. Selidiki kebenaran pernyataan tersebut.

Problem 1.21:

Misalkan G sebuah grup dengan sifat-sifat sebagai berikut: Jika a, b, dan c adalah elemen- elemen dari G, dan abca, maka bc. Buktikan bahwa G adalah Abelian.

Petunjuk:

(a) Untuk membuktikan, mulai dengan abca. (b) Gunakan informasi yang diberikan dalam soal.

(c) Tuliskan kesimpulan Anda.

(10)

Buktikan bahwa sebuah grup G adalah Abelian jika dan jika

 

^ab ^¹ ^^{a b}^¹ ^¹, untuk semua a dan b di G.

Petunjuk:

(a) Mulailah pembuktian dengan menggunakan definisi grup Abelian, yaitu abba. (b) Gunakan sifat-sifat aljabar dari invers komposisi dua elemen, yaitu

 

^ab ^¹ ^^{b a}^¹ ^¹^.

(c) Tuliskan kesimpulannya.

Definisi 1.3: Prima Relatif

Suatu bilangan bulat positif a dikatakan prima relatif dengan n, bila faktor persekutuan terbesarnya dengan n adalah 1. Dengan kata lain, FPB (a,n) = 1.

Problem 1.23:

Misalkan A adalah himpunan bilangan bulat positif yang kurang dari 10. Sebutkan semua anggota A yang prima relatif dengan 10, tuliskan sebagai himpunan B.

Problem 1.24:

Terhadap perkalian modulo 10, selidiki apakah B membentuk grup.

Problem 1.25:

Misalkan U n( )didefinisikan sebagai himpunan semua bilangan bulat positif yang lebih kecil dari n dan prima relatif ke n, untuk setiap n > 1, n ^. Berikan contoh himpunan

( ), U n bila

1. n bilangan prima

2. n  p dan q saling prima p q, 3. ⁿ^ ^p²^, p prima.

Petunjuk: ambillah n yang khas.

(11)

Buatlah tabel Cayley untuk U(10) dengan operasi perkalian modulo 10.

(a) Carilah elemen identitasnya dan selidiki apakah elemen identitasnya tunggal?

(b) Sebutkan unsur-unsur yang saling invers dari elemen-elemen pada U(10), bila ada.

Apakah inversnya tunggal?

(c) Selidiki apakah U(10) merupakan grup di bawah operasi perkalian modulo 10?

Bagaimana pula dengan U(12), U(15)?

(d) Kesimpulan apakah yang dapat kamu ambil dari beberapa contoh ^{U n}^{( )}tersebut?

B. Sifat-sifat Elementer dari Grup

Teorema 1.1: Ketunggalan Identitas

Dalam sebuah grup G, hanya ada satu elemen identitas.

Problem 1.27:

Buktikan Teorema 1.1 tersebut.

Petunjuk: untuk membuktikan ketunggalan, biasanya dimulai dengan mengambil pengandaian yang terbalik.

(a) Andaikan ada 2 elemen identitas, yaitu ^e^{dan '.}^e

(b) Bila masing-masing elemen tersebut merupakan unsur identitas, sifat apakah yang akan dipenuhi oleh edan '.e

(c) Tuliskan suatu kesimpulan berdasarkan jawab pertanyaan (b)!

Teorema 1.2: Pembatalan

Dalam sebuah grup G, hukum pembatalan kanan dan kiri berlaku, yaitu baca mengakibatkan bc, dan abac mengakibatkan bc.

(12)

Buktikan Teorema 1.2 tersebut berdasarkan petunjuk berikut ini.

Petunjuk:

(a) Untuk membuktikan, mulailah dengan baca. (b) Karena grup, maka a mempunyai invers.

(c) Kalikan persamaan di (a) dengan invers dari a. Perhatikan arah perkalian.

(d) Hitunglah hasilnya.

(e) Lakukan dengan cara yang sama untuk persamaan abac.

Teorema 1.3: Ketunggalan Invers

Untuk setiap elemen a dalam sebuah grup G, ada elemen tunggal b dalam G, sehingga .

ab ba e

Problem 1.29:

(Petunjuk: lakukan prosedur seperti pada pembuktian Teorema 1.1 di atas, yaitu mulai dengan asumsi terbalik.

(a) Andaikan ada dua invers, yaitu b1 dan b₂.

(b) Bila keduanya merupakan invers dari a, sifat apakah yang diperoleh dari perkalian kedua invers tersebut masing-masing dengan a?

(c) Gunakan Teorema 1.2 untuk menyimpulkan jawab pertanyaan (b).

(13)

Adalah lazim apabila dalam membicarakan sebuah kelompok (grup) secara umum, kita ingin mengetahui ada berapa banyak anggota grup tersebut. Sebagaimana ketika kita bertemu seorang anak yang tidak dikenal, biasanya pertanyaan yang diajukan adalah sekolah di mana, kelas berapa, dan berapa banyak temannya dalam satu kelas? Dalam konteks grup dalam aljabar, banyaknya anggota (elemen) dari suatu grup juga merupakan hal yang menarik untuk diketahui. Berikut ini akan diperkenalkan beberapa istilah yang berkaitan dengan banyaknya elemen dari suatu grup, dan notasi yang digunakan.

Definisi 2.1: Orde dari sebuah Grup

Orde dari sebuah grup G, dinyatakan dengan G , adalah banyaknya elemen dari sebuah grup G (hingga atau tak hingga).

Problem 2.1:

Berikan contoh orde dari beberapa grup, seperti grup himpunan bilangan bulat terhadap operasi penjumlahan, ₁₂, U(10), dan sebagainya.

Definisi 2.2: Orde dari suatu Elemen

Jika G sebuah grup dan gG, maka orde dari elemen g tersebut adalah bilangan bulat positif terkecil n sedemikian sehingga gⁿ e. Notasinya: g n.

Elemen g dikatakan mempunyai orde takhingga, jika tidak ada bilangan bulat n yang memenuhi persamaan tersebut.

(14)

Bila a adalah elemen dari grup ^ terhadap operasi penjumlahan, tentukan orde a.

Petunjuk: buatlah barisan nilai a^k, k ^, dengan a^k adalah operasi penjumlahan sebanyak k kali.

Problem 2.3:

Hitunglah orde dari grup



10,



dan elemen-elemennya terhadap penjumlahan modulo 10.

Problem 2.4:

Hitunglah orde U(15) dan elemen-elemennya terhadap perkalian modulo 15.

Petunjuk:

Untuk memudahkan penghitungan, gunakan trik berikut. Misalkan kita akan menghitung orde elemen 13. Perhatikan bahwa 13 2 modulo 15, karena 13 2 0  modulo 15, sehingga 13²  ( 2)² 4, 13³ 13 13²  ( 2) 4 8, 13⁴ 13 13³  ( 2) ( 8) 1.  Jadi orde elemen 13 adalah 4.

Ilustrasi 2.1:

Dalam teori himpunan, kita mengenal apa yang disebut sebagai subset (himpunan bagian).

Begitu pula dalam teori grup, kita akan mengenal juga apa yang disebut sebagai subgrup.

Sebagai ilustrasi untuk memperkenalkan konsep subgrup, perhatikan tabel Cayley dari grup Abelian



6,



berikut:

Tabel 2.1 + 0 1 2 3 4 5 0 0 1 2 3 4 5 1 1 2 3 4 5 0 2 2 3 4 5 0 1 3 3 4 5 0 1 2 4 4 5 0 1 2 3 5 5 0 1 2 3 4

(15)

Dapatkah kalian melihat keistimewaan grup tersebut?

Misalkan G grup Abelian terhadap operasi penjumlahan, dengan G



0, 2, 4,1,3,5



. Apakah yang dapat kalian katakan tentang grup G dan ₆?

Sekarang perhatikan tabel Cayley untuk grup



^G^,^



pada Tabel 2.2 berikut. Dapatkah kalian melihat keistimewaannya?

Tabel 2.2 + 0 2 4 1 3 5 0 0 2 4 1 3 5 2 2 4 0 3 5 1 4 4 0 2 5 1 3 1 1 3 5 2 4 0 3 3 5 1 4 0 2 5 5 1 3 0 2 4

Misalkan H dan K adalah himpunan bagian dari grup G tersebut, dengan ^H



^{0, 2, 4}



dan



^1,3,5



K  . Dengan melihat tabel Cayley tersebut, kamu dapat menentukan manakah di antara H dan K yang mempunyai sifat-sifat seperti grup G. Apakah yang dapat kamu simpulkan tentang H dan K?

Dari ilustrasi tersebut, kita mendapatkan gambaran kapankah sebuah himpunan bagian dari sebuah grup merupakan sebuah grup. Berikut ini dijelaskan definisi dari subgrup tersebut.

Definisi 2.3: Subgrup

Himpunan tak kosong H adalah himpunan bagian dari sebuah grup G. H dikatakan subgrup dari G jika H merupakan grup terhadap operasi yang sama di G.

(16)

Rippi Maya: Draft Teori Grup Keterangan:

Notasi yang biasa digunakan untuk menyatakan bahwa H merupakan subgrup dari G adalah: H G. Bila H subgrup dari G tetapi tidak sama dengan G disebut subgrup murni (proper subgrup), dan ditulis H G.

Problem 2.5:

Buktikan bahwa {e} adalah subgrup dari G.

Keterangan:

Subgrup {e} dan G sendiri disebut subgrup trivial dari G. Bila ada subgrup lain dalam grup G yang bukan {e} atau G, maka subgrup tersebut dikatakan subgrup nontrivial dari G. Pada Ilustrasi 2.1 tersebut di atas, H merupakan subgrup nontrivial dari G.

Problem 2.6:

Buktikan bahwa _n terhadap operasi penjumlahan modulo n bukan subgrup dari terhadap operasi penjumlahan.

Problem 2.7:

7

 

0 adalah grup terhadap operasi perkalian. Selidiki apakah 7

 

0 tersebut mempunyai subgrup nontrivial!

Problem 2.8:

Perhatikan himpunan-himpunan P, Q dan R berikut, dengan ^P^

 

^0,5 ^,Q



0, 2, 4, 6,8



dan R



0,1, 2,3, 4,5, 6



. Himpunan-himpunan P, Q dan R tersebut merupakan himpunan bagian dari grup ₁₀ terhadap operasi penjumlahan. Selidiki manakah dari ketiga himpunan bagian tersebut yang merupakan subgrup dari ₁₀!

Problem 2.9:

Misalkan himpunan-himpunan K, L, dan M berikut adalah himpunan bagian dari grup terhadap operasi penjumlahan, dengan elemen-elemennya adalah: ^K ^



⁴^{k k}^



^,

(17)



⁴ ¹



L k k dan ^M ^



⁴^k^¹ ^k^



. Dari ketiga himpunan tersebut, manakah yang merupakan subgrup dari ?

Problem 2.10:

Misalkan diketahui dua grup A dan B adalah subgrup dari grup G. Buktikan bahwa A B juga subgrup dari G jika dan hanya jika A atau B BA.

Problem 2.11:

Buktikan bahwa jika S dan T adalah subgrup dari G, maka ST, juga merupakan subgrup dari G.

Problem 2.12:

Buktikan bahwa himpunan bilangan bulat ganjil dan nol bukan merupakan subgrup dari .

Problem 2.13:

Bila H subgrup dari G dan K subgrup dari H, selidiki apakah K juga subgrup dari G!

Problem 2.14:

Buktikan pernyataan-pernyataan berikut:

(a) ^ dan  terhadap operasi penjumlahan.

(b)



^

 

^{0 ,}^



bukan subgrup dari



^

 

^{0 ,}^



^.

Berdasarkan definisi subgrup yang sudah kita pahami melalui beberapa problem yang sudah dikerjakan, ada cara lain untuk memeriksa apakah suatu himpunan bagian dari suatu grup merupakan subgrup dari grup tersebut. Cara memeriksa subgrup ini dikenal sebagai Tes Tahap ke-1, Tes Tahap ke-2, dan Tes Subgrup Berhingga, sebagaimana dikemukakan dalam teorema-teorema berikut.

(18)

Teorema 2.1: Tes Tahap ke-1 dari Subgrup

Misalkan H adalah himpunan bagian tak kosong dari suatu grup G. H adalah subgrup dari G jika ab^¹dalam H, untuk setiap a dan b di H.

Catatan:

Untuk notasi penjumlahan, H adalah subgrup jika a – b di H untuk setiap a, b di H.

Problem 2.15:

Buktikan Teorema 2.1 tersebut di atas!

Petunjuk:

Gunakan sifat-sifat grup yaitu asosiatif, identitas, invers dan tertutup.

Problem 2.16:

Misalkan G adalah grup dari bilangan-bilangan riil tak nol terhadap operasi perkalian. P dan Q adalah himpunan bagian dari grup G, dengan ^P^



^x^^{G x}^¹



^dan



^{1 atau} ^irasional



Q xG x x . Dengan menggunakan Teorema 2.1, selidiki apakah P dan Q subgrup dari G!

Problem 2.17

Misalkan G grup Abelian terhadap perkalian dengan identitas e. Bila H dan K adalah himpunan bagian dari G, dengan ^H ^



^x² ^x^^G



^dan ^K ^



^x^^{G x}² ^^e



, buktikan bahwa H dan K merupakan subgrup dari G.

Teorema 2.2: Tes Tahap ke-dua dari Subgrup

Misalkan H adalah himpunan bagian tak kosong dari suatu grup G. H adalah subgrup dari G jika ab H , untuk setiap a b, H(tertutup terhadap operasi perkalian) dan a^¹H, untuk setiap aH (tertutup terhadap invers-inversnya).

(19)

Rippi Maya: Draft Teori Grup Problem 2.18

Buktikan teorema tersebut di atas.

Petunjuk: gunakan Teorema 2.1.

Problem 2.19

Misalkan G adalah grup dari semua matriks ukuran 2x2, yaitu a b c d

 

 

 , dengan 0

ad bc  terhadap operasi penjumlahan. R dan S adalah himpunan bagian dari grup G.

Bila 0

0 a b

R G ad

d

  

   

 

  dan ¹

0 1 S  b

  

 

  , tunjukkan bahwa R merupakan subgrup dari G dan S subgrup dari R.

Teorema 2.3: Tes Subgrup Berhingga

Misalkan H adalah himpunan bagian berhingga tak kosong dari suatu grup G, maka H adalah subgrup dari G jika H tertutup terhadap operasi di G.

Problem 2.20:

Buktikan teorema tersebut!

Petunjuk:

(a) tunjukkan bahwa ^a^¹^^H untuk setiap aH. (b) Mulai dengan jika a maka pembuktian selesai. e,

(c) Jika ae, gunakan sifat H sebagai himpunan berhingga, dengan barisan a a a, ², ³,...

yang berhingga, di mana semua pangkat positif a ada di H, dan tidak semua elemen ini berbeda.

(d) Andaikan ^aⁱ ^^a^j, dengan i>j, maka a^{i j}^ e. Tunjukkan bahwa a^{i j}^{ }¹H.

Teorema 2.4: ^a adalah Subgrup

Misalkan G suatu grup, dan a adalah elemen dari G, maka a adalah subgrup dari G.

(20)

Rippi Maya: Draft Teori Grup Catatan:

Bila a adalah elemen dari suatu grup, maka ^a ^



^aⁿ ⁿ^



. Subgrup a disebut subgrup siklis dari G yang dibangkitkan (generated) oleh a. Bila G a , maka G disebut siklis dan a adalah pembangkit (generator) dari G.

Problem 2.21:

Petunjuk:

(a) Tunjukkan bahwa ^a tidak kosong.

(b) Gunakan Teorema 2.1.

Problem 2.22:

Tunjukkan bahwa 3 merupakan subgrup siklis dari ₁₀ terhadap operasi penjumlahan.

Problem 2.23:

Tunjukkan bahwa 3 subgrup siklis dari U(10) terhadap operasi perkalian modulo n.

Problem 2.24:

Tunjukkan bahwa U(14) 3  5 dan selidiki apakah U(14) 11 .

Problem 2.25:

Buktikan bahwa U(20) bukan siklis.

Problem 2.26:

Tunjukkan bahwa U(15) mempunyai enam subgrup siklis.

Definisi 2.4: Pusat dari grup

Pusat, Z(G), dari suatu grup G adalah subset dari elemen-elemen di G yang berhubungan (commute) dengan setiap elemen dari G.

Notasi: Z G

 





aG axxauntuk semua dix G



.

(21)

Tunjukkan bahwa jika G grup Abelian, maka Z(G) = G.

Teorema 2.5: Pusat grup adalah subgrup Pusat dari suatu grup G adalah subgrup dari G.

Problem 2.28:

Petunjuk: gunakan Teorema 2.2 untuk membuktikan Teorema 2.5 tersebut.

Definisi 2.5: Pemusat a di G

Misalkan a adalah elemen yang tetap dari suatu grup G. Pemusat (centralizer) a di G, dinyatakan dengan C(a), adalah himpunan semua elemen-elemen di G, yang berhubungan (commute) dengan a. Notasinya: ^{C a}

 

^



^g^^{G ga}^^ag



Problem 2.29:

Misalkan G suatu grup, dan a G . Tunjukkan bahwa C a( )C a( ^¹).

Teorema 2.6: C(a) adalah subgrup

Untuk setiap a dalam suatu grup G, pemusat a yang dinyatakan dengan C(a), adalah subgrup dari G.

Problem 2.30:

Problem 2.31:

Selidiki kebenaran pernyataan berikut: G grup Abelian jika dan hanya jika C a( )G untuk semua a di G.

(22)

Rippi Maya: Draft Teori Grup 3.1 Sifat-sifat Grup Siklis

Ilustrasi 3.1:

Dari Bab 2, sudah dijelaskan bahwa suatu grup G disebut siklis jika ada suatu elemen a di G sehingga ^G^



^aⁿ ⁿ^



^. Elemen a tersebut dinamakan generator dari G. Selanjutnya, G disebut grup siklis yang dibangkitkan (generated) oleh a dengan menuliskan G a .

Problem 2.17:

Setelah memahami Ilustrasi 3.1 tersebut, cobalah selidiki generator dari himpunan bilangan bulat terhadap operasi penjumlahan biasa. Tentukan juga generator dari himpunan-himpunan ₆, ₈, dan ₂₀, terhadap penjumlahan modulo 6, 8 dan 20.

Dapatkah kamu menentukan generator dari _n (n1) secara umum?

Problem 2.18:

Tuliskan semua elemen dari subgrup 20 dan 10 di ₃₀.

Problem 2.19:

Tuliskan semua elemen dari subgrup 3 dan 15 di ₁₈. Sebutkan pula semua elemen dari subgrup 3 dan 7 di ^U

 

^{20 .}

Problem 2.20:

Perhatikan jawaban Problem 3.2 dan 3.3. Apakah yang dapat kamu simpulkan dari kedua jawaban soal tersebut?

(23)

Rippi Maya: Draft Teori Grup Ilustrasi 3.2:

Perhatikan gambar berikut, dengan a 4.

Gambar 3.1

Pada grup siklis ₄ berorde 4 (berhingga), generatornya adalah 1 dan 3.

Ambil a3, maka

   

3 .3 ..., 1.3, 0.3,1.3, 2.3,3.3, 4.3,5.3, 6.3, 7.3,...

...,1, 0,3, 2,1, 0,3, 2,1,... 0,3, 2,1 n n

   

  .

Berdasarkan Gambar 3.1, 0.3 = 4.3 = 8.3. Demikian pula untuk 1.3 = 5.3 = 9.3, dan seterusnya. Perhatikan hubungan antara 0,4,8 dan 4 (orde grup). Demikian juga dengan hubungan antara 1,5,9 dan 4 (orde grup). Dapatkah kamu mengambil kesimpulan?

Perhatikan grup siklis ^U

 

⁹ yang berorde 6 (berhingga). Ambil ^a^^U

 

⁹ . Misalkan 2

a , maka

   

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

2 2 ..., 2 , 2 , 2 , 2 , 2 , 2 , 2 , 2 , 2 , 2 , 2 , 2 , 2 ,...

...,1, 2, 4,8, 7,5,1, 2, 4,8, 7,5,... 1, 2, 4,8, 7,5

n n

  

 

Memperhatikan elemen-elemen 2 , dapat dilihat bahwa ...2⁰ 2⁶ 2¹².... Demikian pula ...2¹2⁷ 2¹³... Adakah hubungan antara 0,6,12 dan orde dari grup (6)? Juga hubungan antara 1,7,13 dan orde dari grup? Dapatkah kamu mengambil kesimpulan?

Dengan memperhatikan kedua ilustrasi tersebut, dapat dicari suatu kriteria untuk pangkat (perkalian) dari a, yang berlaku untuk semua grup siklis G berorde n (hingga) dan tak

…= a^-4= a⁰ = a⁴= …

…= a^-3= a¹ = a⁵= …

…= a^-2= a² = a⁶= …

…= a^-1= a³ = a⁷= …

(24)

hingga. Bagaimana kita menentukan kriteria untuk pangkat a, sehingga diperoleh aⁱ a^j, dengan i j,  ? Teorema berikut ini menjelaskan kriteria untuk aⁱ a^j.

Teorema 2.2: Kriteria untuk ^aⁱ ^^a^j

Misalkan G adalah suatu grup dan a adalah elemen dari G. Jika a mempunyai orde tak hingga, maka semua pangkat berbeda dari a adalah elemen-elemen grup yang berbeda.

Jika a mempunyai orde yang berhingga, sebut saja n, maka ^a ^



^{e a a}^{, ,} ²^,...,^aⁿ^¹



^dan

i j

a a jika dan hanya jika n membagi i-j.

Problem 2.21:

Pahami Teorema 3.1. Cobalah terapkan teorema tersebut pada grup ₅. Tuliskan semua elemen dari ₅, dan tentukan orde elemen-elemen dari ₅ tersebut.

Problem 2.22:

Selidiki subgrup siklis dari ₅ tersebut. Bila a n, untuk setiap a di ₅, periksa apakah



^{, ,} ²^,..., ⁿ ¹



a  e a a a ^ dan aⁱ a^j jika dan hanya jika n membagi i-j.

Problem 2.23:

Kerjakan hal yang sama seperti pada Problem 3.5 dan 3.6 untuk grup lain. Ambillah contoh 2 grup yang berbeda.

Akibat 3.1: a^k e mengimplikasikan bahwa a membagi k

Misalkan G adalah suatu grup dan a suatu elemen berorde n di G. Jika a^k e, maka n membagi k.

(25)

Pahami Akibat Teorema 3.1 tersebut. Selidiki pernyataan akibat tersebut untuk grup U(5) dan U(10). Bagaimana pendapatmu? Kerjakan dengan cara yang sama untuk 2 grup lain yang berbeda.

Ilustrasi 3.3:

Pada Ilustrasi 3.2 sebelumnya, ^U

 

⁹ ^ ² ^ ^{2 ,}¹ ^dengan ^U

 

⁹ ^⁶. Perhatikan pangkat 1 dari 2 dan orde grup siklis ^U

 

⁹ . Adakah hubungan antara 1 dan 6? Apakah 1 dan 6 relatif prima? Subgrup siklis lain dari ^U

 

⁹ ^adalah ⁵ ^ ²⁵ . Adakah hubungan antara pangkat 5 dari 2 dan 6 (orde grup)? Apakah 2 dan 6 relatif prima?

Cobalah selidiki apakah U(9)mempunyai generator lain, selain 2 dan 5. Misalkan ada k , sehingga 2^k U(9), apakah ada kaitan antara k dengan orde grup U(9)? Apakah kesimpulan yang kamu peroleh? Dapatkah kamu menentukan suatu kriteria untuk menentukan generator dari suatu grup siklis? Tanpa perlu mencari generator dari suatu grup siklis dengan mencoba elemennya satu persatu, ada suatu cara singkat untuk menentukan generatornya. Perhatikan teorema berikut.

Teorema 3.2: Generator dari Grup Siklis

Misalkan G a adalah suatu grup siklis berorde n. Maka G a^k jika dan hanya jika gcd (k, n) = 1.

Problem 2.25:

Selidiki apakah grup ^U

 

²⁰ grup siklis! Bila ya, tentukan generator dari grup tersebut dengan menggunakan Teorema 3.2.

Problem 2.26:

Ambillah beberapa contoh grup siklis berorde n, dengan salah satu generatornya. Periksa apakah teorema tersebut berlaku pada contoh-contoh yang kamu ambil.

Problem 2.27:

(26)

Cobalah kamu buktikan Teorema 3.2. Gunakan informasi yang diketahui pada teorema tersebut untuk membuktikan.

Akibat 3.2: Generator dari _n

Suatu bilangan bulat k di _n adalah generator dari _n jika dan hanya jika gcd (k, n) = 1.

Problem 2.28:

Selidiki pernyataan Akibat tersebut untuk grup ₅, ₆ dan ₉. Dapatkah kamu menentukan generator dari grup tersebut dengan cepat? Jelaskan jawabmu dengan singkat.

3.2 Klasifikasi Subgrup dari Grup Siklis

Ilustrasi 3.4:

Perhatikan kembali subgrup siklis 2 dari grup siklis U

  

⁹  1, 2, 4,5, 7,8



. Elemen- elemen dari subgrup siklis 2 adalah

  ^ ^{ } ^

1 1 2 3 4 5 6

2  2  2 , 2 , 2 , 2 , 2 , 2  2, 4,8, 7,5,1  1, 2, 4,5, 7,8 . Elemen-elemen subgrup siklis lain dari ^U

 

⁹ ^adalah:

  ^ ^{ } ^

2 1 2 3 4 5 6

4  2  4 , 4 , 4 , 4 , 4 , 4  4, 7,1  1, 4, 7 .

  ^{   }

3 1 2 3 4 5 6

8  2  8 ,8 ,8 ,8 ,8 ,8  8,1  1,8 .

  ^{   }

6 1 2

1  2  1 ,1  1,1  1 .

  ^ ^{ } ^

5 1 2 3 4 5 6

5  2  5 ,5 ,5 ,5 ,5 ,5  5, 7,8, 4, 2,1  1, 2, 4,5, 7,8 .

  ^ ^{ } ^

4 1 2 3 4 5 6

7  2  7 , 7 , 7 , 7 , 7 , 7  7, 4,1  1, 4, 7 .

Perhatikan bahwa subgrup siklis 4 , 8 , 1 , 5 , 7 merupakan subgrup dari 2 . Orde subgrup-subgrup siklis dari 2 tersebut adalah 2  2¹  , 6 4  2²  , 3 8  23  , 2 1  2⁶  ,1 5  2⁵  , 6 7  2⁴  . Perhatikan bahwa orde 3 subgrup-subgrup siklis tersebut adalah 1,2,3,6. Bandingkan dengan pembagi positif dari 6

(27)

(orde subgrup siklis 2 ), yaitu



^{1, 2,3, 6}



. Adakah kesamaan? Berikut ini adalah teorema dasar grup siklis yang perlu diketahui.

Teorema 3.3: Teorema Dasar Grup Siklis

Setiap subgrup dari suatu grup siklis adalah siklis. Jika a n, maka orde suatu subgrup dari a adalah pembagi dari n; dan untuk masing-masing pembagi positif k dari n, grup

a mempunyai tepat satu subgrup berorde k, yang disebut a^{n k}^/ .

Ilustrasi 3.5:

Perhatikan ilustrasi berikut ini:

Diketahui grup siklis a yang berorde 20. Subgrup dari a berbentuk a^m , dengan m adalah pembagi positif dari 20. Jika k pembagi positif dari 20, maka subgrup berorde k adalah a^{20/ k} . Dengan demikian, subgrup-subgrup dari a dapat ditentukan, yaitu:



^{, ,} ²^, ³^,...., ¹⁹



a  e a a a a berorde 20,

 

2 2 3 9

, , , ,....,

a  e a a a a berorde 10,

 

4 2 3 4

, , , ,

a  e a a a a berorde 5,

 

5 2 3

, , ,

a  e a a a berorde 4,

 

10 ,

a  e a berorde 2,

 

a20  e berorde 1.

Problem 2.29:

Bila diketahui 3 adalah salah satu generator dari grup siklis U(50), dengan U(50) 30, tentukan subgrup-subgrup siklis dari 3 .

(28)

Akibat 3.3: Subgrup dari _n

Untuk masing-masing pembagi k dari n, himpunan n k/ adalah subgrup tunggal dari _n , yang berorde k. Subgrup ini merupakan satu-satunya subgrup dari _n.

Problem 2.31:

Cobalah terapkan pernyataan Akibat 3.3 tersebut pada subgrup siklis yang kamu pilih sendiri.

Problem 2.32:

Misalkan suatu grup siklis G a , dengan a 24. Tentukan semua generator untuk subgrup berorde 8.

Problem 2.33:

Misalkan G suatu grup dan a adalah elemen dari G.

a. Jika ^a¹² ^^e, apakah yang dapat dikatakan tentang orde a?

b. Jika ^a^m ^^e, apakah yang dapat dikatakan tentang orde a?

c. Misalkan ^G ^²⁴ dan G siklis. Jika a⁸e dan a¹² e, tunjukkan bahwa a G .

Ilustrasi 3.6:

Dengan menggabungkan Teorema 3.2 dan 3.3, banyaknya elemen dari setiap orde dalam suatu grup siklis berhingga dapat dihitung dengan mudah. Ada suatu fungsi bilangan teoritis yang disebut fungsi Euler phi, yang berkaitan dengan banyaknya elemen dari suatu grup siklis. Misalkan (1) 1 , dan untuk bilangan bulat n1, ( )n menyatakan banyaknya bilangan bulat positif yang kurang dari n, dan prima relatif ke n. Perhatikan bahwa ^{U n}^{( )} ^^

 

ⁿ ^.

(29)

Selidiki apakah U n( ) grup siklis, untuk n5,9,10,14,15,18, 20, 22, 25. Bila U n( ) grup siklis, tentukan generatornya. Buatlah suatu konjektur untuk U n( ).

Teorema 3.4: Banyaknya Elemen dari Masing-masing Orde dalam Suatu Grup Siklis

Jika d adalah suatu pembagi positif dari n, banyaknya elemen berorde n dalam suatu grup siklis berorde n adalah ^

 

^d ^.

Problem 2.35:

Buktikan teorema 3.4 tersebut.

(30)

Rippi Maya: Draft Teori Grup 4.1 Definisi dan Notasi

Ilustrasi 4.1

Perhatikan suatu himpunan tak kosong A, dengan A himpunan berhingga. Himpunan A dinyatakan dengan A



1, 2,3,...,n



, untuk beberapa bilangan bulat positif n. Permutasi dari himpunan A tersebut adalah suatu fungsi dari A ke A yang satu-satu dan pada. Sebagai contoh, perhatikan himpunan ^A



^{1, 2,3}



. Untuk semua x elemen A, f x( )A, permutasi yang mungkin terjadi adalah

1. ^f^{(1) 1, (2)}^ ^f ^^{2, (3)}^f ^^3.

2. ^f^{(1) 1, (2)}^ ^f ^^{3, (3)}^f ^^2.

3. f⁽¹⁾2, (2) 1, (3)f  f 3.

4. ^f⁽¹⁾^^{2, (2)}^f ^^{3, (3) 1.}^f ^ 5. f⁽¹⁾3, (2) 1, (3)f  f 2.

6. ^f⁽¹⁾^^{3, (2)}^f ^^{2, (3) 1.}^f ^

Perhatikan bahwa ada 3! 6 permutasi yang mungkin terjadi.

Misalkan permutasi yang pertama ditulis dengan  . Untuk menyatakan hubungan antara ₁ himpunan A dan hasil permutasinya adalah dengan menyusunnya dalam bentuk matriks,

yaitu ₁ 1 2 3 1 2 3

(1) (2) (3) 1 2 3

f f f

 ^ ^{ }  ^

   . Dengan cara yang sama, permutasi ke dua sampai ke enam juga dapat dinyatakan dalam bentuk matriks berikut ini:

2

1 2 3

1 3 2

 _{ }^ ^_

 , ₃ 1 2 3

2 1 3

 _{ }^ ^_

 , ₄ 1 2 3

2 3 1

 _{ }^ ^_

 , ₅ 1 2 3

3 1 2

 _{ }^ ^_

 , ₆ 1 2 3

3 2 1

 _{ }^ ^_

 .

Permutasi  ₁, ₂,..., membentuk suatu himpunan tersendiri, yaitu himpunan ₆ permutasi



 1, 2,..., . Bila himpunan ini bersama-sama dengan operasi komposisi 6



(31)

membentuk suatu grup, maka grup ini disebut grup permutasi. Berikut ini diberikan definisi dari permutasi suatu himpunan dan grup permutasi dari suatu himpunan.

Definisi 4.1 Permutasi A, Permutasi Grup A

Permutasi dari suatu himpunan A adalah suatu fungsi dari A ke A yang satu-satu dan pada. Grup permutasi dari suatu himpunan A adalah suatu himpunan permutasi dari A yang membentuk grup terhadap komposisi fungsi.

Latihan 4.1

Misalkan diketahui dua permutasi  dan  , dengan 1 2 3 4

3 1 4 2

_{ }^ ^_

  dan

1 2 3 4

4 2 1 3

 _{ }^ ^_

 . Dengan operasi komposisi, selidiki apakah   .

Latihan 4.2 Grup Simetri S3

Misalkan S₃ menyatakan himpunan dari semua fungsi satu-satu dari



^{1, 2,3}



ke dirinya sendiri. S₃ ini membentuk grup dengan 6 elemen (perhatikan kembali Ilustrasi 4.1), terhadap operasi komposisi. Keenam elemen S₃ ini adalah



       , dengan ^{, ,} ²^{, ,} ^, ²



1 2 3 1 2 3

 _{ }^ ^_

 , 1 2 3

2 3 1

_{ }^ ^_

 , ² 1 2 3

3 1 2

 _{ }^ ^_

 , 1 2 3

1 3 2

 _{ }^ ^_

 , 1 2 3

2 1 3

 _{ }^ ^_

  dan

2 1 2 3

3 2 1

  _{ }^ ^_

 . Selidiki apakah S₃ grup Abelian.

Latihan 4.3 Grup Simetri Sn

Misalkan A



1, 2,3,...,n



. Himpunan semua permutasi dari A disebut grup simetri derajat n dan dinyatakan dengan S_n. Dengan memperhatikan Ilustrasi 4.1, dapat diketahui bahwa banyaknya elemen dari S_n ada n!. Buktikan bahwa S_n non Abelian, untuk n3.

Ilustrasi 4.2 Persegi yang Simetri

(32)

Perhatikan grup dihedral D₄. Setiap gerakan dalam D₄ dihubungkan dengan permutasi dari keempat lokasi sudut persegi. Bila keempat sudut persegi tersebut diberi label, maka gambarnya dapat dilihat sebagai berikut:

Rotasi 90⁰ (R₉₀) terhadap persegi tersebut berkaitan dengan permutasi 1 2 3 4

2 3 4 1

 _{ }^ ^_

 

. Sedangkan refleksi terhadap garis horizontal (H) menghasilkan suatu permutasi

1 2 3 4

2 1 4 3

_{ }^ ^_

 .

Latihan 4.4

Seperti sudah dijelaskan dalam bab pengantar, elemen dari D₄ adalah

 

4 0, 90, 180, 270, , , , '

D  R R R R H V D D . Tuliskan elemen-elemen D₄ tersebut dalam bentuk permutasinya, seperti  dan  tersebut di atas.

4.2 Notasi Putaran (Cycle Notation)

Ilustrasi 4.3

Selain notasi matriks seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya, permutasi dapat dinyatakan dalam notasi putaran (cycle notation). Perhatikan permutasi berikut:

1 2 3 4 5 6

2 1 4 6 5 3

_{ }^ ^_

 .

Penempatan nilai-nilai pada permutasi tersebut dapat dinyatakan secara skematik sebagai berikut:

1 2 3

4

1

2

3

6 4

5

(33)

Skema tersebut kemudian diganti dengan notasi putaran sebagai berikut, yaitu

 

^{12 346 5}

 

 atau ^ ^

 

^{12 346}



. Perhatikan bahwa menurut kesepakatan, putaran yang hanya mempunyai satu masukan, yaitu (5), dapat dihilangkan. Bila dalam penulisan notasi putaran ada elemen yang hilang (tidak dituliskan), berarti elemen yang hilang tersebut dipetakan ke dirinya sendiri. Dengan demikian, untuk permutasi identitas seperti berikut ini, 1 2 3 4 5

1 2 3 4 5

_{ }^ ^_

 , kita tidak dapat menghilangkan semua elemennya, tetapi hanya menuliskan salah satu elemennya saja, yaitu ^^

 

² ^atau^^

 

⁵ ^,

atau elemen lainnya.

Perhatikan permutasi ke dua berikut ini: 1 2 3 4 5 6

5 3 1 6 2 4

 _{ }^ ^_

 . Permutasi ini dapat ditulis dalam notasi putaran ^ ^



^{2315 64}

 

^atau^ ^

 

^{46 3152}



^.

Panjang suatu putaran adalah banyaknya elemen dalam putaran tersebut. Misalkan

 

12345

  , maka panjang putarannya adalah 5.

4.3 Sifat-sifat Permutasi

Teorema 4.1 Hasil Putaran yang Saling Lepas (Disjoint Cycles)

Setiap permutasi dari suatu himpunan berhingga dapat ditulis sebagai suatu putaran (cycle) atau sebagai suatu hasil (product) dari putaran yang saling lepas.

Latihan 4.5

Petunjuk: misalkan α adalah suatu permutasi pada himpunan A = {1, 2, 3, …, n}. Tuliskan permutasi α sebagai bentuk putaran yang saling lepas.

Latihan 4.6

Perhatikan Ilustrasi 4.3 di atas. ^ ^

 

^{46 3152}



merupakan sebuah permutasi, yang dinyatakan dalam dua putaran yang saling lepas. Berikan sebuah contoh permutasi yang dapat dinyatakan dalam suatu putaran atau hasil putaran yang saling lepas!

(34)

Rippi Maya: Draft Teori Grup Latihan 4.7

Misalkan 1 2 3 4 5 6 7 8

2 1 3 5 4 7 6 8

_{ }^ ^_

  dan 1 2 3 4 5 6 7 8

1 3 8 7 6 5 2 4

 _{ }^ ^_

 .

Tuliskan α dan sebagai hasil dari putaran yang saling lepas.

Teorema 4.2 Komutasi Putaran yang Saling Lepas

Jika sepasang putaran 



a a1, 2,...,a_m



dan  



b b1, 2,...,b_n



tidak mempunyai elemen- elemen (entry) yang sama, maka   .

Latihan 4.8

Latihan 4.9

Misalkan 1 2 3 4 5 6

2 1 3 5 4 6

_{ }^ ^_

  dan 1 2 3 4 5 6

6 1 2 4 3 5

 _{ }^ ^_

 . Selidiki apakah

  .

Teorema 4.3 Orde dari Permutasi

Orde suatu permutasi dari suatu himpunan berhingga, yang ditulis dalam bentuk putaran yang saling lepas, adalah kelipatan persekutuan terkecil (KPK) dari panjang putaran.

Latihan 4.10

Latihan 4.11

Tentukan orde dari permutasi α = (12)(3)(45) dan = (153)(24).

Latihan 4.12

Perhatikan permutasi = (13)(27)(456)(8)(1237)(648)(5). Apakah permutasi γ terdiri dari putaran yang saling lepas? Dapatkah kita menghitung orde permutasi γ dengan menggunakan Teorema 4.3? Jelaskan pendapatmu.

(35)

Perhatikan soal Latihan 4.12. Dapatkah permutasi γ dinyatakan dalam bentuk putaran yang saling lepas? Bila ya, tentukan orde dari permutasi tersebut.

Ilustrasi 4.4.

Suatu permutasi identitas (1) dapat dinyatakan sebagai (12)(12). Selain itu, juga dapat dinyatakan sebagai (13)(13) atau (14)(14), dst. Jadi suatu permutasi dalam Sn dapat dinyatakan sebagai hasil dari 2-putaran. Menurut Teorema 4.1, setiap permutasi dapat ditulis dalam bentuk (a a_{1 2}... )(a_k b b_{1 2}... )(b c c_t _{1 2}... )c_s . Dengan penghitungan langsung, permutasi tersebut juga dapat ditulis sebagai:

1 1 1 1 2 1 1 1 1 2 1 1 1 1 2

(a a_k)(a a_k_)...(a a )(b b b b_t)( _t_ )...(b b )(c c_s)(c c_s_ )...(c c ), yang merupakan hasil (product) 2-putaran.

Teorema 4.4 Hasil 2-Putaran

Setiap permutasi dalam S_n, n1, adalah hasil dari 2-putaran.

Latihan 4.14

Periksa kebenaran pernyataan ini: 



¹²³⁴⁵

     

 21 25 24 23 .

Latihan 4.15

Periksa kebenaran pernyataan ini: 



¹²³⁴⁵

     

 45 53 25 15 .

Lemma 4.1

Jika     ₁ ₂... _r, dengan adalah 2-putaran, maka r adalah genap.

Latihan 4.16

Periksa kebenaran pernyataan berikut: 



¹²³⁴⁵

       

 54 52 21 25 23 13 . Bandingkan ketiga soal Latihan 4.14 - 16. Bagaimana pendapatmu terhadap permutasi α dan Lemma 4.1?

(36)

Teorema 4.5 Selalu Genap atau Selalu Ganjil

Jika suatu permutasi α dapat dinyatakan sebagai suatu hasil dari 2-putaran bilangan genap, maka setiap dekomposisi dari α ke dalam suatu hasil 2-putaran harus mempunyai bilangan genap dari 2-putaran. Simbolnya,

1 2... _r

    dan     _{1 2}... _s,

dengan dan adalah 2-putaran, maka r dan s keduanya genap atau keduanya ganjil.

Latihan 4.17

Buktikan teorema 4.5 tersebut.

Petunjuk:

1. Mulai dengan     1 2... _r   1 2... _s.

2. Gunakan invers dari 2-putaran, untuk menunjukkan bahwa r dan s keduanya ganjil atau genap.

Latihan 4.18

Perhatikan soal Latihan 4.14-16. Permutasi α tersebut dapat dinyatakan sebagai hasil 2 putaran yang jumlahnya genap. Dapatkah kamu membuat suatu contoh permutasi, yang dapat dinyatakan sebagai hasil 2 putaran yang jumlahnya ganjil?

Definisi 4.2 Permutasi Genap dan Ganjil

Suatu permutasi yang dapat dinyatakan sebagai hasil dari 2-putaran yang jumlahnya genap disebut permutasi genap. Suatu permutasi yang dapat dinyatakan sebagai hasil dari 2- putaran yang jumlahnya ganjil disebut permutasi ganjil.

Latihan 4.19

Permutasi dalam grup S₃ terdiri dari permutasi genap dan permutasi ganjil. Dapatkah kamu menyebutkan permutasi-permutasi tersebut? (Petunjuk: nyatakan permutasi dalam S₃ dalam bentuk hasil 2 putaran, seperti dalam Ilustrasi 4.4, lalu tentukan apakah permutasi tersebut merupakan permutasi genap atau ganjil).

(37)

Lakukan hal yang sama seperti pada soal Latihan 4.19 pada grup S4.

Teorema 4.6 Permutasi Genap Membentuk Grup

Himpunan permutasi genap dalam S_n membentuk subgrup dari S_n.

Latihan 4.21

Latihan 4.22

Periksa apakah himpunan permutasi genap dalam S3 membentuk subgrup dari S3. Buatlah tabel Cayleynya terhadap operasi fungsi komposisi.

Latihan 4.23

Periksa apakah permutasi ganjil dalam S₃ membentuk subgrup? Jelaskan pendapatmu.

Definisi 4.3 Grup Berayun (Alternating) Derajat n

Grup permutasi genap dari n simbol dinyatakan dengan A_n dan disebut grup berayun derajat n.

Latihan 4.24

Tentukan grup berayun A₄. Buatlah tabel Cayley dari A₄ tersebut terhadap fungsi komposisi.

Latihan 4.25

Hitunglah order dari setiap elemen dalam A₄. Periksa apakah ada kaitan antara orde elemen dengan order A₄.

Teorema 4.7

Untuk n > 1, A_n mempunyai orde n!/2.

(38)

Hitunglah banyaknya permutasi ganjil yang berorde 4 dalam S6.

Latihan 4.27

Hitunglah banyaknya elemen berorde 5 yang ada di A6.

Latihan 4.28

Periksa apakah ada subgrup siklis berorde 4 dan subgrup non siklis berorde 4 dalam S4. Jelaskan pendapatmu.

Latihan 4.29

Tentukan elemen α dan di S3 sehingga  2,  2, dan  3.

Latihan 4.30

Tunjukkan bahwa suatu permutasi dengan orde ganjil pasti sebuah permutasi genap.