BAB 1 Transformasi
Transcript of BAB 1 Transformasi
0
MAKALAH
TRANSFORMASI
Disusun guna memenuhi tugas mata kuliah Geometri Transformasi
Dosen Pengampu : Ishaq Nuriadin M.Pd
Disusun oleh :
Niamatus Saadah 1201125122
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN MATEMATIKA
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH PROF. DR. HAMKA
2015
1
TRANSFORMASI
A. PENGANTAR
Suatu fungsi pada V adalah suatu padanan yang mengaitkan setiap anggota V dengan
satu anggota V.
Jika f adalah fungsi dari V ke V yang mengaitkan setiap x β V dengan yβ V maka
ditulis y = f(x) , x dinamakan prap
eta dari y oleh f, dan y dinamakan peta dari x oleh f. Daerah asal fungsi tersebut
adalah V dan daerah nilainya juga V. Fungsi yang demikian dinamakan fungsi pada f.
B. TRANSFORMASI
Suatu transformasi pada suatu bidang V adalah suatu fungsi yang bijektif dengan
daerah asalnya V dan daerah nilainya V juga. Fungsi yang bijektif adalah sebuah fungsi
yang bersifat :
1. Surjektif, artinya : Jika T suatu transformasi, maka tiap titik Bβ V ada prapeta A β V
sehingga B = T(A). B dinamakan peta dari A dan A dinamakan prapeta dari B.
2. Injektif, artinya : Jika π΄1 β π΄2 dan T(π΄1) = π΅1, T(π΄2) = π΅2 maka π΅1 β π΅2, atau
jika T(π1) = π1 dan T(π2) = π2 sedangkan π1 = π2 maka π1 = π2.
Pada contoh di bawah ini, anggaplah V adalah bidang Euclides, artinya pada
himpunan titik-titik V diberlakukan sistem axioma Euclides.
Contoh 1 :
Andaikan A β π. Ada perpetaan (padanan) T dengan daerah asal V dan daerah nilai
juga V.
Jadi T : V V yang didefinisikan sebagai berikut :
1) T(A) = A
2) Apabila P A, maka T(P) = Q dengan Q titik tengah garis π΄πΜ Μ Μ Μ . Selidiki apakah
padanan T tersebut suatu transformasi ?
2
Penyelesaian : A S = T(R) R
Q=T(P)
P
Jelas bahwa A memiliki peta, yaitu A sendiri.
Ambil sebarang titik Rβ π΄ pada V. Oleh karena V bidang Euclides, maka ada satu garis
yang melalui A dan R, jadi ada satu ruas garis π΄π Μ Μ Μ Μ sehingga ada tepat satu titik S dengan
S antara A dan R, sehingga AS = SR.
Ini berarti untuk setiap X β V terdapat satu Y β V dengan Y = T(X) yang memenuhi
persyaratan (2). Jadi daerah asal T adalah V.
1) Akan dibuktikan T surjektif.
Untuk menyelidiki ini cukuplah dipertanyakan apakah setiap titik di V memiliki
prapeta. Jadi apabila Yβ π apakah ada X β π yang bersifat T(X) = Y ?
Menurut ketentuan pertama, jika Y = A prapetanya adalah A sendiri, sebab T(A) = A.
Y = T(X)
A X
Apabila Y A, maka oleh karena V suatu bidang Euclides, ada X tunggal dengan X β
π΄π β‘ sehingga AY = YX.
Jadi Y adalah titik tengah π΄πΜ Μ Μ Μ yang merupakan satu-satunya titik tengah. Jadi Y =
T(X).
Ini berarti bahwa X adalah prapeta dari titik Y. Dengan demikian dapat dikatakan
bahwa setiap titik pada V memiliki prapeta. Jadi T adalah suatu padanan yang
surjektif.
2) Akan dibuktikan T injektif.
Untuk menyelidiki ini ambillah dua titik π β π΄, π β π΄ππππ β π. P,Q,A tidak segaris
(kolinear). Kita akan menyelidiki kedudukan T(P) dan T(Q).
3
A
T(P) T(Q)
P Q
Andaikan T(P) = T(Q)
Oleh karena T(P) β π΄π β‘ ππππ(π) β π΄π β‘ maka dalam hal ini π΄π β‘ ππππ΄π β‘ memilki dua
titik sekutu yaitu A dan T(P) = T(Q). ini berarti bahwa garis π΄π β‘ ππππ΄π β‘ berimpit,
sehingga mengakibatkan bahwa π β π΄π β‘ .
Ini berlawanan dengan pemisalan bahwa A, P, Q tidak segaris. Jadi pengandaian
bahwa T(P) = T(Q) tidak benar sehingga haruslah T(P) T(Q). Jadi, T injektif.
Dari uraian di atas tampak bahwa padanan T itu injektif dan surjektif, sehingga T adalah
padanan yang bijektif.
Dengan demikian terbukti T suatu transformasi dari V ke V. Ditulis T : V V.
Contoh 2 :
Pilihlah pada bidang Euclides V suatu sistem koordinat ortogonal. T adalah padanan yang
mengkaitkan setiap titik P dengan Pβ yang letaknya satu satuan dari P dengan arah sumbu
X yang positif. Selidiki apakah T suatu transformasi ?
Penyelesaian :
Y
P Pβ
O X
Jika P = (x,y) maka T(P) = Pβ dan Pβ=(x+1,Y).
Jelas daerah asal T adalah seluruh bidang V.
Adb T surjektif dan T injektif.
Misalkan A = (x,y).
4
Andaikan B= (xβ, Yβ).
(i) Jika B prapeta titik A(x,y) maka haruslah berlaku T(B) = (xβ +1, yβ).
Jadi xβ+1 = x, yβ=y.
xβ = x - 1
atau
yβ=y
Jelas T (x-1,y)=((x-1)+1,y)=(x,y).
Oleh karena xβ, yβ selalu ada, untuk semua nilai x,y maka B selalu ada sehingga
T(B)=A.
Karena A sebarang maka setiap titik di V memiliki prapeta yang berarti bahwa T
surjektif.
(ii) Andaikan P(x1,y1) dan Q (x2,y2) dengan Pβ Q.
Dipunyai T(P)= (x1+1,y1) dan T(Q)= (x2+1,y2).
Jika T(P)= T(Q), maka (x1+1,y1)= (x2+1,y2).
Jadi x1+1=x2+1, dan y1= y2. Ini berarti x1=x2 dan y1= y2.
Jadi P=Q.
Terjadi kontradiksi, sehingga pengandaian salah. Jadi haruslah T(P)β T(Q).
Jadi T injektif.
Dari (i) dan (ii) dapat disimpulkan bahwa T adalah padanan yang bijektif.
Jadi T merupakan suatu transformasi dari V ke V.
5
PEMBAHASAN SOAL LATIHAN
1. Andaikan g dan h dua garis yang sejajar pada bidang euclides V. A sebuah titik yang
terletakdi tengah antara g dan h. Sebuah T padanan dengan daerah asal g yang
didefinisikan sebagai berikut:
Apabila gP maka hPAPTP )('
a) Apakah daerah nilai T ?
b) Apabila EDgEgD ,, , buktikan bahwa DEED '' ; )('),(' ETEDTD
c) Apakah T injektif
Penyelesaian :
a) Daerah nilai T adalah h
b) EDgEgD ,,
)('),(' ETEDTD
Lihat β ADE dan segitiga β ADβEβ
π(β π·π΄πΈ) = π(β π·β²π΄πΈβ²) (Bertolak belakang)
π·π΄ = π΄π·β² (Karena A tengah-tengah π dan β)
πΈπ΄ = π΄πΈβ² (Karena A tengah-tengah π dan β)
Diperoleh βπ΄π·πΈ β βπ΄π·β²πΈβ² menurut definisi sisi sudut sisi.
Akibatnya π·β²πΈ = π·πΈ.
Pβ=T(P)
A
P g
h
Dβ
A
E g
h
D
Eβ
6
c) Akan dibuktikan T injektif
Ambil dua titik π dan π pada g, YX
Akan dibuktikan )()( YTXT
Andaikan π(π) = π(π)
Oleh karena hXAXT )( dan hYAYT )(
Dalam hal ini XA dan YA memiliki dua titik sekutu yaitu A dan π(π) = π(π).
Berarti garis XA dan YA berimpit, sehingga berakibat π = π.
Ini suatu kontradiksi.
Jadi pengandaian salah, maka haruslah )()( YTXT
Jadi T injektif.
2. Diketahui sebuah titik K dan ruas garis AB , ABK dan sebuah garis g sehingga g //
AB dan jarak K dan AB , adalah dua kali lebih panjang dari pada jarak antara K dan
g. Ada padanan T dengan daerah asal AB dan daerah nilai g sehingga apabila
ABP maka gKPPPT ')( .
a) Apakah bentuk himpunan peta-peta Pβ kalau P bergerak pada AB
b) Buktikan bahwa T injektif.
c) Apabila E dan F dua titik pada AB , apakah dapat dikatakan tentang jarak EβFβ
jika Eβ = T(E) dan Fβ=T(F)?
xβ=T(x)
A
y g
h
x
yβ=T(y)
7
Penyelesaian :
Pβ g
K
A P B
a) ABK , g // AB , T: gAB
ABP maka gKPPPT ')(
gKPP '
sehingga gP'
Jadi bentuk himpunan peta-peta Pβ adalah ruas garis pada g.
b) Akan dibuktikan T injektif
Ambil dua titik π dan π pada AB , YX
Akan dibuktikan )()( YTXT
Andaikan π(π) = π(π)
Oleh karena gKXXT )( dan gKYYT )(
Dalam hal ini XA dan YA memiliki dua titik sekutu yaitu A dan π(π) = π(π).
Ini berarti bahwa garis XA dan YA berimpit, sehingga berakibat π = π.
Hal ini suatu kontradiksi.
Jadi pengandaian salah,maka haruslah )()( YTXT
Jadi T injektif
c) g
A B
E F
Fβ=T(F) Eβ=T(E)
K
8
Dipunyai πΈ, πΉ β π΄π΅ β‘ , maka πΈβ², πΉβ² β π sehingga πΈπΉ ββ πΈβ²πΉβ²
LihatβπΎπΈβ²πΉβ² dan βπΎπΈπΉ
πΉβ²πΎ
πΉπΎ=
πΈβ²πΎ
πΈπΎ=
1
2
π(β πΈπΎπΉ) = π(β πΈβ²πΎπΉ) (sudut β sudut bertolak belakang)
DiperolehβπΎπΈβ²πΉβ²~βπΎπΈπΉ (S Sd).
Akibatnya :
πΈβ²πΉβ²
πΈπΉ=
πΈβ²πΎ
πΈπΎ=
πΉβ²πΎ
πΉπΎ=
1
2
β πΈβ²πΉβ² = 1
2 πΈπΉ.
Jadi jarak EβFβ adalah 1
2 kali jarak EF.
3. Diketahui tiga titik A, R, S yang berlainan dan tidak segaris. Ada padanan T yang
didefinisikan sebagai berikut:
T(A) = A, T(P) = Pβ sehingga P titik tengah 'AP
a) Lukislah Rβ = T(R)
b) Lukislah Z sehingga T(Z) = S
c) Apakah T suatu transformasi?
Penyelesaian :
(a) dan (b)
c) Bukti :
(i) Akan dibuktikan T surjektif.
T surjektif jika β π β π terdapat prapeta π sehingga π = π(π).
Jika π = π΄ maka prapetanya adalah π΄ sendiri sebab π(π΄) = π΄.
Apabila π β π΄ maka terdapat π tunggal dengan π β π΄π β‘ sehingga π΄π = π΄π.
Diperolehπ adalah titik tengah π΄πΜ Μ Μ Μ . Artinya π = π(π).
Z S = T(Z)
P
Pβ =T(P)
R
Rβ =T(R)
A
9
Makaβπ β π terdapat prapeta π sehingga π = π(π).
Jadi T Surjektif.
(ii) Akan diselidiki T injektif
Ambil titik π β π΄, π β π΄ dan π β π, π, π, π΄ tidak segaris.
Andaikan π(π) = π(π).
Oleh karena π(π) β π΄π β‘ dan π(π) β π΄π β‘ maka dalam hal ini π΄π β‘ dan π΄π β‘
memiliki dua titik sekutu yaitu π΄ dan π(π) = π(π).
Ini berarti bahwa garis π΄π β‘ dan π΄π β‘ berimpit, sehingga mengakibatkan π β
π΄π β‘ . Dengan kata lain π, π, π΄ segaris.
Ini suatu kontradiksi dengan pernyataan π, π, π΄ tidak segaris.
Pengandaian salah, sehingga π(π) β π(π).
Jadi T injektif.
Dari (i) dan (ii) dapat disimpulkan bahwa T surjektif dan T injektif.
Jadi T merupakan suatu transformasi.
4. Diketahui P = (0,0), C1 1|),( 22 yxyx
C2 25|),( 22 yxyx
T : C1 C2 adalah suatu padanan yang definisikan sebagai berikut : Apabila 1CX
maka 2')( CPXXXT
a) Apabila A = (0,1) tentukan T(A)
b) Tentukan prapeta dari B(4,3)
c) Apabila Z sebarang titik pada daerah asal T, tentukan jarak ZZβ, dengan Zβ =
T(Z).
d) Apabila E dan F dua titik pada daerah asal T , apakah dapat dikatakan tentang
jarak EβFβ?
Penyelesaian :
Y
P
A
B(4,3)
Eβ
Fβ
X F
E
10
a) A = (0,1) maka T(A) = (0,5)
b) Perhatikan gambar di atas.
Lihat β APC dan βπππ΅.
ππΆ
ππ=
ππ΄
ππ΅=
π΄πΆ
π΅π
ππΆ
ππ=
ππ΄
ππ΅β
ππΆ
4=
1
5
β ππΆ =4
5
π΄πΆ
π΅π=
ππ΄
ππ΅β
π΄πΆ
3=
1
5
β π΄πΆ =3
5
Jadi prapeta B adalah A = (4
5,3
5).
c) Dipunyai π β daerah asal π.
Maka π β πΆ1.
Berarti π = (π₯1, π¦1) dimana π₯12 + π¦1
2 = 1.
Jelas ππ = β(π₯1 β 0)2 + (π¦1 β 0)2 = βπ₯12 + π¦1
2 = β1 = 1.
Selanjutnya πβ² = π(π).
Maka πβ² β πΆ2.
Berarti πβ² = (π₯2, π¦2) dimana π₯22 + π¦2
2 = 25.
Jelas πβ²π = β(π₯2 β 0)2 + (π¦2 β 0)2 = βπ₯22 + π¦2
2 = β25 = 5.
Jelas π, π, πβ² segaris.
πβ²π = πβ²π + ππ
βΊ 5 = πβ²π + 1
βΊ πβ²π = 5 β 1
βΊ 5 = πβ²π + 1
P
A = prapeta B
C Q
B
11
βΊ ππβ² = πβ²π = 4
Jadi jarak ππβ² = 4.
d) Dipunyai πΈ, πΉ β πΆ1, πΈ β πΉ
Maka panjang busur πΈπΉ
=π(β πΈππΉ)
2π. πππππππππΆ1
=π(β πΈππΉ)
2π. 2π. 1
= π(β πΈππΉ)
Selanjutnya πΈβ² = π(πΈ) dan πΉβ² = π(πΉ).
Maka panjang busur πΈβ²πΉβ²
=π(β πΈβ²ππΉβ²)
2π. πππππππππΆ2
=π(β πΈβ²ππΉβ²)
2π. 2π. 5
= 5. π(β πΈβ²ππΉβ²).
Karena π, πΈ, πΈβ² segaris dan π, πΉ, πΉβ² segarismaka π(β πΈβ²ππΉβ²) = π(β πΈππΉ).
Sehingga,
πΈβ²πΉβ² = 5. π(β πΈβ²ππΉβ²)
= 5. π(β πΈππΉ)
= 5. πΈπΉ
Jadi πΈβ²πΉβ² = 5πΈπΉ
5. Diketahui f : V V. Jika P(x,y) maka f(P) =(|x|,|y|)
a) Tentukan f(A) jika A = (-3,6)
b) Tentukan semua prapeta dari titik B(4,2)
c) Apakah bentuk daerah nilai f?
d) Apakah f suatu transformasi?
Jawab :
a) A = (-3,6) maka f(A) = (|-3|,|6|) = (3,6)
b) Prapeta dari B(4,2) adalah (4,2),(4,-2),(-4,2),(-4,-2).
c) Daerah nilai f adalah himpunan semua titik-titik di Kuadran I.
d) Pilihπ΄1 = (4,2) β π, π΄2 = (4, β2) β π
12
Jelas π΄1 β π΄2.
Makaπ(π΄1) = (4,2) dan π(π΄2) = (4,2).
Diperoleh π(π΄1) = π(π΄2).
Jadi terdapat π΄1 β π΄2 dan π(π΄1) = π(π΄2).
Artinya f tidak injektif.
Karena f tidak injektif maka f bukan transformasi.
6. Diketahui fungsi g : sumbu X V yang didefinisikan sebagai berikut :
Apabila P(x,0) maka g(P) = (x,x2).
a) Tentukan peta A(3,0) oleh g.
b) Apakah R(-14, 196) daerah nilai g?
c) Apakah g surjektif?
d) Gambarlah daerah nilai g.
Jawab :
a) Peta A(3,0) oleh g.
A(3,0) maka g(A) = (3,(3)2) =(3,9).
b) Diketahui R(-14,196).
196 = (-14)2 + y
β 196 = 196 + y
β y = 0
Jelas VR , dan π mempunyai prapeta yaitu π(β14,0) pada sumbu π.
Jadi π β daerah nilai π.
c) Ambil titik π΄β² β π, maka π΄β²(π, π) dengan π = π2.
Jelas terdapat π΄(π, 0) sehinggaπ(π΄) = π΄β².
Jadi, g surjektif.
d)
(0,0) P(x,0)
g(P)=(x,x2)
13
7. T : V V, didefinisikan sebagai berikut : Apabila P(x,y) maka
i) T(P) = (x + 1, y), untuk x > 0
ii) T(P) = (x - 1, y), untuk x < 0
a) Apakah T injektif?
b) Apakah T suatu transformasi?
Jawab :
a) Ambil P(x1,y1) dan Q(x2,y2) sehingga QP
Akan dibuktikan )()( QTPT
Karena QP maka 21 xx atau 21 yy
(i) Untuk x > 0
T(P) = (x1+1, y1)
T(Q) = (x2+1, y2)
Jelas 11 2121 xxxx atau 21 yy
Jadi )()( QTPT
(ii) Untuk x < 0
T(P) = (x1-1, y1)
T(Q) = (x2-1, y2)
Jelas 11 2121 xxxx atau 21 yy
Jadi )()( QTPT
Dari (i) dan (ii) dapat disimpulkan bahwa T injektif.
b) Ambil P(x1,y1) dan Q(x2,y2) dengan Pβ Q.
Akan dibuktikan T(P)β T(Q).
Karena P β Q maka x1 β x2 atu y1 β y2.
(i) Kasus xβ₯0
T(P) = (x1 + 1,y1)
T(Q) = (x2 + 1,y2)
Karena x1β x2 maka x1+1 β x2+1 dan y1β y2.
Jadi T(P) β T(Q).
14
(ii) Kasus x<0
T(P) = (x1 - 1,y1)
T(Q) = (x2 - 1,y2)
Karena x1β x2 maka x1 - 1 β x2 -1 dan y1β y2.
Dari (i) dan (ii) dapat disimpulkan bahwa T tidak surjektif.
Karena T tidak surjektif maka T bukan suatu transformasi.
8. Diketahui sebuah garis S dan titik-titik A, B, C seperti dapat dilihat pada gambar di
bawah ini
A
B
C
S
T : V V didefinisikan sebagai berikut :
i. Jika P S maka T(P) = P
ii. Jika P S maka T(P) = Pβ, sedemikian hingga garis S adalah sumbu ruas 'PP
a) Lukislah Aβ = T(A), Bβ = T(B)
b) Lukislah prapeta titik C
c) Apakah T suatu transformasi ?
d) Buktikan bahwa AβBβ = AB
Penyelesaian :
a) dan b)
A B
Aβ
C
Bβ Cβ
15
c) Akan ditunjukkan T surjektif dan T injektif.
Jelas setiap P pada V, ada prapeta Pβ, sehingga T(P) = Pβ.
Jika P β S, maka Pβ = P dan jika P βS maka Pβ adalah cermin dari P terhadap
sumbu S.
Jadi T surjektif.
Untuk P β S, Q β S dan Pβ Q, jelas Pβ β Qβ.
Untuk P β S, ambil dua titik, A ,B βS, A β B.
Kita akan menyelidiki kedudukan Aβ dan Bβ.
Andaikan Aβ = Bβ.
Karena S adalah sumbu ruas garis AAβ maka S tegak lurus AAβ dan karena S
adalah sumbu dari ruas garis BBβ maka S tegak lurus BBβ.
Maka karena Aβ = Bβ dan kedua garis tegak lurus S, AAβ dan BBβ berimpit.
Akibatnya A =B.
Ini suatu kontradiksi, harusnya Aββ Bβ.
Jadi T injektif.
Dengan demikian karena T injektif dan T surjektif, maka T suatu transformasi.
d) Akan dibuktikan AβBβ=AB.
A
B
Aβ
S
Bβ
Misal π· titik potong garis π dengan ruas garis π΄β²π΄Μ Μ Μ Μ Μ dan πΈ titik potong garis π
dengan ruas garis π΅β²π΅Μ Μ Μ Μ Μ .
Lihatβπ΄β²π·πΈ dan βπ΄π·πΈ.
π΄β²π· = π΄π· (menurut definisi π adalah sumbu π΄β²π΄Μ Μ Μ Μ Μ sehingga π· tengah-tengah π΄β²π΄Μ Μ Μ Μ Μ )
π(β π΄β²π·πΈ) = π(β π΄π·πΈ) = 900 (karena π sumbu π΄β²π΄Μ Μ Μ Μ Μ maka π β₯ π΄β²π΄Μ Μ Μ Μ Μ )
π·πΈ = π·πΈ (berimpit)
D
E
16
Maka menurut teorema sisi-sudut-sisi βπ΄β²π·πΈ β βπ΄π·πΈ.
Akibatnya π΄β²πΈ = π΄πΈ dan π(β π΄β²πΈπ·) = π(β π΄πΈπ·).
Lihatβπ΄β²π΅β²πΈ dan βπ΄π΅πΈ.
π΄β²πΈ = π΄πΈ (diketahui) β¦(i)
π΅β²πΈ = π΅πΈ (menurut definisi π adalah sumbu π΅β²π΅Μ Μ Μ Μ Μ sehingga πΈ
tengah-tengah π΅β²π΅Μ Μ Μ Μ Μ ) β¦(ii)
π(β π΅β²πΈπ·) = π(β π΅πΈπ·) = 900 (karena π sumbu π΅β²π΅Μ Μ Μ Μ Μ maka π β₯ π΅β²π΅Μ Μ Μ Μ Μ )
π(β π΅β²πΈπ΄) = π(β π΅β²πΈπ·) β π(β π΄β²πΈπ·)
π(β π΅πΈπ΄) = π(β π΅πΈπ·) β π(β π΄πΈπ·) = π(β π΅β²πΈπ·) β π(β π΄β²πΈπ·)
Berakibat π(β π΅β²πΈπ΄) = π(β π΅πΈπ΄) β¦(iii)
Dari (i),(ii) dan (iii) maka menurut teorema sudut-sisi-sudut βπ΄β²π΅β²πΈ β βπ΄π΅πΈ
Akibatnya π΄β²π΅β² = π΄π΅