Matriks: Transpose & Kesamaan
Materi Lengkap · Contoh Soal & Pembahasan · Latihan Soal
Topik 1: Transpose Matriks
Memahami konsep, notasi, sifat, dan penerapan transpose matriks
Jika A adalah matriks berukuran m × n, maka AT adalah matriks berukuran n × m.
Artinya: Elemen pada baris ke-i kolom ke-j dari A menjadi elemen pada baris ke-j kolom ke-i dari AT.
Diketahui matriks:
| 1 | 2 | 3 |
| 4 | 5 | 6 |
| 1 | 4 |
| 2 | 5 |
| 3 | 6 |
- (AT)T = A — Transpose dari transpose menghasilkan matriks asal.
- (A + B)T = AT + BT — Transpose bersifat distributif terhadap penjumlahan.
- (kA)T = k · AT — Konstanta dapat dipindahkan keluar dari transpose.
- (AB)T = BT · AT — Transpose dari perkalian matriks membalik urutan.
- Jika A matriks persegi dan AT = A, maka A disebut matriks simetris.
- Jika AT = −A, maka A disebut matriks anti-simetris (skew-symmetric).
Sebuah matriks persegi A disebut simetris jika AT = A, yaitu aij = aji untuk semua i, j.
| 2 | 3 | 5 |
| 3 | 7 | 1 |
| 5 | 1 | 4 |
| 2 | 5 |
| 3 | 7 |
Matriks A berukuran 2×2. Transpose diperoleh dengan menukar baris menjadi kolom.
Langkah: Baris ke-1 [2, 5] menjadi kolom ke-1. Baris ke-2 [3, 7] menjadi kolom ke-2.
Maka: AT =
[
]
2 3 5 7
Ukuran AT tetap 2×2 karena A adalah matriks persegi.
| 4 | 8 | 6 |
Matriks A berukuran 1×3 (matriks baris). Transpose dari matriks baris adalah matriks kolom.
Langkah: Satu baris [4, 8, 6] menjadi satu kolom dengan 3 baris.
Maka: AT =
[
]
, ukuran 3×1 (matriks kolom).
4 8 6
| 1 | 0 |
| 0 | 1 |
A adalah matriks identitas I2×2.
Transpose: AT =
[
]
1 0 0 1
Karena AT = A, maka A adalah matriks simetris. Matriks identitas selalu simetris.
| 1 | 2 | 3 |
| 4 | 5 | 6 |
Matriks A berukuran 2×3. Transpose AT berukuran 3×2.
Baris ke-1: [1, 2, 3] → kolom ke-1 dari AT
Baris ke-2: [4, 5, 6] → kolom ke-2 dari AT
AT =
[
]
1 4 2 5 3 6
| 3 | 1 |
| 5 | 2 |
| 7 | 4 |
Menggunakan sifat (AT)T = A, untuk mencari A cukup transpose kembali AT.
Proses: AT berukuran 3×2, maka A berukuran 2×3.
A = (AT)T =
[
]
3 5 7 1 2 4
| 2 | −1 |
| 3 | 4 |
| 1 | 5 |
| −2 | 3 |
Ruas Kiri:
A + B =
[
]
3 4 1 7
(A + B)T =
[
]
3 1 4 7
Ruas Kanan:
AT =
[
]
BT =
[2 3 −1 4
]
1 −2 5 3
AT + BT =
[
]
3 1 4 7
Karena (A + B)T = AT + BT = [
], maka terbukti. ✓3 1 4 7
| 3 | x |
| 2 | 5 |
Jika AT = A, maka A adalah matriks simetris, sehingga aij = aji.
AT =
[
]
3 2 x 5
Syarat AT = A: Elemen (1,2) dari A = elemen (1,2) dari AT
x = 2
Jadi x = 2.
| 1 | 3 |
| 2 | 4 |
| 5 | 7 |
| 6 | 8 |
Hitung AB:
AB =
[
]
=
[1·5+3·6 1·7+3·8 2·5+4·6 2·7+4·8
]
23 31 34 46
Hitung (AB)T:
(AB)T =
[
]
23 34 31 46
Hitung BTAT:
BT =
[
]
, AT =
[5 6 7 8
]
1 2 3 4
BTAT =
[
]
=
[5+18 10+24 7+24 14+32
]
23 34 31 46
(AB)T = BTAT = [
] ✓ Terbukti!23 34 31 46
| a | b |
| c | d |
| 4 | 7 |
| 7 | 10 |
AT =
[
]
a c b d
A + AT =
[
]
=
[2a b+c b+c 2d
]
4 7 7 10
Dari persamaan elemen-elemen:
2a = 4 → a = 2
2d = 10 → d = 5
b + c = 7 (tidak ada nilai unik untuk b dan c, hanya syarat b + c = 7)
Jadi a = 2, d = 5, dan b + c = 7.
| 2x | y+1 |
| z−2 | 4 |
| 6 | 3 |
| 5 | 4 |
Transpose dari ruas kiri:
[
]
=
[2x z−2 y+1 4
]
6 3 5 4
2x = 6 → x = 3
y + 1 = 5 → y = 4
z − 2 = 3 → z = 5
Kita harus membuktikan bahwa (AAT)T = AAT.
Bukti:
(AAT)T = (AT)T · AT [menggunakan sifat (PQ)T = QTPT]
= A · AT [karena (AT)T = A]
= AAT
Karena (AAT)T = AAT, maka AAT adalah matriks simetris untuk sembarang matriks A. ✓
| 1 | 2 |
| 3 | 4 |
Setiap matriks persegi A dapat dinyatakan sebagai: A = S + K, di mana
S = ½(A + AT) adalah matriks simetris
K = ½(A − AT) adalah matriks anti-simetris
Hitung AT:
[
]
1 3 2 4
S = ½(A + AT):
½
[
]
=
[2 5 5 8
]
1 2,5 2,5 4
K = ½(A − AT):
½
[
]
=
[0 −1 1 0
]
0 −0,5 0,5 0
Verifikasi: S + K =
[
]
= A ✓
1 2 3 4
| 2 | 1 | 0 |
| 3 | 4 | 2 |
| 1 | 0 |
| 2 | 1 |
| 3 | 5 |
A(2×3) × B(3×2) = AB berukuran 2×2.
Hitung AB:
AB11 = 2·1 + 1·2 + 0·3 = 4
AB12 = 2·0 + 1·1 + 0·5 = 1
AB21 = 3·1 + 4·2 + 2·3 = 17
AB22 = 3·0 + 4·1 + 2·5 = 14
AB =
[
]
4 1 17 14
Hitung (AB)T:
(AB)T =
[
]
4 17 1 14
| a | b | c |
| d | e | f |
| g | h | i |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 0 |
Diberikan A simetris, maka AT = A.
Dari persamaan A2 − AT = 0:
A2 = AT
A2 = A (karena A simetris, AT = A)
Persamaan A2 = A berarti A adalah matriks idempoten.
Kesimpulan: A adalah matriks persegi simetris yang sekaligus bersifat idempoten (A² = A). Contoh: matriks nol dan matriks identitas memenuhi sifat ini.
| p+q | 2p−q |
| r+s | 3r−s |
Syarat matriks simetris: elemen (i,j) = elemen (j,i).
Dari informasi yang diberikan: elemen (1,2) = 2p−q = 4, elemen (2,1) = r+s = 4.
Dari elemen (1,1): p + q = 5
Dari elemen (1,2): 2p − q = 4
Jumlahkan kedua persamaan: 3p = 9 → p = 3, sehingga q = 2.
Dari elemen (2,2): 3r − s = 6
Dari elemen (2,1): r + s = 4
Jumlahkan: 4r = 10 → r = 2,5, sehingga s = 1,5.
Jadi p = 3, q = 2, r = 2,5, s = 1,5.
Kerjakan soal-soal berikut secara mandiri. Klik “Lihat Jawaban” untuk melihat hasil akhir.
| 7 | 2 |
| −3 | 5 |
| 7 | −3 |
| 2 | 5 |
| 9 |
| −2 |
| 4 |
| 9 | −2 | 4 |
| 5 | 2 | 8 |
| 2 | 1 | −3 |
| 8 | −3 | 6 |
| 2 | −1 | 0 |
| 2 |
| −1 |
| 0 |
| 1 | 4 |
| 2 | −1 |
| 3 | 6 |
| 12 | −3 |
| 2 | x+1 |
| 3 | y |
| 1 | 2 |
| 3 | 4 |
| 0 | 1 |
| −1 | 2 |
| 1 | 1 |
| 4 | 2 |
| 1 | 4 |
| 1 | 2 |
| 1 | 3 |
| 2 | 4 |
| 1 | 2 |
| 3 | 4 |
| 2 | 5 |
| 5 | 8 |
| 3 | m+2 | 1 |
| m+2 | 5 | 0 |
| 1 | 0 | 7 |
| 1 | 2 | 3 |
| 1 | 2 | 3 |
| 2 | 4 | 6 |
| 3 | 6 | 9 |
| 2 | 1 |
| 3 | 4 |
| 1 | 2 |
| 0 | 3 |
| 3 | 3 |
| 3 | 7 |
| 1 | −1 |
| 3 | 1 |
| 12 | 0 |
| 24 | 4 |
| 12 | 24 |
| 0 | 4 |
| 0 | −2 | 1 |
| 2 | 0 | −3 |
| −1 | 3 | 0 |
| 0 | 2 | −1 |
| −2 | 0 | 3 |
| 1 | −3 | 0 |
| a | b |
| b | 1−a |
Topik 2: Kesamaan Dua Matriks
Syarat, definisi, dan penerapan konsep kesamaan dua matriks
- A dan B memiliki ordo (ukuran) yang sama, yaitu jumlah baris dan jumlah kolom yang sama.
- Setiap elemen yang bersesuaian sama, yaitu aij = bij untuk semua nilai i dan j.
[
]
=
[1 2 3 4
]
✓ (sama)
1 2 3 4
[
]
≠
[1 2 3 4
]
✗ (berbeda ordo)
1 2 0 3 4 0
Jika dua matriks yang mengandung variabel dinyatakan sama, maka kita dapat membentuk sistem persamaan dari kesamaan elemen-elemen yang bersesuaian.
| x+1 | 3 |
| 2 | y−2 |
| 4 | 3 |
| 2 | 5 |
- Urutan baris dan kolom sangat penting. Matriks A dan B berbeda jika urutannya berbeda meskipun elemennya sama.
- Matriks 2×3 tidak pernah sama dengan matriks 3×2 meskipun mengandung elemen yang sama.
- Kesamaan matriks digunakan untuk menentukan nilai variabel dalam persamaan matriks.
- Jika terdapat n variabel, dibutuhkan n persamaan (kesamaan elemen) untuk mendapat solusi tunggal.
| x | 3 |
| 5 | y |
| 7 | 3 |
| 5 | −4 |
Dua matriks sama jika semua elemen yang bersesuaian sama. Kedua matriks berukuran 2×2 (ordo sama).
Elemen (1,1): x = 7
Elemen (1,2): 3 = 3 ✓ (terpenuhi otomatis)
Elemen (2,1): 5 = 5 ✓ (terpenuhi otomatis)
Elemen (2,2): y = −4
Jadi x = 7 dan y = −4.
| 2 | 3 |
| 1 | 4 |
| 2 | 1 |
| 3 | 4 |
Kedua matriks memiliki ordo yang sama (2×2) dan elemen-elemen yang sama, namun posisinya berbeda.
Perbandingan elemen:
Elemen (1,2): A = 3, B = 1 → 3 ≠ 1
Elemen (2,1): A = 1, B = 3 → 1 ≠ 3
Kesimpulan: Kedua matriks TIDAK SAMA, karena ada elemen yang bersesuaian tidak sama.
| a | b | c |
| 5 | −3 | 8 |
Kedua matriks memiliki ordo yang sama (1×3). Samakan elemen yang bersesuaian:
Elemen (1,1): a = 5
Elemen (1,2): b = −3
Elemen (1,3): c = 8
Jadi a = 5, b = −3, c = 8.
| 2p+1 | 4 |
| −1 | 3 |
| 9 | 4 |
| −1 | 3 |
Samakan elemen (1,1) dari kedua matriks:
2p + 1 = 9
2p = 8
p = 4
Elemen lainnya sudah sama secara otomatis.
Tidak bisa sama.
Syarat pertama kesamaan dua matriks adalah ordonya harus sama. Matriks 2×3 memiliki 2 baris dan 3 kolom, sedangkan matriks 3×2 memiliki 3 baris dan 2 kolom.
Karena ordo berbeda (2×3 ≠ 3×2), kedua matriks tidak mungkin sama meskipun mengandung elemen yang sama.
| 2x+y | 3 |
| 1 | x−y |
| 7 | 3 |
| 1 | 1 |
Dari kesamaan elemen-elemen yang bersesuaian:
Elemen (1,1): 2x + y = 7 … (1)
Elemen (2,2): x − y = 1 … (2)
Jumlahkan persamaan (1) dan (2):
3x = 8 → x = 8/3 (tidak bulat, coba cara lain)
Dari (2): y = x − 1. Substitusi ke (1): 2x + (x−1) = 7 → 3x = 8 → x = 8/3, y = 8/3 − 1 = 5/3.
x = 8/3, y = 5/3.
| a+b | c |
| d | a−b |
| 5 | 3 |
| −2 | 1 |
Dari elemen-elemen bersesuaian:
c = 3
d = −2
a + b = 5 … (1)
a − b = 1 … (2)
Dari (1) + (2): 2a = 6 → a = 3
Substitusi ke (1): 3 + b = 5 → b = 2
Jadi a = 3, b = 2, c = 3, d = −2.
| x² | 4 |
| 9 | y² |
| 25 | 4 |
| 9 | 16 |
Dari kesamaan elemen:
x² = 25 → x = 5 atau x = −5
y² = 16 → y = 4 atau y = −4
Jadi x ∈ {−5, 5} dan y ∈ {−4, 4}. Terdapat 4 pasangan solusi: (5,4), (5,−4), (−5,4), (−5,−4).
| p+q | p−q | r |
| 8 | 2 | 10 |
Samakan elemen yang bersesuaian:
Elemen (1,3): r = 10
Elemen (1,1): p + q = 8 … (1)
Elemen (1,2): p − q = 2 … (2)
Dari (1) + (2): 2p = 10 → p = 5
Dari (1): 5 + q = 8 → q = 3
Jadi p = 5, q = 3, r = 10.
| m+2n | 6 |
| 4 | 3m−n |
| 10 | 6 |
| 4 | 5 |
Dari kesamaan elemen:
m + 2n = 10 … (1)
3m − n = 5 … (2)
Dari (2): n = 3m − 5. Substitusi ke (1):
m + 2(3m − 5) = 10 → m + 6m − 10 = 10 → 7m = 20 → m = 20/7
n = 3(20/7) − 5 = 60/7 − 35/7 = n = 25/7
Jadi m = 20/7, n = 25/7.
| x+y | 2x−y |
| 3z+w | z−2w |
| 3 | 6 |
| 7 | −4 |
Sistem persamaan dari kesamaan elemen:
x + y = 3 … (1)
2x − y = 6 … (2)
3z + w = 7 … (3)
z − 2w = −4 … (4)
(1)+(2): 3x = 9 → x = 3, substitusi ke (1): y = 0. y = 0
(4)×3: 3z − 6w = −12 … (5). (3)−(5): 7w = 19 → w = 19/7
Dari (4): z = 2w − 4 = 38/7 − 28/7 = z = 10/7
x = 3, y = 0, z = 10/7, w = 19/7.
| 2 | 1 |
| 3 | k |
| 2 | 1 |
| 3 | 5 |
BT =
[
]
2 3 1 5
A + BT =
[
]
4 4 4 k+5
2B =
[
]
4 2 6 10
Cek elemen (1,2): 4 ≠ 2. Berarti tidak ada solusi k yang membuat persamaan ini terpenuhi untuk semua elemen. Namun jika hanya memperhatikan elemen (2,2):
k + 5 = 10 → k = 5. (Namun persamaan tidak konsisten untuk elemen lain, artinya persamaan tidak memiliki solusi yang valid.)
| x+y | xy |
| x²+y² | x−y |
| 5 | 6 |
| 13 | 1 |
Dari kesamaan elemen:
x + y = 5 … (1)
xy = 6 … (2)
x − y = 1 … (3)
Dari (1) + (3): 2x = 6 → x = 3
Dari (1): y = 5 − 3 = y = 2
Verifikasi dengan (2): xy = 3 · 2 = 6 ✓
Verifikasi dengan x²+y² = 9+4 = 13 ✓
Jadi x = 3 dan y = 2.
| 2 | 1 |
| 3 | 2 |
| 1 | 0 |
| 0 | 1 |
Misalkan X =
[
]
a b c d
Perkalian menghasilkan:
2a + c = 1, 2b + d = 0
3a + 2c = 0, 3b + 2d = 1
Dari kolom pertama: 2a+c=1 dan 3a+2c=0. Kalikan persamaan pertama dengan 2: 4a+2c=2. Kurangi: a=2, c=1−4=−3.
Dari kolom kedua: 2b+d=0 dan 3b+2d=1. Kalikan pertama dengan 2: 4b+2d=0. Kurangi: b=−1, d=2.
X =
[
]
(ini adalah invers dari matriks asal)
2 −1 −3 2
| a | b |
| c | d |
| 5 | 4 |
| 4 | 5 |
Karena A = AT, maka b = c, sehingga A =
[
]
a b b d
A² =
[
]
=
[a²+b² ab+bd ab+bd b²+d²
]
5 4 4 5
a² + b² = 5 … (1)
b(a + d) = 4 … (2)
b² + d² = 5 → d² = 5 − b² … (3)
Dari (1) dan (3): a² = d², maka a = d atau a = −d.
Jika a = d: dari (2): 2ab = 4 → ab = 2. Dengan a² + b² = 5 dan ab = 2: (a+b)² = 9 atau (a−b)² = 1. Maka a+b = ±3, a−b = ±1. Solusi: a=2,b=1 atau a=−2,b=−1 atau a=1,b=2 atau a=−1,b=−2.
Dua matriks yang memenuhi: A =
[
]
atau A =
[2 1 1 2
]
(dan variasi dengan a=1,b=2,d=1 juga memenuhi).
−2 −1 −1 −2
Kerjakan secara mandiri, kemudian periksa jawabanmu.
| x−3 | 4 |
| 2 | y+1 |
| 5 | 4 |
| 2 | 8 |
| 1 | 0 |
| 0 | 1 |
| 1 | 0 |
| 0 | 1 |
| 3k−1 |
| 2 |
| 8 |
| 2 |
| a | b |
| c | d |
| −1 | 6 |
| 0 | 3 |
| 3p+q | 1 |
| 4 | 2p−q |
| 11 | 1 |
| 4 | 3 |
| x² | y |
| 1 | 3 |
| 9 | −2 |
| 1 | 3 |
| a+b | b+c | a+c |
| 7 | 9 | 6 |
| m | 2 |
| 3 | n |
| 4 | 2 |
| 3 | −1 |
| 4 | 3 |
| 2 | −1 |
| log x | 3 |
| 2 | y |
| 2 | 3 |
| 2 | 16 |
| x+2y | 3x−y |
| 2z+w | z−3w |
| 8 | 7 |
| 5 | −7 |
| 1 | k |
| 0 | 1 |
| 1 | 2k |
| 0 | 1 |
| 2 | k |
| 0 | 2 |
| sin x | cos y |
| tan z | 1 |
| 1/2 | 1 |
| 1 | 1 |
| a+b+c | ab |
| bc | a+c |
| 9 | 8 |
| 6 | 7 |
| 5 | 3 |
| 7 | 1 |
| 1 | −1 |
| 3 | 5 |
| 3 | 1 |
| 5 | 3 |
| 2 | 2 |
| 2 | −2 |
| 5 | 7 |
| 3 | 1 |