Matriks Diagonal

Matematika SMA/MA/SMK/MAK

Matriks Diagonal

Materi Lengkap, Contoh Soal & Latihan

📘 Materi: Matriks Diagonal

🔍 Mengamati

Perhatikan matriks-matriks berikut ini:

A =

[ 50003000−2 ]

B =

[ 7004 ]

C =

[ 100000009 ]

Amati bahwa elemen-elemen yang tidak terletak pada diagonal utama (elemen kuning) semuanya bernilai nol.

❓ Menanya
  • Apa syarat suatu matriks disebut matriks diagonal?
  • Apakah matriks diagonal harus berukuran persegi (n × n)?
  • Bolehkah elemen diagonal utama bernilai nol?
  • Bagaimana notasi umum matriks diagonal?
💡 Menalar

Definisi Matriks Diagonal

Matriks diagonal adalah matriks persegi (berukuran n × n) yang semua elemen di luar diagonal utamanya bernilai nol.

Secara matematis: aij = 0 untuk setiap i ≠ j

Sifat-sifat Matriks Diagonal:

  1. Harus matriks persegi — ukurannya n × n (jumlah baris = jumlah kolom).
  2. Elemen di luar diagonal utama = 0 — artinya aij = 0 jika i ≠ j.
  3. Elemen diagonal utama boleh nol — tidak harus semuanya ≠ 0.
  4. Diagonal utama adalah elemen a11, a22, a33, …, ann.
  5. Notasi singkat: diag(d₁, d₂, …, dn) menyatakan matriks diagonal dengan elemen diagonal d₁, d₂, …, dn.

Bentuk Umum Matriks Diagonal ordo 3×3:

D =
[ d₁000d₂000d₃ ]
= diag(d₁, d₂, d₃)

Operasi pada Matriks Diagonal:

  1. Penjumlahan: diag(a₁, a₂, …) + diag(b₁, b₂, …) = diag(a₁+b₁, a₂+b₂, …)
  2. Perkalian skalar: k · diag(d₁, d₂, …) = diag(k·d₁, k·d₂, …)
  3. Perkalian matriks: diag(a₁, a₂, …) × diag(b₁, b₂, …) = diag(a₁·b₁, a₂·b₂, …)
  4. Determinan: det(D) = d₁ · d₂ · … · dn
  5. Invers (jika semua di ≠ 0): D⁻¹ = diag(1/d₁, 1/d₂, …, 1/dn)
  6. Pangkat: Dk = diag(d₁k, d₂k, …, dnk)

Contoh Bukan Matriks Diagonal:

[ 1203 ]

❌ a₁₂ = 2 ≠ 0

[ 100020 ]

❌ Bukan persegi (2×3)

✏️ Mencoba

Tentukan mana yang merupakan matriks diagonal dari matriks-matriks berikut:

P =

[ 40000000−1 ]

✅ Diagonal

Q =

[ 0000 ]

✅ Diagonal (nol semua boleh)

R =

[ 3015 ]

❌ a₂₁ = 1 ≠ 0

📢 Mengkomunikasikan

Kesimpulan:

  • Matriks diagonal adalah matriks persegi dengan semua elemen di luar diagonal utama bernilai nol.
  • Elemen diagonal utama boleh bernilai nol maupun tidak nol.
  • Operasi pada matriks diagonal cukup dilakukan pada elemen diagonal utamanya saja.
  • Determinan matriks diagonal = hasil kali semua elemen diagonal utama.
  • Matriks diagonal sangat memudahkan perhitungan karena sifatnya yang sederhana.

📝 Contoh Soal & Pembahasan

🟢 Tingkat Mudah

Contoh 1:

Tentukan apakah matriks berikut merupakan matriks diagonal!

[ 600−3 ]

Pembahasan:

Matriks berukuran 2×2 (persegi). Elemen di luar diagonal utama: a₁₂ = 0 dan a₂₁ = 0. Semua elemen di luar diagonal utama bernilai nol. Ya, ini matriks diagonal = diag(6, −3).

Contoh 2:

Tuliskan matriks diagonal D = diag(2, 5, −1) dalam bentuk matriks penuh.

Pembahasan:

diag(2, 5, −1) artinya matriks 3×3 dengan elemen diagonal 2, 5, −1 dan sisanya nol:

[ 20005000−1 ]

Contoh 3:

Hitunglah determinan matriks D = diag(3, 4, 2).

Pembahasan:

Determinan matriks diagonal = hasil kali elemen diagonal utama.

det(D) = 3 × 4 × 2 = 24

Contoh 4:

Hitunglah 3 × diag(1, −2, 4).

Pembahasan:

Perkalian skalar pada matriks diagonal: kalikan skalar dengan setiap elemen diagonal.

3 × diag(1, −2, 4) = diag(3×1, 3×(−2), 3×4) = diag(3, −6, 12)

[ 3000−600012 ]

Contoh 5:

Jumlahkan A = diag(1, 3) dan B = diag(4, −2).

Pembahasan:

Penjumlahan matriks diagonal: jumlahkan elemen diagonal yang bersesuaian.

A + B = diag(1+4, 3+(−2)) = diag(5, 1)

[ 5001 ]

🟡 Tingkat Sedang

Contoh 6:

Hitunglah hasil kali A × B jika A = diag(2, −1, 3) dan B = diag(4, 5, −2).

Pembahasan:

Perkalian dua matriks diagonal: kalikan elemen diagonal yang bersesuaian.

A × B = diag(2×4, (−1)×5, 3×(−2)) = diag(8, −5, −6)

[ 8000−5000−6 ]

Contoh 7:

Tentukan invers dari D = diag(2, −4, 1).

Pembahasan:

Syarat: semua elemen diagonal ≠ 0. Cek: 2 ≠ 0, −4 ≠ 0, 1 ≠ 0 ✓

D⁻¹ = diag(1/2, 1/(−4), 1/1) = diag(1/2, −1/4, 1)

[ 1/2000−1/40001 ]

Contoh 8:

Hitunglah D² jika D = diag(3, −2, 1).

Pembahasan:

D² = D × D = diag(3², (−2)², 1²) = diag(9, 4, 1)

[ 900040001 ]

Contoh 9:

Jika D = diag(a, b) dan D² = diag(9, 16), tentukan nilai a dan b yang mungkin.

Pembahasan:

D² = diag(a², b²) = diag(9, 16)

a² = 9 → a = 3 atau a = −3

b² = 16 → b = 4 atau b = −4

Nilai yang mungkin: a = ±3 dan b = ±4

Contoh 10:

Tentukan nilai x agar matriks berikut merupakan matriks diagonal:

[ 5x−3002x²−4007 ]

Pembahasan:

Syarat matriks diagonal: semua elemen di luar diagonal utama = 0.

a₁₂ = x − 3 = 0 → x = 3

a₂₃ = x² − 4 = 0 → x² = 4 → x = 2 atau x = −2

Kedua syarat harus terpenuhi sekaligus. x = 3 tidak memenuhi x² − 4 = 0 (3² − 4 = 5 ≠ 0).

Tidak ada nilai x yang memenuhi kedua syarat secara bersamaan.

🔴 Tingkat Sulit

Contoh 11:

Hitunglah D⁵ jika D = diag(1, −1, 2).

Pembahasan:

Dk = diag(d₁k, d₂k, d₃k)

D⁵ = diag(1⁵, (−1)⁵, 2⁵) = diag(1, −1, 32)

[ 1000−100032 ]

Contoh 12:

Jika A = diag(2, 3, −1), hitunglah A³ − 2A² + A.

Pembahasan:

A² = diag(4, 9, 1), A³ = diag(8, 27, −1)

A³ − 2A² + A = diag(8−2(4)+2, 27−2(9)+3, −1−2(1)+(−1))

= diag(8−8+2, 27−18+3, −1−2−1)

= diag(2, 12, −4)

Contoh 13:

Tentukan matriks diagonal D ordo 3×3 yang memenuhi D² − 5D + 6I = O (matriks nol), dengan I matriks identitas.

Pembahasan:

Misalkan D = diag(d₁, d₂, d₃). Maka:

D² − 5D + 6I = diag(d₁²−5d₁+6, d₂²−5d₂+6, d₃²−5d₃+6) = O

Setiap elemen diagonal memenuhi: d² − 5d + 6 = 0 → (d−2)(d−3) = 0 → d = 2 atau d = 3

Solusi: Setiap di ∈ {2, 3}. Jadi ada 2³ = 8 matriks diagonal yang memenuhi:

diag(2,2,2), diag(2,2,3), diag(2,3,2), diag(2,3,3), diag(3,2,2), diag(3,2,3), diag(3,3,2), diag(3,3,3)

Contoh 14:

Jika D = diag(2, 3) dan A = D + D⁻¹, hitunglah det(A).

Pembahasan:

D⁻¹ = diag(1/2, 1/3)

A = D + D⁻¹ = diag(2 + 1/2, 3 + 1/3) = diag(5/2, 10/3)

det(A) = (5/2) × (10/3) = 50/6 = 25/3

Contoh 15:

Diketahui D = diag(a, b, c) dengan det(D) = 12, det(D²) = 144, dan a + b + c = 7, a > b > c > 0. Tentukan D.

Pembahasan:

det(D) = abc = 12

det(D²) = (abc)² = 144 → abc = ±12 (konsisten dengan det(D) = 12)

a + b + c = 7, abc = 12, a > b > c > 0

Cari bilangan positif: coba a=4, b=2, c=1 → 4+2+1=7 ✗ (hasil 7 tapi abc=8≠12)

Coba a=6, b=… → tidak cocok. Coba a=3, b=2, c=2 → sum=7✓, abc=12✓ tapi b=c (tidak memenuhi b>c)

Ternyata tidak ada solusi dengan syarat a>b>c ketat. Jika syarat dilonggarkan: D = diag(3, 2, 2)

🏋️ Latihan Soal

Kerjakan soal-soal berikut tanpa melihat pembahasan!

🟢 Tingkat Mudah

Latihan 1:

Tentukan apakah matriks berikut merupakan matriks diagonal:

[ 00007000−5 ]

Latihan 2:

Tuliskan matriks diagonal diag(−3, 8, 0) dalam bentuk matriks penuh.

Latihan 3:

Hitunglah determinan dari D = diag(5, −2, 3).

Latihan 4:

Hitunglah 4 × diag(2, −1, 3).

Latihan 5:

Jumlahkan diag(3, −5, 2) dan diag(−1, 4, 6).

🟡 Tingkat Sedang

Latihan 6:

Hitunglah A × B jika A = diag(−3, 2, 5) dan B = diag(4, −1, 2).

Latihan 7:

Tentukan invers dari D = diag(5, −2, 1/3).

Latihan 8:

Hitunglah D³ jika D = diag(−1, 2, −3).

Latihan 9:

Tentukan nilai x dan y agar matriks berikut merupakan matriks diagonal:

[ 32x−6y²−9−1 ]

Latihan 10:

Jika D = diag(a, b) dan D² − D = diag(6, 2), tentukan nilai a dan b.

🔴 Tingkat Sulit

Latihan 11:

Hitunglah D¹⁰ jika D = diag(1, −1, 2, −2).

Latihan 12:

Jika A = diag(3, −2, 1), hitunglah 2A³ − A² + 3I.

Latihan 13:

Tentukan semua matriks diagonal D ordo 2×2 yang memenuhi D² − 4D + 3I = O.

Latihan 14:

Jika D = diag(2, 3, −1), hitunglah det(D³ − D⁻¹).

Latihan 15:

Diketahui D = diag(a, b, c) memenuhi D² = 4I dan det(D) = −8. Tentukan semua kemungkinan matriks D.

Materi Matematika – Epres.web.id & Ngelumath.com

.section-card { background: #fff; border: 1px solid #e8e0d4; border-radius: 12px; padding: 24px; margin-bottom: 24px; box-shadow: 0 2px 8px rgba(0,0,0,0.04); } .activity-badge { display: inline-block; background: #fef3c7; color: #92400e; font-size: 0.75rem; font-weight: 700; padding: 2px 10px; border-radius: 9999px; margin-bottom: 8px; text-transform: uppercase; letter-spacing: 0.5px; } .difficulty-easy { border-left: 4px solid #22c55e; } .difficulty-medium { border-left: 4px solid #f59e0b; } .difficulty-hard { border-left: 4px solid #ef4444; } .highlight-diagonal { background: #fef9c3; font-weight: 700; } @media (max-width: 640px) { .matrix-bracket .matrix-content { font-size: 0.85rem; gap: 2px 8px; padding: 4px 6px; } .section-card { padding: 16px; } }

Matematika SMA/MA/SMK/MAK

Matriks Diagonal

Materi Lengkap, Contoh Soal & Latihan

📘 Materi: Matriks Diagonal

🔍 Mengamati

Perhatikan matriks-matriks berikut ini:

A =

50003000−2

B =

7004

C =

100000009

Amati bahwa elemen-elemen yang tidak terletak pada diagonal utama (elemen kuning) semuanya bernilai nol.

❓ Menanya
  • Apa syarat suatu matriks disebut matriks diagonal?
  • Apakah matriks diagonal harus berukuran persegi (n × n)?
  • Bolehkah elemen diagonal utama bernilai nol?
  • Bagaimana notasi umum matriks diagonal?
💡 Menalar

Definisi Matriks Diagonal

Matriks diagonal adalah matriks persegi (berukuran n × n) yang semua elemen di luar diagonal utamanya bernilai nol.

Secara matematis: aij = 0 untuk setiap i ≠ j

Sifat-sifat Matriks Diagonal:

  1. Harus matriks persegi — ukurannya n × n (jumlah baris = jumlah kolom).
  2. Elemen di luar diagonal utama = 0 — artinya aij = 0 jika i ≠ j.
  3. Elemen diagonal utama boleh nol — tidak harus semuanya ≠ 0.
  4. Diagonal utama adalah elemen a11, a22, a33, …, ann.
  5. Notasi singkat: diag(d₁, d₂, …, dn) menyatakan matriks diagonal dengan elemen diagonal d₁, d₂, …, dn.

Bentuk Umum Matriks Diagonal ordo 3×3:

D = d₁000d₂000d₃ = diag(d₁, d₂, d₃)

Operasi pada Matriks Diagonal:

  1. Penjumlahan: diag(a₁, a₂, …) + diag(b₁, b₂, …) = diag(a₁+b₁, a₂+b₂, …)
  2. Perkalian skalar: k · diag(d₁, d₂, …) = diag(k·d₁, k·d₂, …)
  3. Perkalian matriks: diag(a₁, a₂, …) × diag(b₁, b₂, …) = diag(a₁·b₁, a₂·b₂, …)
  4. Determinan: det(D) = d₁ · d₂ · … · dn
  5. Invers (jika semua di ≠ 0): D⁻¹ = diag(1/d₁, 1/d₂, …, 1/dn)
  6. Pangkat: Dk = diag(d₁k, d₂k, …, dnk)

Contoh Bukan Matriks Diagonal:

1203

❌ a₁₂ = 2 ≠ 0

100020

❌ Bukan persegi (2×3)

✏️ Mencoba

Tentukan mana yang merupakan matriks diagonal dari matriks-matriks berikut:

P =

40000000−1

✅ Diagonal

Q =

0000

✅ Diagonal (nol semua boleh)

R =

3015

❌ a₂₁ = 1 ≠ 0

📢 Mengkomunikasikan

Kesimpulan:

  • Matriks diagonal adalah matriks persegi dengan semua elemen di luar diagonal utama bernilai nol.
  • Elemen diagonal utama boleh bernilai nol maupun tidak nol.
  • Operasi pada matriks diagonal cukup dilakukan pada elemen diagonal utamanya saja.
  • Determinan matriks diagonal = hasil kali semua elemen diagonal utama.
  • Matriks diagonal sangat memudahkan perhitungan karena sifatnya yang sederhana.

📝 Contoh Soal & Pembahasan

🟢 Tingkat Mudah

Contoh 1:

Tentukan apakah matriks berikut merupakan matriks diagonal!

600−3

Pembahasan:

Matriks berukuran 2×2 (persegi). Elemen di luar diagonal utama: a₁₂ = 0 dan a₂₁ = 0. Semua elemen di luar diagonal utama bernilai nol. Ya, ini matriks diagonal = diag(6, −3).

Contoh 2:

Tuliskan matriks diagonal D = diag(2, 5, −1) dalam bentuk matriks penuh.

Pembahasan:

diag(2, 5, −1) artinya matriks 3×3 dengan elemen diagonal 2, 5, −1 dan sisanya nol:

20005000−1

Contoh 3:

Hitunglah determinan matriks D = diag(3, 4, 2).

Pembahasan:

Determinan matriks diagonal = hasil kali elemen diagonal utama.

det(D) = 3 × 4 × 2 = 24

Contoh 4:

Hitunglah 3 × diag(1, −2, 4).

Pembahasan:

Perkalian skalar pada matriks diagonal: kalikan skalar dengan setiap elemen diagonal.

3 × diag(1, −2, 4) = diag(3×1, 3×(−2), 3×4) = diag(3, −6, 12)

3000−600012

Contoh 5:

Jumlahkan A = diag(1, 3) dan B = diag(4, −2).

Pembahasan:

Penjumlahan matriks diagonal: jumlahkan elemen diagonal yang bersesuaian.

A + B = diag(1+4, 3+(−2)) = diag(5, 1)

5001

🟡 Tingkat Sedang

Contoh 6:

Hitunglah hasil kali A × B jika A = diag(2, −1, 3) dan B = diag(4, 5, −2).

Pembahasan:

Perkalian dua matriks diagonal: kalikan elemen diagonal yang bersesuaian.

A × B = diag(2×4, (−1)×5, 3×(−2)) = diag(8, −5, −6)

8000−5000−6

Contoh 7:

Tentukan invers dari D = diag(2, −4, 1).

Pembahasan:

Syarat: semua elemen diagonal ≠ 0. Cek: 2 ≠ 0, −4 ≠ 0, 1 ≠ 0 ✓

D⁻¹ = diag(1/2, 1/(−4), 1/1) = diag(1/2, −1/4, 1)

1/2000−1/40001

Contoh 8:

Hitunglah D² jika D = diag(3, −2, 1).

Pembahasan:

D² = D × D = diag(3², (−2)², 1²) = diag(9, 4, 1)

900040001

Contoh 9:

Jika D = diag(a, b) dan D² = diag(9, 16), tentukan nilai a dan b yang mungkin.

Pembahasan:

D² = diag(a², b²) = diag(9, 16)

a² = 9 → a = 3 atau a = −3

b² = 16 → b = 4 atau b = −4

Nilai yang mungkin: a = ±3 dan b = ±4

Contoh 10:

Tentukan nilai x agar matriks berikut merupakan matriks diagonal:

5x−3002x²−4007

Pembahasan:

Syarat matriks diagonal: semua elemen di luar diagonal utama = 0.

a₁₂ = x − 3 = 0 → x = 3

a₂₃ = x² − 4 = 0 → x² = 4 → x = 2 atau x = −2

Kedua syarat harus terpenuhi sekaligus. x = 3 tidak memenuhi x² − 4 = 0 (3² − 4 = 5 ≠ 0).

Tidak ada nilai x yang memenuhi kedua syarat secara bersamaan.

🔴 Tingkat Sulit

Contoh 11:

Hitunglah D⁵ jika D = diag(1, −1, 2).

Pembahasan:

Dk = diag(d₁k, d₂k, d₃k)

D⁵ = diag(1⁵, (−1)⁵, 2⁵) = diag(1, −1, 32)

1000−100032

Contoh 12:

Jika A = diag(2, 3, −1), hitunglah A³ − 2A² + A.

Pembahasan:

A² = diag(4, 9, 1), A³ = diag(8, 27, −1)

A³ − 2A² + A = diag(8−2(4)+2, 27−2(9)+3, −1−2(1)+(−1))

= diag(8−8+2, 27−18+3, −1−2−1)

= diag(2, 12, −4)

Contoh 13:

Tentukan matriks diagonal D ordo 3×3 yang memenuhi D² − 5D + 6I = O (matriks nol), dengan I matriks identitas.

Pembahasan:

Misalkan D = diag(d₁, d₂, d₃). Maka:

D² − 5D + 6I = diag(d₁²−5d₁+6, d₂²−5d₂+6, d₃²−5d₃+6) = O

Setiap elemen diagonal memenuhi: d² − 5d + 6 = 0 → (d−2)(d−3) = 0 → d = 2 atau d = 3

Solusi: Setiap di ∈ {2, 3}. Jadi ada 2³ = 8 matriks diagonal yang memenuhi:

diag(2,2,2), diag(2,2,3), diag(2,3,2), diag(2,3,3), diag(3,2,2), diag(3,2,3), diag(3,3,2), diag(3,3,3)

Contoh 14:

Jika D = diag(2, 3) dan A = D + D⁻¹, hitunglah det(A).

Pembahasan:

D⁻¹ = diag(1/2, 1/3)

A = D + D⁻¹ = diag(2 + 1/2, 3 + 1/3) = diag(5/2, 10/3)

det(A) = (5/2) × (10/3) = 50/6 = 25/3

Contoh 15:

Diketahui D = diag(a, b, c) dengan det(D) = 12, det(D²) = 144, dan a + b + c = 7, a > b > c > 0. Tentukan D.

Pembahasan:

det(D) = abc = 12

det(D²) = (abc)² = 144 → abc = ±12 (konsisten dengan det(D) = 12)

a + b + c = 7, abc = 12, a > b > c > 0

Cari bilangan positif: coba a=4, b=2, c=1 → 4+2+1=7 ✓, 4×2×1=8 ✗

Coba a=4, b=2, c=1… tidak cocok. Coba pecahan? Atau a=6, b=…

Faktor 12: coba a=4, b=2, c=3/2… 4+2+3/2 = 15/2 ≠ 7

Coba a=4, b=2, c=1 → abc=8≠12. Coba a=6, b=… 6bc=12→bc=2, b+c=1… b(1-b)=2 → diskriminan negatif.

Coba a=4, b=3, c=1 → sum=8≠7. a=3, b=2, c=2→sum=7, abc=12✓ tapi b=c (tidak memenuhi b>c)

Ternyata tidak ada solusi bilangan bulat. Dengan a=3, b=2, c=2: sum=7✓, abc=12✓. Karena syarat a>b>c ketat tidak terpenuhi, maka D = diag(3, 2, 2) jika syarat dilonggarkan menjadi a ≥ b ≥ c.

🏋️ Latihan Soal

Kerjakan soal-soal berikut tanpa melihat pembahasan!

🟢 Tingkat Mudah

Latihan 1:

Tentukan apakah matriks berikut merupakan matriks diagonal:

00007000−5

Latihan 2:

Tuliskan matriks diagonal diag(−3, 8, 0) dalam bentuk matriks penuh.

Latihan 3:

Hitunglah determinan dari D = diag(5, −2, 3).

Latihan 4:

Hitunglah 4 × diag(2, −1, 3).

Latihan 5:

Jumlahkan diag(3, −5, 2) dan diag(−1, 4, 6).

🟡 Tingkat Sedang

Latihan 6:

Hitunglah A × B jika A = diag(−3, 2, 5) dan B = diag(4, −1, 2).

Latihan 7:

Tentukan invers dari D = diag(5, −2, 1/3).

Latihan 8:

Hitunglah D³ jika D = diag(−1, 2, −3).

Latihan 9:

Tentukan nilai x dan y agar matriks berikut merupakan matriks diagonal:

32x−6y²−9−1

Latihan 10:

Jika D = diag(a, b) dan D² − D = diag(6, 2), tentukan nilai a dan b.

🔴 Tingkat Sulit

Latihan 11:

Hitunglah D¹⁰ jika D = diag(1, −1, 2, −2).

Latihan 12:

Jika A = diag(3, −2, 1), hitunglah 2A³ − A² + 3I.

Latihan 13:

Tentukan semua matriks diagonal D ordo 2×2 yang memenuhi D² − 4D + 3I = O.

Latihan 14:

Jika D = diag(2, 3, −1), hitunglah det(D³ − D⁻¹).

Latihan 15:

Diketahui D = diag(a, b, c) memenuhi D² = 4I dan det(D) = −8. Tentukan semua kemungkinan matriks D.

Materi Matematika – Epres.web.id & Ngelumath.com

By admin

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *

You cannot copy content of this page