Matematika SMA/MA/SMK/MAK
Matriks Diagonal
Materi Lengkap, Contoh Soal & Latihan
📘 Materi: Matriks Diagonal
Perhatikan matriks-matriks berikut ini:
A =
B =
C =
Amati bahwa elemen-elemen yang tidak terletak pada diagonal utama (elemen kuning) semuanya bernilai nol.
- 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?
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:
- Harus matriks persegi — ukurannya n × n (jumlah baris = jumlah kolom).
- Elemen di luar diagonal utama = 0 — artinya aij = 0 jika i ≠ j.
- Elemen diagonal utama boleh nol — tidak harus semuanya ≠ 0.
- Diagonal utama adalah elemen a11, a22, a33, …, ann.
- Notasi singkat: diag(d₁, d₂, …, dn) menyatakan matriks diagonal dengan elemen diagonal d₁, d₂, …, dn.
Bentuk Umum Matriks Diagonal ordo 3×3:
Operasi pada Matriks Diagonal:
- Penjumlahan: diag(a₁, a₂, …) + diag(b₁, b₂, …) = diag(a₁+b₁, a₂+b₂, …)
- Perkalian skalar: k · diag(d₁, d₂, …) = diag(k·d₁, k·d₂, …)
- Perkalian matriks: diag(a₁, a₂, …) × diag(b₁, b₂, …) = diag(a₁·b₁, a₂·b₂, …)
- Determinan: det(D) = d₁ · d₂ · … · dn
- Invers (jika semua di ≠ 0): D⁻¹ = diag(1/d₁, 1/d₂, …, 1/dn)
- Pangkat: Dk = diag(d₁k, d₂k, …, dnk)
Contoh Bukan Matriks Diagonal:
❌ a₁₂ = 2 ≠ 0
❌ Bukan persegi (2×3)
Tentukan mana yang merupakan matriks diagonal dari matriks-matriks berikut:
P =
✅ Diagonal
Q =
✅ Diagonal (nol semua boleh)
R =
❌ a₂₁ = 1 ≠ 0
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!
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:
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)
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)
🟡 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)
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)
Contoh 8:
Hitunglah D² jika D = diag(3, −2, 1).
Pembahasan:
D² = D × D = diag(3², (−2)², 1²) = diag(9, 4, 1)
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:
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)
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:
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:
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.
Matematika SMA/MA/SMK/MAK
Matriks Diagonal
Materi Lengkap, Contoh Soal & Latihan
📘 Materi: Matriks Diagonal
Perhatikan matriks-matriks berikut ini:
A =
50003000−2B =
7004C =
100000009Amati bahwa elemen-elemen yang tidak terletak pada diagonal utama (elemen kuning) semuanya bernilai nol.
- 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?
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:
- Harus matriks persegi — ukurannya n × n (jumlah baris = jumlah kolom).
- Elemen di luar diagonal utama = 0 — artinya aij = 0 jika i ≠ j.
- Elemen diagonal utama boleh nol — tidak harus semuanya ≠ 0.
- Diagonal utama adalah elemen a11, a22, a33, …, ann.
- Notasi singkat: diag(d₁, d₂, …, dn) menyatakan matriks diagonal dengan elemen diagonal d₁, d₂, …, dn.
Bentuk Umum Matriks Diagonal ordo 3×3:
Operasi pada Matriks Diagonal:
- Penjumlahan: diag(a₁, a₂, …) + diag(b₁, b₂, …) = diag(a₁+b₁, a₂+b₂, …)
- Perkalian skalar: k · diag(d₁, d₂, …) = diag(k·d₁, k·d₂, …)
- Perkalian matriks: diag(a₁, a₂, …) × diag(b₁, b₂, …) = diag(a₁·b₁, a₂·b₂, …)
- Determinan: det(D) = d₁ · d₂ · … · dn
- Invers (jika semua di ≠ 0): D⁻¹ = diag(1/d₁, 1/d₂, …, 1/dn)
- Pangkat: Dk = diag(d₁k, d₂k, …, dnk)
Contoh Bukan Matriks Diagonal:
❌ a₁₂ = 2 ≠ 0
❌ Bukan persegi (2×3)
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
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!
600−3Pembahasan:
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:
20005000−1Contoh 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)
3000−600012Contoh 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)
8000−5000−6Contoh 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)
1/2000−1/40001Contoh 8:
Hitunglah D² jika D = diag(3, −2, 1).
Pembahasan:
D² = D × D = diag(3², (−2)², 1²) = diag(9, 4, 1)
900040001Contoh 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−3002x²−4007Pembahasan:
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)
1000−100032Contoh 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:
00007000−5Latihan 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−6y²−9−1Latihan 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.