Matematika Ekonomi 1 MATERI MATRIKULISI PROGRAM PASCA SARJANA PROGRAM STUDI AGRIBISNIS FAKULTAS PERTANIAN UNJA Oleh R. SIHOTANG Ruang Lingkup: Himpunan, Hubungan, Fungsi, Kalkulus, dan Matriks. Sasaran: Mahasiswa Program Studi Agribisnis yang diterima pada Program Pascasarjana Fakultas pertanian Univ. Jambi •Tujuan : Mahasiswa diharapkan mampu memahami konsep-kosep Matematika dalam penerapannya pada persoalan ekonomi. Matematika Ekonomi 3 • Kompetensi: • Mampu menyelesaikan persoalan Ekonomi dan Bisnis dengan alat analisis Matematika. • Literatur • Chiang A.C, 1984. Fundamental Methods of Mathematical Economics. Third Edition, Mc Graw-Hill Book Inc. New York • Johannes, H dan Handoko, BS. 1994. Pengantar Matematika untuk Ekonomi. Edisi ke empat belas. LP3ES. Jakarta Matematika Ekonomi 4 • Materi: • • • • • • • • • Pegertian Matematika Himpunan Sistem Bilangan Fungsi Fungsi Linear Fungsi non Linear Diferensial Fungsi Sederhana Diferensial Fungsi Majemuk Aljabar Matriks Matematika Ekonomi 5 MATEMATIKA ASAL KATA Asal kata : MATHEIN artinya mempelajari atau belajar. Dengan mempelajari matematika, seseorang akan terbiasa mengatur jalan pemikirannya dgn sistematis. Berpikir matematis: Seseorang yg hendak menem-puh jarak 2 mil akan MEMILIH naik mobil dari pada jalan kaki, kecuali jika waktunya banyak terluang atau sedang berolah raga. Berpikir matematis: Untuk dapat mengenderai mobil, harus belajar menyupir. Untuk dapat supir mobil yang baik, dia perlu pengetahuan matematika. Matematika, merupakan sarana = pendekatan untuk suatu analisa. Dengan mempelajari matematika, membawa sese-orang kepada kesimpulan dalam waktu yang singkat. Matematika Ekonomi 7 Ekonomi dan Matematika Ekonomi Analisis ekonomi tidak berbeda jika menggunakan pendekatan matematis dibanding dengan tanpa pendekatan matematis. Bedanya/keuntungannya: a. Dengan pendekatan matematis, persoalan atau pokok bahasan menjadi sederhana. b. Dengan pendekatan matematis, berarti mengaktifkan logika dengan asumsi-asumsinya. c. Dapat memakai sebanyak n variabel dalam menggambarkan sesuatu (hubungan antar variabel) Mis Qd = f(Pr, Inc, Pi, … ), Pr = harga komoditi ybs Inc = pendapatan, Pi = harga kom. substitusi Matematika Ekonomi 8 Kelemahannya pendekatan matematis: a. Bahasa matematis tidak selalu mudah dimengerti oleh ahli ekonomi sehingga sering menimbulkan kesukaran. Contoh Y = f(X), dalam ilmu ekonomi bagaimana mengartikan persamaan matematis tersebut, mis dalam: permintaan, produksi, pendapatan nas, dll. sehingga ahli ekonomi sulit memetik keuntungan dari matematika. b. Seorang ahli ekonomi yang memiliki pengetahuan dasar matematika, ada kecenderungan: (1) membatasi diri dengan hanya memecahkan persoalan secara matematis Matematika Ekonomi 9 (2) membuat beberapa asumsi yang kurang tepat demi memudahkan pendekatan matematis atau statistis. Artinya, lebih banyak berbicara matematika dan statistika dari pada prinsip/ teori ekonomi. Kesimpulan dari bahasa adalah: 1. Matematika merupakan pendekatan bagi ilmu ekonomi. 2. Pendekatan matematis merupakan “ mode of transportation” yaitu membawa pemikiran kepada kesimpulan dengan singkat (model) Matematika Ekonomi 10 Matematika Ekonomi dan Ekonometrika Ekonometrika adalah pengetahuan yang berkaitan dengan penerapan statistika untuk menganalisa data ekonomi. Matematika Data Ekonomi Ekonometrika - Deduksi - Induksi - Model - Mengolah data - Mengambil kesimpulan Matematika Ekonomi 11 Teori Ekonomi Fakta deduktif Model atau Hipotesis Data Ekonomi Satu Persamaan Teori Statistika Metode Ekonometrika Simultan induktif Teori Diterima Teori Ditolak Matematika Ekonomi Teori Disempurnakan 12 Bidang Matematika Ekonomi yang dibahas: Menurut “Social Science Research Council, seorang ahli ekonomi harus mengerti matematika : Himpunan (gugus), hubungan dan fungsi, teori matriks, kalkulus (limit fungsi, diferensial, persamaan diferensi, partial differentiation, integrasi multipel). Matematika Ekonomi 13 HIMPUNAN = GUGUS Silabus: • Definisi, pencatatan dan himpunan khas • Himpunan Bagian • Pengolahan (operasi) himpunan • Hubungan Matematika Ekonomi 14 1. Definisi, pencatatan dan himpunan khas Himpunan adalah kumpulan dari obyekobyek yg memiliki sifat tertentu. Sifat ini menjadi penciri yg membuat obyek/unsur itu termasuk dalam himpunan yang sedang dibicarakan. Himpunan dilambangkan : A, B, X, …, Z (kapital) Obyek atau unsur atau elemen dilambangkan a,b,c, … atau 1, 2, 3, … Perhatikan (… tiga titik) dibaca dan seterusnya. Matematika Ekonomi 15 Dua cara pencatatan suatu himpunan a. Cara pendaftaran: P = { 2, 3, 4 } P = nama himpunan/gugus tanda kurawal buka dan kurawal tutup “ dan “ menyatakan himpunan 2, 3, 4 = obyek/unsur/elemen Artinya, himpunan P beranggotakan bilangan bulat positip: 2, 3, dan 4. b. Pendefinisian sifat: X = { x / x bil. genap} X = nama himpunan x = obyek/unsur/elemen tanda “/” dibaca dengan syarat x bil genap = sifat atau ciri Matematika Ekonomi 16 Cara pendefinisian sifat yang lain: J={x/2 <x<5} x merupakan unsur Sifat: bilangan nyata 2 < x < 5, baca himpunan semua bilangan nyata lebih besar dari 2 dan lebih kecil dari 5 Himpunan khas: a. Himpunan Semesta (S) atau Universum (U) Merupakan himpunan keseluruhan obyek yang sedang dibicarakan S = { x / x bilangan ganjil }, berarti semua bil ganjil b. Himpunan kosong (emty set) E = { } himpunan kosong atau dicatat dengan “ø” Matematika Ekonomi 17 Perhatikan: P = { 2, 3, 4 } Untuk menyetakan keanggotaan dicatat dengan “€” Jadi: 2 € P 3€P 4 € P. Tanda € baca “unsur” atau “elemen” atau “didalam” Sebaliknya, 5, 6 tidak termasuk unsur P dicatat 5€P 6€P Tanda € dibaca “bukan unsur” atau “bukan elemen” atau “diluar”. Matematika Ekonomi 18 2. Himpunan bagian Suatu himpunan A merupakan himpunan bagian dari himpunan B, jika dan hanya jika setiap unsur A juga merupakan unsur himpunan B. A = { 2, 4, 6 }; B = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 } Dicatat : A B, baca A himp. bagian B atau A anak gugus dari B Sebaliknya dicatat: B A, baca B mencakup A Tanda dibaca bukan himpunan bagian dan tanda dibaca tidak/bukan mencakup Perhatikan: himp. bagian terjadi apabila dari suatu himp dibentuk himp lain dengan memilih unsur himp itu sebagai unsurnya. Matematika Ekonomi 19 Contoh: X = { 1, 2, 3, 4 } Himpunan bagiannya: a.Memilih semua unsur: X4 = { 1, 2, 3, 4 } b.Memilih tiga unsur X31 = { 1, 2, 3 } X32 = { 1, 2, 4 } X33 = { 1, 3, 4 } X34 = { 2, 3, 4 } c. Memilih dua unsur X21 = { 1, 2 }; X22 = { 1, 3 } X23 = { 1, 4 }; X24 = { 2, 3 } X25 = { 2, 4 }; X26 = { 3, 4 } Matematika Ekonomi 20 d. Memilih 1 unsur: e. Tanpa memilih X11 = { 1 }; X12 = { 2 } X13 = { 3 }; X14 = { 4 } X0 = { } Jumlah himpunan bagian dari 1 himp. = 2n 1 elemen: 1 2 himp bag 2 elemen: 1 2 1 4 himp bag 3 elemen: 1 3 3 1 8 himp bag 4 elemen: 1 4 6 4 1 16 himp bag 5 elemen: 1 5 10 10 5 1 32 himp bag Disebut segitiga Pascal = bilanga Binom Newton Matematika Ekonomi 21 • Latihan: Matematika Ekonomi 22 3. Pengolahan (operasi) Himpunan Operasi matematis: penjumlahan, penggandaan, pembagian. Operasi himpunan: gabungan (union), potongan (irisan) dan komplemen. Operasi Gabungan ( U ) A U B = { x / x ε A atau x ε B } A U B baca: A union B; A gabung B; A atau B. Jika A = { 3, 5, 7 ); B = { 2, 3, 4, 8 } A U B = { 3, 5, 7, 2, 4, 8 } atau { 2, 3, 4, 5, 7, 8 } Matematika Ekonomi 23 Dalam diagram Venn, A U B adalah daerah diarsir S A B Sifat-sifat gabungan a. A U B = B U A Hukum komutasi b. A (A U B) dan B (A U B) Matematika Ekonomi 24 Operasi potongan (irisan) = ∩ A ∩ B = { x / x ε A dan x ε B } A ∩ B, baca A irisan B; atau A dan B Misal: A = { 0, 5, 10, 15 } dan B = { 1, 5, 8, 15, 17 } A ∩ B = { 5, 15 } Dalam diagram Venn, A ∩ B adalah daerah diarsir: s A B Matematika Ekonomi 25 Sifat : a. A ∩ B = B ∩ A b. (A ∩ B) (hukum komutasi) A dan (A ∩ B) B Operasi selisih Selisih himpunan A dan B, dicatat dengan A – B A – B = { x / x € A, tetapi x € B } Diagram Venn A – B sebagai berikut: S A B Matematika Ekonomi 26 Misal: A = { a, b, c, d }; B = { f, b d, g } A – B = { a, c } serta B – A = { f, g } A – B sering dibaca “A bukan B”. Sifat: a (A – B) A; (B – A) B b (A – B); dan (B – A) adalah saling asing atau terputus Matematika Ekonomi 27 Komplemen A’ = { x / x € S, tetapi x € A } baca “komplemen A” atau “bukan A” A’ Misal: S = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, … } himp.bil bulat positip A = { 1, 3, 5, 7, 9, . . . } bil. bulat positip ganjil A’ = { 2, 4, 6, 8, 10. . . } bil. bulat positip genap Diagram Venn untuk komplemen sbb: (diarsir) S A A A’ Matematika Ekonomi 28 Sifat: a. A U A’ = S b. A ∩ A’ = ø c. (A’)’ = A Latihan 1 Gambarkan sebuah diagram venn untuk menunjukkan himpunan universal S dan himpunanhimpunan bagian A serta B jika: S = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 } A = {2, 3, 5, 7 } B = {1, 3, 4, 7, 8 } Kemudian selesaikan : a). A – B b). B – A d). A U B e) A ∩ B’ g). (A U B)’ h) (A ∩ B)’ c) A ∩ B f) B ∩ A’ Matematika Ekonomi 29 Latihan 2 Isilah cell dibawah ini dengan tanda keanggotaan himpunan: € atau € A B € € € € € € € € A∩B AUB (A∩B)’ (AUB)’ Matematika Ekonomi 30 Hubungan Himpunan Hasil kali Cartesius Apabila ada dua himpunan X dan Y masing-masing x ε X dan y ε Y, maka dari dua himpunan terserbut dapat disusun himpunan yang beranggotakan pasangan urut atau pasangan tersusun (x, y). Contoh sederhana, misalkan nilai ujian mate-matika diberi dari angka 1 hingga 4, sedang-kan pekerjaan rumah diberi angka 1 hingga 3. Jadi : X = {1, 2, 3, 4} sedangkan Y = {1, 2, 3} Himpunan hasil kali Cartesius adalah: X x Y = {(x, y)/ x ε X, y ε Y} Matematika Ekonomi 31 Cara mendapatkan himpunan X x Y tsb: X 1 2 3 4 1 Y 2 3 (1, 1) (2, 1) (3, 1) (4, 1) (1, 2) (2, 2) (3, 2) (4, 2) (1, 3) (2, 3) (3, 3) (4, 3) X x Y = {(1,1), (1,2), (1,3), (2,1), (2,2), (2,3), (3,1), (3,2), (3,3), (4,1), (4,2), (4,3)} Matematika Ekonomi 32 Himpunan hasil kali Cartesius dapat digambarkan dalam sistem koordinat cartesius berikut: Y PR = {1, 2} malas PR = {3, 4} rajin 3 • H1 • • H4 • 2 • • 1 • 0 1 • H2 • • 2 3 U = {1, 2} kurang mengerti U = {3} pintar • H3 Terdapat 4 himp bag • 4 X Gbr: Hubungan nilai ujian dan nilai pekerjaan rumah Matematika Ekonomi H1 = {malas ttp pintar} H2 = {malas dan krg mengerti} H3 = {rajin ttp krg ngerti} H4 = {rajin dan pintar} 33 Daerah dan Wilayah (Range) hubungan • Perhatikan kembali Himpunan hasil kali Cartesius: H = {(1,1), (1,2), (1,3), (2,1), (2,2), (2,3), (3,1), (3,2), (3,3), (4,1), (4,2), (4,3)} Himpunan unsur-unsur pertama pasangan urut, disebut dengan Daerah hubungan • Dh = {1, 2, 3, 4} Himpunan unsur-unsur kedua pasangan urut, disebut dengan Wilayah hubungan: • Wh = {1, 2, 3} Matematika Ekonomi 34 Kesimpulan: • Himpunan hasil kali Cartesius adalah himpunan pasangan urut atau tersusun dari (x, y) dimana setiap unsur x € X dipasangkan dengan setiap unsur y € Y. • X x Y = { (x, y) / x € X, y € Y } • Daerah hubungan Dh = { x / x € X} • Daerah hubungan: Wh = { y / y € Y} Matematika Ekonomi 35 SISTEM BILANGAN 1. Pembagian bilangan Bilangan 2; -2; 1,1; -1,1 Nyata + dan - Khayal Akar negatip Rasional Irrasional Hasil bagi dua bil bulat, pecahan desimal atau desimal berulang 0,1492525 Bulat √(-4) = ± 2 Hasil bagi dua bil bulat, pecahan desimal tak berulang 0,14925253993999… π, ℮ 1; 4; 8; termasuk 0 Pecahan Matematika Ekonomi ½; 2/7 dsb 36 2. Tanda pertidaksamaan • Tanda < melambangkan “lebih kecil dari” • Tanda > melambangkan “lebih besar dari” • Tanda ≤ “lebih kecil dari atau sama dengan” • Tanda ≥ “lebih besar dari atau sama dengan” 3. Sifat • Jika a ≤ b, maka –a ≥ -b • Jika a ≤ b dan x ≥ 0, maka x.a ≤ x.b • Jika a ≤ b dan x ≤ 0, maka x.a ≥ x.b • Jika a ≤ b dan c ≤ d, maka a + c ≤ b+ d Matematika Ekonomi 37 Fungsi Silabus: a. Pengertian b. Macam-macam fungsi c. Fungsi Linear d. Fungsi non Linear Matematika Ekonomi 38 Pengertian Himpunan hasil kali Cartesius ini dikenal dgn hubungan. Tetapi ada hubungan dimana satu unsur X dihubungkan dengan satu unsur Y. (tidak setiap unsur X dihubungkan dengan setiap unsut Y) Dengan denah Venn sbb: X Y ◦ • ◦ • ◦ • Hubungan 1 - 1 Hubungan dengan kasus diatas, bahwa untuk setiap nilai x dihubungkan (hanya terdapat satu) nilai y yang sesuai, disebut dengan bentuk hubungan atau fungsi. Jelasnya fungsi LINEAR Matematika Ekonomi 39 Perhatikan juga contoh berikut: Y y = f(x) •x1 y1 • • •x2 •xn 0 •y1 •yn X x1 x2 X Y Gambar di atas, nilai x1 dan x2 dalam X, dihubungkan dengan nilai y1 dalam Y, dengan bentuk y = f(x) Fungsi disebut juga TRANSFORMASI, jadi x di transformasikan di dalam himpunan y. Matematika Ekonomi 40 Transformasi mengandung pengertian yang luas: a. x menentukan besarnya nilai y b. x mempengaruhi nilai y c. Dll. Pernyataan y = f(x) dibaca: y merupakan fungsi dari x atau dicatat : f : x y aturan ditransformasi simbol “f” diartikan sebagai “aturan” transformasi unsur himp. X kedalam himpunan Y Lebih spesifik: Fungsi: suatu bentuk hubungan matematis yang menyatakan hubungan ketergantungan (hub fungsional antara satu variabel dengan variabel lain Matematika Ekonomi 41 Perhatikan: y = f(x) x merupakan sebab (variabel bebas) y akibat dari fungsi (variabel terikat) Himpunan semua nilai-nilai x, disebut sebagai Domain atau Daerah fungsi (Df) dan nilai y disebut dengan Range atau Wilayah fungsi (Rf = Wf). Df = { x / x ε X } Wf = { y / y ε Y } Misal: Biaya total C dari suatu perusahaan setiap hari merupakan fungsi dari output Q tiap hari: C = 150 + 7Q. Perusahaan memiliki kapasitas limit sebesar 100 unit per hari.Berapa Daerah dan Range dari fungsi biaya? Jawaban: Df = { Q / 0 ≤ Q ≤ 100 } Rf = { C / 150 ≤ C ≤ 850 } Dapat Anda jelaskan ? Matematika Ekonomi 42 Macam-macam fungsi a. Fungsi Polinomial Bentuk umumnya : y = a + bx + cx2 + . . . + pxn y y Slope = a1 x a0 case c < 0 x a0 Konstan, jika n = 0 Linear, jika n = 1 Kuadratik, jika n = 2 y=a y = a + bx Y = c + bx + ax2 Matematika Ekonomi 43 • y Titik maksimum Titik belok • Fungsi kubik y = d + cx + bx2 + ax3 x y Titik maksimum Fungsi polinom derajad 4 y = e + dx + cx2 + bx3 + ax4 Titik minimum x Matematika Ekonomi 44 b. Fungsi Rasional Fungsi ini, dengan y dinyatakan sebagai rasio dua polinomial dengan variabel x atau juga berupa fungsi hiperbola. y Hiperbola: y = (a/x), a > 0 x 0 c. Fungsi eksponensial dan logaritma y y Eksponensial y = bx , b>1 Matematika Ekonomi 0 x 0 Logaritma y = logbx 45 x Fungsi linear • Fungsi linear merupakan bentuk yang paling dasar dan sering digunakan dalam analisa ekonomi • Fungsi linear merupakan hubungan sebabakibat dalam analisa ekonomi – misalnya: - antara permintaan dan harga - invests dan tingkat bunga - konsumsi dan pendapatan nasional, dll • Fungsi linear adalah fungsi polinom, tetapi n = 1 atau fungsi polinom derajad-1. Matematika Ekonomi 46 • Bentuk umum • Diturunkan dari fungsi polinom: y = a0 + a1x + a2x2 + . . . + anxn • Disebut fungsi linear jika n = 1 yaitu y = a + bx bentuk umum Contoh: y = 4 + 2x a = 4 b=2 Pengertian: a = 4 = penggal garis pada sumbu vertikal y b = 2, adalah koefisien arah atau lereng atau slope garis. Matematika Ekonomi 47 y a a a a ∆y = a ∆x a0 = penggal garis y = ax + b, pada sumbu y yaitu nilai y saat x = 0 b 0 1 2 3 4 5 x a = lereng garis atau ∆y/Δx pada x = 0, ∆y/∆x = a; pada x = 1, ∆y/∆x = a Matematika Ekonomi 48 • Perhatikan bahwa lereng fungsi linear selalu konstan. • Latihan-1 y = 4 + 2x Penggan garis pada sumbu y = …………… Lereng garis : x 0 y ∆x ∆y - - ∆y/∆x = a - 1 Mendapatkan penggal garis pada sumbu y ketika x = 0 2 3 4 Matematika Ekonomi 49 Lengkapi tabel berikut dari garis: y = 4 + 2x x y ∆x ∆y ∆y/∆x = a -3 Mendapatkan penggal garis pada sumbu x ketika y = 0 -2 -1 0 1 2 3 4 Matematika Ekonomi 50 Kurva (grafik) fungsi • Fungsi Linear, kurvanya garis lurus karena lerengnya sama. • Misalkan y = 36 – 4x maka a = -4 (∆y/∆x) b = 36 • Menggambarkan kurvanya cukup mencari titik potong (penggal) dengan: sumbu x dan penggal dengan sumbu y • Hubungkan kedua titik penggal tersebut • Titik penggal pada sb x, y = .., x = … atau titik (…, …) Titik penggal pada sb y, x = .., y = … atau titik (…, …) Matematika Ekonomi 51 Grafik: y 36 • (0,36) y = 36 – 4x 18 (9,0) 0 x • 9 Grafik dengan lereng negatip Matematika Ekonomi 52 • Gambarkan grafik fungsi: • y = 2 + 4x • Titik penggal dg sb x y = 0, x = -1/2, (-1/2, 0) Titik penggal dg sb y x = 0, y = 2, (0,2) • Gambarkan : y y = 2 + 4x x 0 Grafik dengan lereng positip Matematika Ekonomi 53 Fungsi non linear (kuadratik) • Fungsi non linear juga merupakan bentuk yang sering digunakan dalam analisa ekonomi • Sebagaimana fungsi linear, fungsi non linear juga merupakan hubungan sebab-akibat • Fungsi linear adalah fungsi polinom, tetapi n = 2 atau fungsi polinom derajad-2. • Bentuk umum • Diturunkan dari fungsi polinom: y = a0 + a1x + a2x2 + . . . + anxn • Disebut fungsi kuadratik jika n = 2 dan a2 ± 0, yaitu y = a0 + a1x + a2x2 atau sering ditulis: y = ax2 + bx + c Matematika Ekonomi 54 • Contoh - 1: • y = 8 – 2x – x2 a = -1 (a < 0) b = -2 c=8 • Contoh - 2: • y = 2x2 + 4x + 6 a = 2 a > 0) b=4 c=2 Menggambar kurva non linear kuadratik a. Cari titik penggal dengan sb x, pada nilai y = 0 0 = 8 – 2x – x2 atau 8 – 2x – x2 = 0 Menyelesaikan persamaan ini dapat melalui dua cara: 1. Faktorisasi Maksudnya, menguraikan ruas utama fungsi tersebut menjadi bentuk perkalian ruasruasnya atau disebut bentuk perkalian dua fungsi yang lebih kecil Matematika Ekonomi 55 Faktorisasi persamaan di atas menghasilkan: (2 - x)(4 + x) f(x) = g(x).h(x) (2 - x)(4 + x) = 0 (2 - x) = 0, berarti x = 2, di titik (2, 0) (4 + x)= 0, berarti x = -4, dititik (-4, 0) 2. Memakai rumus kuadrat (bujur sangkar) -b ± √ b2 – 4ac x = -------------------2c - (-2) ± √ (-2)2 – 4(-1)(8) x = ------------------------------2(-1) Matematika Ekonomi 56 2 ± √ 4 + 32 2±6 x = ---------------- = ---------2 -2 x1 = (2 + 6)/(-2) = -4, titik (-4, 0) x2 = (2 – 6)/(-2) = 2, titik (2, 0) Hasilnya sama dengan cara faktorisasi. b. Cari titik penggal dengan sb y, pada nilai x = 0 y = 8 – 2x – x2, untuk x = 0, y = 8, titik (0,8) c. Karena ciri fungsi kuadrat memiliki titik maksim atau minimum (lihat gambar terdahulu) maka titik ini harus dicari. Matematika Ekonomi 57 • Mencari titik maks atau min • Sifat fungsi kuadratik a. Memiliki titik maks atau min yang disebut titik ekstrim. Titik maks jika a < 0 dan min jika a > 0 b. Titik maks atau min pada titik (x, y) dengan: -b b2 – 4ac x = ----, dan y = ----------2a -4a c. Kurvanya simetri pada titik xmaks/min y = 8 – 2x – x2, a < 0 berarti maks xmaks = -(-2)/(2)(-1) = -1 ymaks = [(-2)2 – 4(-1)(8)]/(-4)(-1) = 36/4 = 9. titik maks (-1, 9). Matematika Ekonomi 58 • Gambarkan kurvanya: y 0 Matematika Ekonomi x 59 • Latihan: Dengan cara yang sama selesaikan Contoh - 2: y = 2x2 + 4x + 6 Matematika Ekonomi 60 Lanjutan: Matematika Ekonomi 61 • Hubungan dua garis Dua buah garis dengan fungsi linier dapat: a. berimpit Berimpit: Jika dan hanya jika a1 = a2 b1= b2 b. Sejajar Sejajar: Jika dan hanya jika a1 = a2 b1 ± b2 Matematika Ekonomi 62 c. Berpotongan y Berpotongan: jika dan hanya jika Ttk pot a1 ± a2 • b1 ± b2 x Dua garis fungsi linear dan fungsi non linear hanya dapat berpotongan. y Ttk pot a<0 Ttk pot • • a>0 y2 = ax2 + bx + c x Matematika Ekonomi 63 • Mencari titik potong dua garis/persamaan • Pada saat dua fungsi berpotongan, maka nilai x dan y sama pada perpotongan tersebut • Caranya: (1) Bentuk fungsi harus y = f(x) (2) samakan kedua fungsi untuk mendapat titik potong • Cari titik potong fungsi x = 15 – 2y dan 3y = x +3 x = 15 – 2y y = -(1/2)x + 15/2 3y = x +3 y = (1/3)x + 1 -(1/2)x + 15/2 = (1/3)x + 1 -(1/2)x – (1/3)x = 1 – 15/2 x = 78/10 Matematika Ekonomi 64 • Untuk mendapatkan y, substitusi x = 78/10 pada salah satu fungsi: y = (1/3)x + 1, untuk x = 78/10; y = (1/3)(78/10) + 1 y = 26/10 Titik potong fungsi (x, y) = (78/10, 26/10) Matematika Ekonomi 65 • Mencari titik potong dua garis/persamaan (1) 2x + 3y = 21 dan (2) x + 4y = 23 Pada saat dua fungsi berpotongan, maka nilai x dan y sama pada saat perpotongan tersebut. • Ubah persamaan di atas menjadi bentuk y = f(x) (1) 2x + 3y = 21 3y = 21 – 2x atau y = 7 – (2/3)x (2) x + 4y = 23 4y = 23 – x atau y = (23/4) – (1/4)x Titik potong kedua garis: 7 – (2/3)x = (23/4) – (1/4)x 7 – (23/4) = (2/3)x – (1/4)x 5 = (5/12)x x = 12. y = 11/4 (12, 11/4) Matematika Ekonomi 66 Latihan Matematika Ekonomi 67 Penggunaan Fungsi dalam ekonomi Analisa keseimbangan pasar Keseimbangan pasar – Model linear Asumsi-1: Keseimbangan pasar terjadi jika “ekses demand” = 0 atau (Qd – Qs = 0) Asumsi-2: Qd = jumlah permintaan adalah fungsi linear P (harga). Jika harga naik, maka Qd turun. Asumsi-3: Qs = jumlah penawaran adalah fungsi linear P. Jika harga naik, maka Qs juga naik, dengan syarat tidak ada jlh yang ditawarkan sebelum harga lebih tinggi dari nol. Persoalan,bagaimana menentukan nilai keseimbangan ? Dalam pernyataan matematis, keseimbangan terjadi pada saat: Qd = Qs Qd = a - bP, slope (-) (1) Qs = -c + dP, slope (+) (2) Gambarnya sbb: Qd , Qs a Qd = a -bP Qs = -c + dP keseimbangan Q0 0 P1 P0 P -c Matematika Ekonomi 69 Kasus lain, keseimbangan dapat dilihat sbb: Qs = 4 – p2 dan Qd = 4P – 1 Jika tidak ada pembatasan misalnya, berlaku dalam ekonomi, maka titik potong pada (1, 3), dan (-5, -21) tetapi karena batasan hanya pada kuadran I (daerah positip) maka keseimbangan pada (1, 3)} 4 QS = 4p - 1 1,3 3 keseimbangan QD = 4 - p2 0 -1 1 2 Matematika Ekonomi 70 • Latihan • Temukan keseimbangan dari Qd dan Qs tersebut Matematika Ekonomi 71 Matematika Ekonomi 72 Matematika Ekonomi 73 Keseimbangan pasar (lanjutan) Pada nilai Q dan p berapa terjadi keseimbang-an permintaan dan penawaran dari suatu komoditi tertentu jika: Qd = 16 – P2 , (Permintaan) QS = 2p2 – 4p (penawaran) Gambarkan grafiknya Apa yang terjadi jika p = 3.5 dan p = 2.5 Matematika Ekonomi 74 Penjelasan Pada saat keseimbangan maka Qd = Qs 16 – p2 = 2p2 – 4p 3p2 – 4p – 16 = 0 Ingat fungsi polinom derajad 2 atau n = 2 dengan bentuk umum: ax2 + bx + c Koefisien a = 3, b = -4, dan c = -16 p = (-b) ± (b2 – 4ac)1/2 = 4 ± (16 + 192)1/2 = 3.1 (+) 6 2a Qd = 16 – p2 = 16 - (3.1)2 = 6.4 Jadi keseimbangan tercapai pada Jlh komoditas 6.4 dan harga 3.1. Atau (Q, p) = (6.4 , 3.1) Matematika Ekonomi 75 Grafik: Fungsi Permintaan: Qd = 16 – p2 a. Titik potong dengan sb Q p = 0; Q = 16, (16,0) b. Titik potong dengan sb p Q = 0; 16 – p2 = 0 (p – 4)(p + 4). p – 4 = 0, p = 4, ttk (0, 4) p + 4 = 0, p = -4, ttk (0, -4) c.Titik maks/min: (Q,p) Q = (-b/2a) = 0/-2 = 0 p = (b2 – 4ac)/(-4a) = 0 – 4(-1)(16)/(-4)(-1)) = 16 atau pada titik (0, 16) Matematika Ekonomi 76 Grafik: Fungsi penawaran Qs = 2p2 – 4p a. Titik potong dengan sb Q p = 0; Q = 0, (0,0) b. Titik potong dengan sb p Q = 0; 2p2 – 4p = 0 Atau 2p(p – 2) = 0; 2p = 0; p = 0; ttk pot (0, 0) (p – 2) = 0; p = 2; ttk pot ( 0, 2) c. Titik maks/min: (Q,p) Q = (-b/2a) = 4/4 = 1 p = (b2 – 4ac)/(-4a) = (-4)2 – 4(2)(0)/(-4)(2) = 2 atau pada titik (1, 2) Matematika Ekonomi 77 Grafik: Qs p 4 3.1 Qd 2 0 6.4 16 Q Apa yang terjadi jika p = 3.5 dan p = 2.5 Untuk p = 3.5, terjadi ekses supply dan p = 2.5, terjadi ekses demandMatematika Ekonomi 78 Penjelasan ekses suplai dan ekses demand Qs Qd Ekses demand mendorong harga naik, dan ekses supply mendorong harga turun. Matematika Ekonomi 79 DERIFATIF 1.1. Pengantar Kalkulus Kalkulus khususnya bahasan matematika tentang a. Fungsi b. Derivatif atau fungsi turunan c. Derivatif parsial dan d. Integral sangat luas penggunaannya dalam ilmu ekonomi.Khusus tentang derivatif (kalkulus diferensial) dapat diinventarisir aplikasinya dalam ilmu ekonomi diantaranya: 1). Elastisitas, khususnya elastisitas permintaan Matematika Ekonomi 80 2) Elastisitas produksi 3) Biaya total, rata-rata dan marginal 4) Revenue dan marginal revenue 5) Maksimisasi penerimaan dan profit. 6) dll. Pendekatan matematis yang sangat pesat dewasa ini membuat seorang ahli ekonomi termasuk Agric. Economist, atau agribussines manager perlu mendalami pengetahuan kalkulus diferensial dan integral. Untuk kesempatan ini, kalkulus diferensial dan aplikasinya dalam ekonomi lebih diutamakan. Matematika Ekonomi 81 1.2. Limit fungsi Pandanglah fungsi h yang diberikan dengan persamaan: 2x2 + x - 3 h(x) = ------------x-1 Persamaan ini harus disederhanakan sedemikian rupa, supaya jika disubstitusikan nilai x = 1, (perhatikan pembagi/penyebut) maka nilainya ± 0/0 (bentuk tak tentu) Matematika Ekonomi 82 Untuk tujuan ini, fungsi tersebut diuraikan atas faktornya, sehingga: 2x2 + x - 3 h(x) = ------------- = x-1 (x-1)(2x +3) ------------= 2x + 3 x-1 x2 - 4 Demikian juga jika g(x) = ---------, nilainya akan tak x-2 tentu, untuk x = 2 Karena itu g(x) disederhanakan menjadi: (x – 2)(x + 2) g(x) = ------------------- = x + 2. x-2 Matematika Ekonomi 83 Fungsi h dengan persamaan diatas grafik sebagai berikut: Fungsi h tdk terdefinisi di titik x = 1. Untuk x ± 1, maka h(x) = 2x + 3. Sehingga untuk x mendekati 1, h(x) akan mendekati 5. Dikatakan limit fungsi h dititik x = 1 adalah 5. y 5 ◦ y = h(x) 4 3 2 1 0 1 x Matematika Ekonomi 84 Keadaan di atas, dicatat sebagai: 2x2 + x - 3 lim h(x) = lim ------------- = 5 x1 x1 x-1 Baca: limit fungsi h(x) untuk x menuju 1 Demikian juga dengan g(x) di atas x2 - 4 lim g(x) = lim --------- = 4. x-2 x2 x2 Matematika Ekonomi 85 1.3. Pengertian Derivatif Suatu fungsi dengan persamaan y = f(x) mempunyai nilai (terdefinisi) pada x = x0 dan y = f(x) kontinu di titik tersebut, maka: lim f(x) = f(x0) x -> x0 Y Y = f(x) diskontinu pada x = x0 Y = f(x) Y=f(x) y0 y1 y0 • Y = f(x) kontinu pada x = x0 x0 x ◦ • x0 Sehingga f(x) – f(x0) --0 ------------------ = x – x0 0 Maka lim f(x) – f(x0) disebut dengan derivatif ------------x->x0 x – x0 fungsi f dititik x = x0. Dengan mensubstitusi Δx = x – x0, atau x = x0 + Δx, untuk x-> x0 berarti Δx ->0 atau: lim Δx-> 0 f(x0 + Δx) – f(x0) ------------------Δx Matematika Ekonomi merupakan derivatif atau turunan fungsi. 87 Simbol derivatif fungsi dilambangkan dg: f’(x) atau dy/dx atau y’ atau Dxy. Atau dengan penjelasan lain: Ump. y = f(x) dengan kurva sbb: y y1 y Y = f(x) ◦ Δx x = f(x) y + Δy = f(x + Δx) Δy x1 Besarnya pertambahan adalah: Δy = f(x + Δx) – f(x). Dibagi dg Δx: Δy/Δx = f(x + Δx) – f(x) ------------------------------Δx Matematika Ekonomi 88 lim Δy/Δx = f(x + Δx) – f(x) Δx->0 ----------------------------- Δx adalah turunan fungsi tsb yaitu: y’ = f’(x) = dy/dx Contoh. Cari turunan y = f(x); y = x2 + 1, dititik x = 5. Jika x ditambah sebesar Δx, maka y akan bertambah sebesar Δy. y + Δy = (x + Δx)2 + 1 y = x2 + 1 (-) Matematika Ekonomi 89 Dengan pengurangan: Δy = (x + Δx)2 + 1 – x2 – 1 = x2 + 2xΔx + (Δx)2 + 1 – x2 – 1 = 2xΔx + (Δx)2 Δy/Δx = 2x Δx + (Δx)2 Δx = 2x + Δx lim Δy/Δx = lim 2x + lim Δx Δx ->0 Δx ->0 Δx ->0 dy/dx = 2x + 0 = 2x dititik x = 5, berarti dy/dx untuk x = 5 adalah 10. Matematika Ekonomi 90 1.4 Rules of differentiation Rule 1: Derivative of a power function. Fungsi pangkat (power function) y = xn y + Δy = (x + Δx)n Δy = (x + Δx)n – y Δy = (x + Δx)n – xn Ingat kembali bil. Binom Newton (a + b)2 = a2 + 2ab + b2 (a + b)4 = a4 + 4a3b + 6a2b2 + 4ab3 + b4 = C(0, 4)a4 + C(1, 4)a3b + C(2, 4)a2b2 + C(3, 4)ab3+C(4,4)b3 Matematika Ekonomi 91 C(i, n) baca kombinasi tingkat i dari n unsur. C(i, n) adalah teori kombinasi yang menyatakan memilih sebanyak i unsur dari suatu himpunan untuk menjadi anggota himpunan bagiannya. C(0, 4) berarti kombinasi tingkat 0 dari 4 unsur. n! C(i, n) = ------------ i ! – (n – i)! Matematika Ekonomi 92 n! = n(n-1)(n-2)(n-3) … 4! = 4. 3. 2. 1 = 24 0! = 1 Sekarang: Δy = (x + Δx)n – xn = C(0, n)xn + C(1, n)xn-1Δx + C(2, n)xn-2Δx2 + C(3, n)xn-3Δx3 + C(4, n)xn-4Δx4 + ………… + C(n-1, n)xΔxn-1 - xn Matematika Ekonomi 93 n! n.n-1.n-2.n-3. … C(0, n) = --------- = ---------------------- = 1 0!(n-0)! 1.n.n-1.n-2.n-3 … n! n.n-1.n-2.n-3. … C(1, n) = ---------- = ---------------------- = n 1!(n-1)! 1.n-1.n-2.n-3. … n.n-1.n-2.n-3. … n.n-1 n! C(2, n) = ---------- = ---------------------- = ----2!(n-2)! 2.1.n-2.n-3. … 2 Matematika Ekonomi 94 Δy = (x + Δx)n – xn = xn + nxn-1Δx + n(n-1)xn-2Δx2 + C(3, n)xn-3Δx3 + 2 C(4, n)xn-4Δx4 + …… + C(n-1, n)xΔxn-1 - xn = nxn-1Δx + n(n-1)xn-2Δx2 + C(3, n)xn-3Δx3 + C(4, n)xn-4Δx4 + …… + C(n-1, n)xΔxn-1 Matematika Ekonomi 95 Δy = nxn-1+ n(n-1)xn-2Δx + 2 Δx C(3, n)xn-3Δx2 + C(4, n)xn-4Δx3 + …… + C(n-1, n)xΔxn-2 Δy Lim ---- = lim nxn-1 atau Δx->0 Δx Δx->0 dy/dx = nxn-1 Contoh: y = x5 dy/dx = 5x4. Mis C = total cost, q = output C = q3 derivatif C thdp q = 3q2. Matematika Ekonomi 96 Rule 2: Multiplication by a constant. y = f(x)= cx2, c adalah konstanta, dy/dx? y + Δy = c(x + Δx)2 Δy = cx2 + c2xΔx + c(Δx)2 – cx2 = c2xΔx + c(Δx)2 Δy ---- = c2x + c(Δx) Δx Δy lim ---- = lim c2x , Jadi dy/dx = c2x Δx->0 Δx Δx->0 Matematika Ekonomi 97 Contoh: y =f(x) = 5x2 f’(x) = 5(2)x2-1 = 10x Rule 3: Derivative of a sum f(x) = g(x) + h(x) Dengan pembuktian yang sama spt rule (1) dan (2) diperoleh: f’(x) = g’(x) + h’(x) Demikian juga untuk: f(x) = g(x) + h(x) + k(x) f’(x) = g’(x) + h’(x) + k’(x) Matematika Ekonomi 98 Derivatif penjumlahan dua fungsi atau lebih sama dengan pengurangan atau selisih. f(x) = g(x) – h(x); f’(x) = g’(x) – h’(x). Contoh: Cari derivatif f(x) = 7x4 + 2x3 – 3x + 37 g(x) = 7x4; g’(x) = 28x3 h(x) = 2x3; h’(x) = 6x2 k(x) = -3x; k’(x) = -3 l(x) = 37; l’(x) = 0 jadi f’(x) = 28x3 + 6x2 – 3. Matematika Ekonomi 99 Rule 4: derivative of a product Fungsi hasil kali berbentuk y = f(x) = g(x).h(x) f’(x) = g(x).h’(x) + h(x).g’(x) Contoh: y = f(x) = (2x + 3)(3x2) g(x) = (2x + 3); g’(x) = 2 h(x) = 3x2; h’(x) = 6x Jadi: f’(x) = (2x + 3)(6x) + (3x2)(2) = 12x2 + 18x + 6x2 = 18x2 + 18x. Matematika Ekonomi 100 Rule 5: derivatif of a quotient Bentuk umum hasil bagi dua fungsi: y = f(x) = g(x)/h(x). f’(x) = g’(x)h(x) – g(x)h’(x) [h(x)]2 Matematika Ekonomi 101 Contoh: f(x) = (2x – 3)/(X + 1). g(x) = 2x – 3; g’(x) = 2 h(x) = x + 1; h’(x) = 1 f’(x) = (2)(x + 1) – (1)(2x – 3) (x + 1)2 = 2x + 2 – 2x + 3 = 5 2 2 (x + 1) (x + 1) Matematika Ekonomi 102 Rule 6: Chain rule Fungsi berantai bentuknya sbb: y = f(u) u = g(x) Dicari derivatif y terhadap x atau dy/dx. Dari u = g(x) didpt du/dx. Dari y = f(u) didpt dy/du, Maka dy = dy . du dx du dx y = f(z) z = g(u) u = h(x) Dengan cara yang sama dy du dz dy = du dz dx dx Matematika Ekonomi 103 Contoh: Misalkan x adalah lahan, yang dapat menghasilkan y unit gandum dan z adalah roti yg terbuat dari gandum. Umpamakan setiap unit lahan (x) dihasilkan 2 unit gandum (y) sehingga: y = 2x Untuk setiap unit gandum (y) dapat diproduksi 15 unit roti (z), yang digambarkan sebagai: z = 15y Apabila ada perubahan sejumlah kecil lahan (x), maka berapa besar perubahan roti (z) akan terjadi dari perubahan tersebut? Hal ini merupakan masalah hukum berantai dari turunan fungsi (derivatif). Matematika Ekonomi 104 dy/dx merupakan perubahan y apabila sejumlah kecil perubahan x yaitu dy/dx = 2 Perubahan z apabila ada perubahan y dz/dy = 15 Oleh karena itu perubahan z apabila ada perubahan x menjadi: dz/dx = dz/dy. dy/dx = 15(2) = 30 unit. Matematika Ekonomi 105 Contoh: Jika y = uv, dimana u = s3 dan s = 1 – x. v = t2 dan t = 1 + x2 u= du/ds = s = 1 – x ds/dx = -1 s 3, 3s2 v = t2, dv/dt = 2t t = 1 + x2 dt/dx = 2x y = uv, adalah bentuk hasil kali berarti dy/dx = u.dv/dx + v.du/dx = u(dv/dt)(dt/dx) + v(du/ds)(ds/dx) = s3(2t)(2x) + t2(3s2)(-1) = 4s3tx -3t2s2 = s2t(4sx – 3t) Substitusi, dy/dx = (1-x)2(1+x2)[4(1-x)(x) – 3(1+x2)] Matematika Ekonomi 106 Contoh: Jika y = (1 + x2)3, dapatkan dy/dx. Dengan memakai derivatif fungsi berantai: Mis u = 1 + x2, dan oleh karena itu y = u3 dy/dx = (dy/du)(du/dx) = (3u2)(2x) = 6x(1 + x2)2. Matematika Ekonomi 107 1.5. Derivatif of higher order Jika y = f(x), maka derivatif pertama dicatat sebagai dy/dx atau f’(x). Derivatif kedua dilambangkan dengan: d2y/dx2 atau f”(x) atau y” Demikian seterusnya untuk derivatif yang lebih tinggi. Semua hukum-hukum yang sudah dibahas, berlaku untuk mencari derivatif orde yang lebih tinggi. Contoh: Hitung derivatif y = f(x) = x3 – 3x2 + 4, dan hitung nilainya untuk x = 2. Matematika Ekonomi 108 f(x) = x3 – 3x2 + 4, f’(x) = 3x2 – 6x, f”(x) = 6x – 6 f”’(x) = 6 f(2) = 8 – 12 + 4 = 0 f’(2) = 12 – 12 = 0 f”(2) = 6 f”’(2) = 6. Matematika Ekonomi 109 1.5 Derivatif parsial Teknik ini digunakan untuk suatu fungsi lebih dari satu variabel. z = f(x, y) atau z = f( u, v, x) dst Banyak kejadian terdiri dari beberapa variabel. Contoh: Qd = f(h, hkl, sK, i,) dimana h = harga komoditi itu sendiri hkl = harga komoditi lain sK = selera konsumen i = income Umpamakan kita berhadapan dengan fungsi: z = f(x , y), bila y dianggap tetap, maka z hanya merupakan fungsi x dan derivatif z ke x dapat dihitung. Matematika Ekonomi 110 Derivatifnya disebut derivatif parsial atau turunan parsial dari z ke x dan dilambangkan dengan: ∂z/∂x atau ∂f/∂x atau fx Demikian juga jika x dianggap tetap, maka derivatif parsial ke y dapat dihitung, dan dilambangkan dg: ∂z/∂y atau ∂f/∂y atau fy Derivatif parsial z ke x didefinisikan sebagai: ∂z/∂x = lim Δz/Δx = lim f(x + Δx, y) – f(x, y) Δx->0 Δx->0 Δx Derivatif parsial z ke y didefinisikan sebagai: ∂z/∂y = lim Δz/Δy = lim f(x,y + Δy) – f(x, y) Δy->0 Δy->0 Δy Matematika Ekonomi 111 Contoh: Jika z = 3x2 + 2xy – 5y2 ,maka: ∂z/∂x = 6x + 2y ∂z/∂y = 2x – 10y Derivatif parsial kedua juga dapat dicari sbb: Contoh: z = (x2 + y2)3 ∂z/∂x = fX = 3(x2 + y2)2(2x) = 6x(x2 + y2)2 ∂z/∂y = fy = 3(x2 + y2)2(2y) = 6y(x2 + y2)2 ∂2z/∂x2 = fXX = 12x(x2 + y2)(2x) = 24x2(x2 + y2) ∂2z/∂y2 = fyy = 12y(x2 + y2)(2y) = 24y2(x2 + y2) ∂2z/ ∂y∂x = fyx = 12x(x2 + y2)(2y) = derivatif ∂z/∂x thd y 24xy(x2 + y2). ∂2z/∂x∂y = fxy = 12y(x2 + y2)(2x) = 24xy(x2 + y2) Matematika Ekonomi 112 Simbol derivatif parsial ∂z/∂x juga dilambangkan ∂f/∂x atau fx. Fungsi turunan kedua dilambangkan: ∂2z/∂x2 atau ∂2f atau fxx Fungsi turunan fx terhadap y dilambangkan fyx Fungsi turunan fy terhadap x dilambangkan fxy fyx = fxy Matematika Ekonomi 113 Maksimum dan minimum y = f(x) akan maksimum pada saat: dy/dx = 0 dan d2y/dx2 < 0 akan minimum pada saat: dy/dx = 0 dan d2y/dx2 > 0 akan mempunyai titik belok (inflection point) pada: dy/dx = 0 dan d2y/dx2 = 0 Matematika Ekonomi 114 Apabila fungsinya lebih dari dua variabel: z = f(x, y) atau f(x1, x2), Maksimum jika fx = 0, fy = 0 Minimum jika fx = 0, fy = 0 fxx < 0, fyy < 0 fxx > 0, fyy > 0 fxxfyy – (fxy)2 > 0 fxxfyy – (fxy)2 > 0 Matematika Ekonomi 115 Contoh: Periksa apakah fungsi berikut ini mempunyai titik maksimum, minimum atau titik belok dan hitung nilai f(x) pada titik tersebut. y = f(x) = -x2 + 4x + 7 dy/dx = -2x + 4 = 0; nilai x = 2 d2y/dx2 = -2 < 0; berarti mempunyai titik maks. pada x = 2. nilai ymaks atau f(x)maks = -(2)2 + 4(2) + 7 = 11 Matematika Ekonomi 116 Contoh: Tentukan nilai ekstrim (maks/min) dari: z = x2 + xy + y2 – 3x + 2 Langkah-langkah: a. Derivatif pertama: fx = 2x + y – 3 fy = x + 2y b. fx = 0 dan fy = 0 2x + y – 3 = 0 x + 2y = 0 Dari 2x + y – 3, didapat y = 3 – 2x. Substitusi y = 3 – 2x ke persamaan x + 2y = 0 didapat x + 2(3 – 2x) = 0; x + 6 – 4x = 0 atau 3x = 6 x = 2. Matematika Ekonomi 117 Untuk x = 2, y = 3 – 2(2) = -1. Artinya titik (2, -1) merupakan titik maks atau min c. Uji dengan derivatif kedua: fxx = 2; fyy = 2; fxy = fyx = 1 fxxfyy – (fxy)2 = 2.2 – 12 = 3 > 0 artinya fungsi z mempunyai titik minimum pada titik (2, -1). d. Nilai zmin = (2)2 + (2)(-1) + (-1)2 – 3(2) + 2 = 4 – 2 + 1 – 6 + 2 = -1. Matematika Ekonomi 118 1.5 Aplikasi dalam ekonomi 1) Elastisitas permintaan Elastisitas permintaan adalah persentase per-ubahan jumlah komoditi diminta apabila terdapat perubahan harga. Jika q = komoditi yg diminta, Δq = perubahannya p = harga komoditi; Δp = perubahannya Matematika Ekonomi 119 Δq/q Δq/q Δq p dq p Ed = ------ = lim ------- = lim ---- -- = ---- -dp q Δp/p Δp->0 Δp/p Δp->0 Δp q Contoh: Umpamakan fungsi permintaan q = 18 -2p2 hitung elastisitas permintaan jika harga berkurang 5% (bukan mendekati nol) dari p = 2, q = 10. Bandingkan hasil kedua pendekatan: definisi dan derivatif. Pendekatan definisi: p = 2; Δp = 0.05 berarti p1 = 2 – 2(0.05) = 1.9 Untuk p1 = 1.9, untuk p = 2, berarti q = 18-2p2 = 18 – 2(1.9)2 = 10.78 q = 18-2p2 = 18 – 2(2)2 = 10. Δq = 10.78 – 10 = 0.78 Matematika Ekonomi 120 Jadi menurut pendekatan definisi Ed = 7.8%/-0.05% = - 1.56 Dengan pendekatan derivatif: Ed = (dq/dp)(p/q) = (-4p)(p/q) = - 4p2/q pada harga p = 2, dan q = 10 Ed = -4(2)2/10 = - 1.60. Perhatikan dengan derivatif, Δp mendekati nol, sementara menurut definisi, Δp = 0.05%, jadi hasilnya sedikit berbeda. Matematika Ekonomi 121 2) Total Cost, Average cost and marginal cost TC = f(q), merupakan fungsi biaya dimana TC = total cost, dan q = produk yang dihasilkan. TC/q = f(q)/q merupakan fungsi biaya rata-rata. MC = dTC/dq merupakan derivatif dari TC, sebagai biaya marginal. Biaya marginal adalah tambahan biaya yg dibutuhkan per satuan tambahan produk. Matematika Ekonomi 122 Hubungan TC, AC dan MC, seperti kurva dibawah ini. TC Rp MC AC VC q Matematika Ekonomi 123 Contoh dengan data diskrit q FC VC TC AC MC 1 100 10 110 110.00 - 2 100 16 116 58.00 6.0 3 100 21 121 40.33 5.0 4 100 26 126 31.50 5.0 5 100 30 130 26.00 4.0 6 100 36 136 22.67 6.0 7 100 45.5 145.5 20.78 9.5 8 100 56 156 19.50 10.5 9 100 72 172 19.10 16 Matematika Ekonomi 124 Contoh dengan fungsi biaya: TC = q3 – 4q2 + 10q + 75. FC = Fixed Cost = 75 VC = Variable cost = q3 – 4q2 + 10q MC = dTC/dq = 3q2 – 8q + 10 AC = TC/q = q2 – 4q + 10 + 75/q 3) Revenue and Marginal revenue Apabila fungsi permintaan diketahui, maka Total Revenue (TR) adalah jumlah produk yang diminta dikali harga. Matematika Ekonomi 125 Jadi jika q = kuantitas diminta dan p = harga dengan q = f(p) maka: TR = qp = f(p).p Marginal Revenue (MR) = dTR/dq. Contoh: MR = dTR/dq = 9/2 – 3q Fungsi Permintaan; 3q + 2p = 9; TR, MR, p 2p = 9 – 3q atau p = 9/2 – (3/2)q MR 4 TR = p.q atau p TR = (9/2)q – (3/2)q2 Matematika Ekonomi 0 3 q 126 4). Fungsi produksi Seorang produsen dalam teori ekonomi paling tidak harus mengambil dua keputusan apabila dilandasi oleh suatu asumsi produsen berusa-ha memperoleh profit maksimum, adalah: a. Jumlah produk yang yang akan diproduksi b. Menentukan kombinasi input-input yang digunakan dan jumlah tiap input tsb. Landasan teknis dari produsen dalam teori ekonomi disebut dengan FUNGSI PRODUKSI. Fungsi produksi = persamaan yang menunjukkan hubungan antara tingkat penggunaan input-input dengan tingkat output. Matematika Ekonomi 127 Fungsi produksi, secara umum dicatat: Q = f(x1, x2, x3, … , xn) Q = output xi = input-input yang digunakan, i = 1, 2, 3, … , n Apabila dalam proses produksi: Q = f(x1/x2, x3, … , xn) input xI ditambah terus menerus, sedangkan input lain tetap, maka fungsi produksi itu tunduk pada hukum : The law of diminishing returns “bila satu macam input, terus ditambah penggunaannya sedang penggunaan input lain tidak berubah, maka tam-bahan output yg dihasilkan dari setiap tambahan input, mulai-mula meningkat, kemudian menurun, dan akhirnya negatip”. Matematika Ekonomi 128 Tambahan output yg didapat karena adanya tambahan satu unit input dinamakan Produk Fisik Marginal (Produk Marginal = PM). PM = ∂Q/∂xi, i = 1, 2, 3, … , n Selain produk marginal, fungsi lain yang dapat diturunkan dari fungsi produksi adalah fungsi Produk Rata-rata (PR). PR = Q/x = f(x)/x Jadi ada hubungan antara Q atau produk total (PT) dengan PM dan PR.Hubungan tersebut ditunjukkan oleh kurva berikut ini. Matematika Ekonomi 129 Q X1 Q Q = PT PM PR - 10 1 10 2 24 14 12 3 39 15 13 4 52 13 13 5 61 9 12.2 6 66 5 11 7 66 0 9.4 8 64 -2 8 x PM PR Matematika Ekonomi x 130 Ciri-ciri grafik fungsi produksi dicatat sbb: a. Pada saat PT maks, maka PM = 0 b. Pada saat PR maks, maka PM = PR c. PR maks pada saat grs lurus dari titik nol (origin) menyinggung kurva PT. Kurva produksi yang dijelaskan di atas, hanya jika input variabel terdiri atas satu input. Untuk Q = f(x1, x2)/x3, … , xN) atau dua input variabel, maka kurvanya dalam ruang spt berikut: Matematika Ekonomi 131 z x1 x2 Matematika Ekonomi 132 MATRIKS Matriks artinya sesuatu yang membungkus, yang dibungkus adalah data kuantitatif yang disusun dalam bentuk “baris” dan “lajur”. Contoh: Harga gula pasir di 3 kota selama 3 bulan (rata-rata) Kota A B C Bulan J 4000 4500 4200 F 4200 4600 4500 M 4200 4700 4500 Dengan catatan matriks ditulis: A = 4000 4500 4200 B= 1 0 1 4 4200 4600 4500 3 2 6 7 4200 4700 450 Bentuk umum sbb: 9 8 4 1 Notasi matriks A = a11 a12 … a1n mxn a21 a22 … a2n : : : am1 am2 … amn Untuk menyederhanakan dicatat: A = (aij)mxn mxn m = jlh baris; n = jlh lajur Matematika Ekonomi 134 Vektor. Kumpulan data/angka yang terdiri atas satu baris disebut: VEKTOR BARIS, jika satu lajur disebur dengan VEKTOR LAJUR. Dengan demikian, dpt disebut bahwa matriks terdiri atas beberapa vektor baris dan beberapa vektor lajur. Vektor baris: Vektor lajur a’ = (4, 1, 3, 2) b= 1 u = u1 2 u2 8 : x’ = (x1, x2, … xn) un Matematika Ekonomi 135 Beberapa macam bentuk matriks a. Matriks segi: A = (aij)m.n dengan m = n A= 2 0 2 4 4x4 4 1 7 7 1 2 3 4 5 1 4 1 b. Matriks setangkup: B = (bij)n.n, bij = bji B=1 0 7 7 4X4 0 5 4 3 7 4 2 5 7 3 5 1 Matematika Ekonomi 136 c. Matriks diagonal D = (dij)n.n, dij = 0 utk i±j e. Matriks segitiga atas, jika semua unsur dibawah diagonal utama bernilai nol. D= 3 0 0 0 5 0 G= 9 9 3 0 0 7 0 1 3 0 0 2 d. Matriks identitas I4 = 1 0 0 0 I2 = 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 Diagonal utama Jika semua unsur diatas diagonal utama bernilai 0 = matriks segitiga bawah. Matematika Ekonomi 137 Penggandaan matriks Matriks A = (aij)m.n dapat digandakan dgn B = (bij)p.q jika dan hanya jika lajur matriks A = baris matriks B atau n = p Cara penggandaan adalah vektor baris x vektor lajur dimana setiap baris A digandakan dengan setiap lajur B seperti contoh berikut ini. 1 1 0 8 -1 2 4 5 1 1 6 7 8 1 2 Matematika Ekonomi 138 1 1 0 2 4 5 6 7 8 8 -1 = (1 1 0) 8 , (1 1 0) -1 1 1 1 1 1 2 1 2 = (2 4 5) 8 , ( 2 4 5) -1 1 1 1 2 (6 7 8) 8 , (6 7 8) -1 1 1 1 1 Matematika Ekonomi 139 (1)(8) + (1)(1) + (0)(1), (1)(-1) + (1)(1) + (0)(2) (2)(8) + (4)(1) + (5)(1), (2)(-1) + (4)(1) + (5)(2) (6)(8) + (7)(1) + (8)(1), (6)(-1) + (7)(1) + (8)(2) 9 0 Contoh-2: 3 6 0 x 25 12 4 2 -7 y 63 17 = z 3x + 6y 4x + 2y – 7z Matematika Ekonomi 140 Putaran matriks Matriks A = (aij)m.n, putarannya adalah A’ = (a’ij)n.m, sedangkan (a’ij) = (aji). Contoh: A = 3 8 -9 A’ = 3 1 1 0 4 8 0 -9 4 D= 1 0 4 D’ = 1 0 4 0 3 7 0 3 7 4 7 2 4 7 2 Matematika Ekonomi 141 Matematika Ekonomi 142 Determinan matriks segi Determinan suatu matriks segi adalah hasil perkalian unsur-unsur yang tidak sebaris dan tidak selajur, dengan tanda tertentu. Determinan matriks A dicatat det (A) atau |A| Contoh: Hitung determinan matiks A = 2 7 4 9 det A = (2)(9) – (4)(7) = - 10. Matematika Ekonomi - + 143 Contoh: Cari determinan matriks C= 1 4 7 8 2 5 6 9 3 Cara Sarrus, yaitu dengan menambahkan lajur 1 sebagai lajur 4 dan lajur 2 sebagai lajur 5 kemudian menggandakan angka yang tidak sebaris dan tidak selajur. - - - + + + det C = 1 4 7 1 4 8 2 5 8 2 6 9 3 6 9 = (1)(2)(3) + (4)(5)(6) + (7)(8)(9) -(7)(2)(6) - (1)(5)(9) – (4)(8)(3) = 405 Matematika Ekonomi 144 Untuk matriks dengan dimensi/ukuran 4 x 4, cara Sarrus tidak dapat digunakan melainkan dicari perkalian unsur yang tidak sebaris dan tidak selajur. Pangkat suatu matriks Suatu matriks segi dengan determinan ± 0, maka matriks itu disebut berpangkat penuh atau matriks tak singular. Sebaliknya, disebut matriks berpangkat tak penuh atau dinamakan matriks singular. Jika suatu matriks B berukuran nxn, maka pangkat matriks itu dicatat p(B) = n, jika matriknya berpangkat penuh. Matematika Ekonomi 145 Tetapi jika determinannya = 0, maka pangkat matriks B, lebih kecil dari n, yaitu dimensi salah satu anak matriksnya yang memiliki det ± 0. Contoh A = 1 1 0 , karena det A = 0, maka 3x3 2 -1 1 p(A) ± 3, dan kemungkinan 4 1 1 p(A) = 2. Untuk memeriksa, ambil salah satu anak matiksnya: A11 = 1 1 , det A11 = - 3 ± 0. Berarti p(A) = 2 2 -1 Matematika Ekonomi 146 Dalam sistem persamaan linear, yang mencari nilainilai x dari sistem persamaan tersebut, maka matriks penyusun persamaan linear dimaksud harus ± 0 atau tak singular atau berpangkat penuh. Misal: 7x1 - 3x2 – 3x3 = 7 2x1 + 4x2 + x3 = 0 - 2x2 - x3 = 2 Setelah diubah dg perkalian matiks diperoleh 7 -3 -3 x1 = 7 2 4 1 x2 0 0 -2 -1 x3 2 Matematika Ekonomi 147 Det. Matriks: 7 -3 -3 = -8 ± 0, berarti nilai-nilai x 2 4 1 dari persamaan li- 0 -2 -1 near itu dpt dicari. Matematika Ekonomi 148 Persamaan linear dan jawabannya. Persamaan linear adalah himpunan dari persamaan linear dengan beberapa nilai yang hendak dicari. 7x1 – x2 – x3 = 0 Contoh: 5x1 + 3x2 = 30 6x1 – 2x2 = 8 10x1 – 2x2 + x3 = 8 6x1 + 3x2 – 2x3 = 7 Dari persamaan tersebut akan dihitung x1 dan x2 Matematika Ekonomi 149 Dengan aturan Cramer, menggunakan cara determinan, sistem persamaan linear di atas dapat diselesai-kan dg cara sbb: a. Buat persamaan linear menjadi dalam bentuk perkalian matriks. 5 3 x1 = 30 6 -2 x2 8 x d A b. Cari nilai det (A); det A = -28 c. Dapatkan matiks A1 yaitu matriks A dengan mengganti lajur ke-1 dengan vektor d. Matematika Ekonomi 150 A1 = 30 3 8 -2 d. Dapatkan matriks A2 yaitu matriks A dengan mengganti lajur ke-2 dengan vektor d. A2 = 5 30 6 8 e. Cari det A1 dan det A2; det A1 = -84; det A2 = -140 f. Nilai x1 = det A1/det A, dan x2 = det A2/A. x1 = -84/-28 = 3; x2 = -140/-28 = 5. Matematika Ekonomi 151 Contoh 2 7 -1 -1 x1 = 0 10 -2 1 x2 8 6 3 -2 x3 7 x d A a. Det A = -61 b. Det A1 = 0 -1 -1 = -61; det A2 = 7 0 -1 = -183 8 -2 1 10 8 1 7 3 -2 6 7 -2 det A3 = 7 -1 0 = -244 10 -2 8 6 3 7 Matematika Ekonomi 152 MATRIKS KEBALIKAN Jika A = (aij)n.n maka matriks kebalikannya dicatat sebagai A-1. Cara mencari matriks kebalikan: a. Dengan matriks adjoint b. Dengan transformasi penyapuan c. Dengan metode Doolittle Matematika Ekonomi 153 Mencari matriks kebalikan dengan matiks adjoint Umpamakan dibicarakan matiks A = a11 a12 a13 a21 a22 a23 a31 a32 a33 Untuk mencari matriks kebalikannya ditempuh langkah-langkah sbb: a. Mencari minor setiap unsur apq atau Mpq, dimana p=q = 1, 2, 3. (baris = p, lajur = q = 1, 2, 3) Definisi: Minor unsur apq adalah determinan anak matriks dengan menghapus baris p dan lajur q. Jadi M11 dihitung dengan cara berikiut: Matematika Ekonomi 154 a11 a12 a13 a21 a22 a23 a31 a32 a33 Minor unsur a11 = M11 = a22 a23 = a22a33 – a23a32 a32 a33 Minor unsur a12 = M12 = a21 a23 = a21a33 – a23a31 a31 a33 Minor unsur a13 = M13 = a21 a22 a31 a32 = a21a32 – a22a31 Matematika Ekonomi 155 Minor unsur a21 = M21 = a12 a13 = a12a33 – a13a32 a32 a33 Minor unsur a22 = M22 = a11 a13 = a11a33 – a13a31 a31 a33 Minor unsur a23 = M23 = a11 a12 a31 a32 = a11a32 – a12a31 Matematika Ekonomi 156 Minor unsur a31 = M31 = a12 a13 = a12a23 – a13a22 a21 a23 Minor unsur a32 = M32 = a11 a13 = a11a23 – a13a21 a21 a23 Minor unsur a33 = M33 = a11 a12 a21 a22 = a11a22 – a12a21 Matematika Ekonomi 157 b. Kofaktor. Kofaktor unsur apq ialah αpq = (-1)p+qMpq. Kofaktor unsur a11 = α11 = (-1)1+1M11 Kofaktor unsur a12 = α12 = (-1)1+2M12 Kofaktor unsur a13 = α13 = (-1)1+3M13 Kofaktor unsur a21 = α21 = (-1)2+1M21 Kofaktor unsur a22 = α22 = (-1)2+2M22 Kofaktor unsur a23 = α23 = (-1)2+3M23 Kofaktor unsur a31 = α31 = (-1)3+1M31 Kofaktor unsur a32 = α32 = (-1)3+2M32 Kofaktor unsur a33 = α33 = (-1)3+3M33 Matematika Ekonomi 158 Setelah dapat kofaktor dari setiap unsur, susunlah matriks kofaktor K: K = α11 α12 α13 α21 α22 α23 α31 α32 α33 Matriks kebalikan dari A = A-1 = (1/det A)(K’) Perhatikan, kofaktor unsur sebenarnya hanya soal tanda dari minor sauté unsur. Jika indeksnya genap, tandanya + dan jika indeksnya ganjil, tandanya negatip. Matematika Ekonomi 159 Contoh: Cari matriks kebalikan dari B = 4 1 -1 0 3 2 3 0 7 Matriks kofaktor K= 3 2 0 2 0 3 = 21 6 -9 0 7 3 7 3 0 -7 31 3 1 -1 4 -1 4 1 5 -8 12 - - - 0 7 3 7 3 0 1 -1 4 -1 4 1 0 2 0 3 - 3 2 Matematika Ekonomi 160 Matriks putaran K = K’ = 21 -7 5 6 31 -8 -9 3 12 Matriks kebalikan = B-1 adalah: (1/det B)K’. det (B) = (4)(3)(7) + (1)(2)(3) + (0)(0)(-1) -(-1)(3)(3) -(2)(0)(4) -(1)(0)(7) = 99 B-1 = (1/99) 21 -7 5 Matematika Ekonomi 6 31 -8 -9 3 12 161 Untuk menguji, maka: BB-1 = I 4 1 -1 21/99 -7/99 5/99 = 1 0 0 0 3 2 6/99 31/99 -8/99 0 1 0 3 0 7 -9/99 3/99 12/99 0 0 1 B B-1 Matematika Ekonomi I 162 PENGGUNAAN MATRIKS KEBALIKAN DALAM EKONOMI (INPUT – OUTPUT Analysis) Dalam analisis ekonomi dikenal keterkaitan antar industri (atau sektor industri). Artinya output suatu sektor dipakai untuk memenuhi sektor lain, dan memenuhi permintaan akhir rumah tangga, pemerintah, pembentukan modal maupun ekspor. Sementara Input suatu sektor dibeli dari sektor lain. Matematika Ekonomi 163 Dalam analisis ekonomi, sering hubungan antar satu sektor dgn sektor lain dinyatakan dengan himpunan persamaan linear. Contoh analisis input-output Leontief. Dengan notasi matriks model I-O sbb: AX + F = X atau X - AX = F atau (I – A)X = F pers matriks Leontief X = F/(I - A) = (I – A)-1. F. Matriks kebalikan Leontief Matematika Ekonomi 164 0.2 0.3 0.2 , x1 , 0.4 0.1 0.2 x2 5 0.1 0.3 0.2 x3 6 x F A 10 Mis. Sektor perekonomian terdiri dari 3 sekt. Pert, Ind, dan Jasa. 1 0 0 - 0.2 0.3 0.2 = 0.8 -0.3 -0.2 0 1 0 0.4 0.1 0.2 -0.4 0.9 -0.2 0 0 1 0.1 0.3 0.2 -0.1 -0.3 I 0.8 A 0.8 -0.3 -0.2 x1 = 10 -0.4 0.9 -0.2 x2 5 -0.1 -0.3 x3 6 I-A 0.8 x Ekonomi Matematika F 165 Matriks Kofaktor dari (I – A) adalah M11 -M12 M13 = 0.66 0.34 0.21 , K’ = 0.66 0.30 0.24 -M21 M22 -M23 0.30 0.62 0.27 0.34 0.62 0.24 M31 -M32 M33 0.24 0.24 0.60 0.21 0.27 0.60 (I – A)-1 = 1/(det (I-A)K’ = 1 0.66 0.30 0.24 0.384 0.34 0.62 0.24 0.21 0.27 0.60 = 1.72 0.78 0.63 = R 0.90 1.61 0.63 0.55 0.70 1.56 Matematika Ekonomi 166 Arti dari matriks kebalikan Leontief: Mis r12 = 0.78, artinya untuk menopang setiap permintaan akhir akan produk Industri, harus diproduksi sebanyak 0.78 satuan produk pertanian. R23 = 0.68, artinya untuk menopang setiap permintaan akhir akan produk Jasa, maka harus diproduksi sebanyak 0.68 satuan produk Industri. Matematika Ekonomi 167 Vektor x adalah vektor permintaan akhir yaitu: (I – A)-1F X = x1 = 1/0.384 [0.66(10) + 0.30(5) + 0.24(6)] = 24.84 x2 1/0.384 [0.34(10) + 0.62(5) + 0.24(6)] = 20.68 x3 1/0.384 [0.21(10) + 0.27(5) + 0.60(6)] = 18.36 Artinya: Berdasarkan permintaan akhir yang ada, maka diramalkan output sektor pertanian, industri dan jasa masingmasing akan menjadi 24.84 satuan, 20.68 satuan dan 18.36 satuan. Dengan analogi yang sama, jika permintaan akhir mau dinaikkan, maka ramalan output tiap sektor dapat diketahui. Matematika Ekonomi 168 Penutup: TUHAN Maha Tahu tetapi tidak pernah memberi tahu ! Mengapa ? Manusia sudah diberi pikiran dan manusia adalah makhluk yang berpikir. Matematika merupakan sarana berpikir Matematika Ekonomi 169