8,9,10,11-INDUKSI MATEMATIK ,DAN BILANGAN BULAT1

Oleh:
Sri Supatmi,S.Kom
Rinaldi Munir, Matematika Diskrit
7/21/2017
1



1.
2.

Metode pembuktian untuk pernyataan perihal bilangan bulat
adalah induksi matematik.
Cara pembuktian induksi matematik
Untuk membuktikan pernyataan ini, kita hanya perlu
menunjukkan bahwa:
p(a) benar , dan
 Langkah ini disebut basis induksi
untuk semua bilangan bulat positif n  a, jika p(n) benar
maka p(n + 1) juga benar.

Langkah ini disebut langkah induksi

Langkah induksi berisi asumsi (andaian) yang menyatakan
bahwa p(n) dan p(n+1) benar. Asumsi tersebut dinamakan
hipotesis induksi.
Bila sudah ditunjukkan bahwa kedua langkah tersebut benar
maka sudah terbukti bahwa p(n) benar untuk semua bilangan
bulat positif n.
Rinaldi Munir, Matematika Diskrit
7/21/2017
2
1. Gunakan induksi matematik untuk membuktikan bahwa jumlah n buah bilangan
ganjil positif pertama adalah n2.

Penyelesaian:
Deret bil ganjil positif: 1+3+5+…+(2n-1) = n2
(i) Basis induksi: Untuk n = 1, jumlah satu buah bilangan ganjil positif pertama
adalah 12 = 1. Ini benar karena jumlah satu buah bilangan ganjil positif pertama
adalah 1.
(ii) Langkah induksi: Andaikan untuk n  1 pernyataan
p(n) 1 + 3 + 5 + … + (2n – 1) = n2 adalah benar (hipotesis induksi)
[catatlah bahwa bilangan ganjil positif ke-n adalah (2n – 1)].
Kita harus memperlihatkan bahwa p(n+1)
[1 + 3 + 5 + … + (2n – 1)] + (2n + 1) = (n + 1)2 juga benar.
Hal ini dapat kita tunjukkan sebagai berikut:
[1 + 3 + 5 + … + (2n – 1)] + (2n + 1) = n2 + (2n + 1)
= n2 + 2n + 1
= (n + 1)2

Karena langkah basis dan langkah induksi keduanya telah diperlihatkann benar,
maka jumlah n buah bilangan ganjil positif pertama adalah n2.
Rinaldi Munir, Matematika Diskrit
7/21/2017
3
Untuk semua bilangan bulat tidak-negatif n, buktikan dengan induksi matematik
bahwa 20 + 21 + 22 + … + 2n = 2n+1 - 1
 Penyelesaian:
(i) Basis induksi. Untuk n = 0 (bilangan bulat tidak negatif pertama), kita peroleh:
20 = 20+1 - 1.
Ini jelas benar, sebab 20 = 1 = 20+1-1 = 21 – 1 = 2 – 1 = 1
(ii) Langkah induksi. Andaikan bahwa untuk semua bilangan bulat tidak-negatif p(n),
20 + 21 + 22 + … + 2n = 2n+1 - 1
adalah benar (hipotesis induksi). Kita harus menunjukkan bahwa p(n+1) untuk
[20 + 21 + 22 + … + 2n] + 2n+1 = 2(n+1) + 1 – 1 juga benar.
Ini kita tunjukkan sebagai berikut: (20 + 21 + 22 + … + 2n )+ 2n+1
= (20 + 21 + 22 + … + 2n) + 2n+1
= (2n+1 - 1) + 2n+1 (dari hipotesis induksi)
= (2n+1 + 2n+1) - 1
= (2 . 2n+1) - 1
= 2n+2 - 1
= 2(n+1) + 1 - 1
Karena langkah 1 dan 2 keduanya telah diperlihatkan benar, maka untuk semua
bilangan bulat tidak-negatif n, terbukti bahwa 20 + 21 + 22 + … + 2n = 2n+1 - 1

Rinaldi Munir, Matematika Diskrit
7/21/2017
4
1.Misalkan g = {(1,b),(2,c),(3,a)} adalah fungsi dari A ={1,2,3} dan
B={a,b,c,d} dan f={(a,x),(b,y),(c,w),(d,z)} adalah fungsi dari B ke C
={w,x,y,z}.
a.
Tuliskan fog sebagai himpunan pasangan terurut.
b.
Apakan fungsi fog termasuk injektif, surjektif atau bijektif?
2. Buktikan melalui induksi matematik untuk soal berikut:
n( n  1)( n  2)
untuk semua n  1
3
1
1
1
1
n
b.


 ... 

untuk semua n  1
1(2) 2(3) 3(4)
n( n  1)
n 1
n(2n  1)(2n  1)
c.12  32  52  ...  (2 n  1) 2 
untuk semua n  1
3
1  a n 1
2
n
d .(1  a )  a  ...  a 
untuk semua n  1
1 a
3(5n 1  1)
e.3  3.5  3.52  ...  3.5n 
untuk semua n  0
4
a.1(2)  2(3)  ...  n( n  1) 
Rinaldi Munir, Matematika Diskrit
7/21/2017
5
Oleh:
Sri Supatmi,S.Kom
Rinaldi Munir, Matematika Diskrit
7/21/2017
6








Bilangan bulat adalah bilangan yang tidak mempunyai
pecahan desimal, misalnya 8, 21, 8765, -34, 0
Berlawanan dengan bilangan bulat adalah bilangan riil yang
mempunyai titik desimal, seperti 8.0, 34.25, 0.02.
Sifat Pembagian Bilangan Bulat
Misalkan a dan b adalah dua buah bilangan bulat dengan
syarat a  0.
Kita menyatakan bahwa a habis membagi b (“b kelipatan a”)
jika terdapat bilangan bulat c sedemikian sehingga b = ac.
Notasi: a | b jika b = ac, c  Z dan a  0.
(Z = himpunan bilangan bulat)
Contoh: 4 | 12 karena 12/4 = 3 (bilangan bulat) atau 12 = 4 
3.
Tetapi 4 | 13 karena 13 : 4 = 3.25 (bukan bilangan bulat).
Rinaldi Munir, Matematika Diskrit
7/21/2017
7


Algoritma Euclidean adalah algoritma untuk mencari Pembagi
Bersama terbesar (PBB) dari dua buah bilangan bulat.
TEOREMA 1. Misalkan m dan n adalah dua buah bilangan bulat
dengan syarat n > 0. Jika m dibagi dengan n maka terdapat dua
buah bilangan bulat unik q (quotient/hasil bagi) dan r
(remainder/sisa bagi), sedemikian sehingga
m = nq + r
dengan 0  r < n.
 Contoh:
1. 101 dibagi dengan 24 memberikan hasil bagi 4 dan sisa 5 :
berarti m=101; n=24; q = 4 dan r = 5
Sehingga jika dituliskan dengan teorema Euclidean :
101 = 24.4 + 5
2. –22 dibagi dengan 3 memberikan hasil bagi –8 dan sisa 2 :
Sehingga jika dituliskan dengan teorema Euclidean :
–22 = 3(–8) + 2
tetapi –22 = 3(–7) – 1 salah karena r = –1 tidak memenuhi
syarat 0  r < n.
Rinaldi Munir, Matematika Diskrit
7/21/2017
8
Algoritma Euclidean
1. Jika n = 0 maka
m adalah PBB(m, n);
stop.
tetapi jika n  0,
lanjutkan ke langkah 2
2.Bagilah m dengan n
misalkan r adalah sisanya.
dan
3. Ganti nilai m dengan nilai n
dan nilai n dengan nilai r, lalu
ulang kembali ke langkah 1.
Rinaldi Munir, Matematika Diskrit
procedure Euclidean(input m, n : integer,
output PBB : integer)
{ Mencari PBB(m, n) dengan syarat
m dan n bilangan tak-negatif dan m  n
Masukan: m dan n, m  n dan m, n  0
Keluaran: PBB(m, n)
}
Deklarasi
r : integer
Algoritma:
while n  0 do
rm mod n
mn
nr
endwhile
{ n = 0, maka PBB(m,n) = m }
PBBm
7/21/2017
9

Contoh 4. m = 80, n = 12 dan dipenuhi syarat m  n
m  q.n  r
80  6  12  8
12  1  8  4
8  24  0

Sisa pembagian terakhir sebelum 0 adalah 4, maka
PBB(80, 12) = 4.
Rinaldi Munir, Matematika Diskrit
7/21/2017
10




Misalkan a dan b adalah dua buah bilangan bulat tidak nol.
Pembagi bersama terbesar (PBB – greatest common divisor
atau gcd) dari a dan b adalah bilangan bulat terbesar d
sedemikian sehingga d | a dan d | b.
Dalam hal ini kita nyatakan bahwa PBB(a, b) = d.
Contoh
 Faktor pembagi 45: 1, 3, 5, 9, 15, 45;
 Faktor pembagi 36: 1, 2, 3, 4, 9, 12, 18, 36;
 Faktor pembagi bersama dari 45 dan 36 adalah 1, 3, 9
 PBB(45, 36) = 9.
Rinaldi Munir, Matematika Diskrit
7/21/2017
11



Teorema 2. Misalkan m dan n adalah dua buah bilangan bulat
dengan syarat n > 0 sedemikian sehingga m = nq + r
,
0  r < n, maka PBB(m,n) = PBB(n, r)
Jadi, PBB dari m dan n adalah sisa terakhir yang tidak nol dari
runtunan pembagian tersebut
Contoh 3:
 m = 60, n = 18,
q
 60 = 18  3 + 12
r0
 18 = 12.1 + 6
r1
 maka PBB(60, 18) = PBB(18, 12) = 6
Rinaldi Munir, Matematika Diskrit
7/21/2017
12

PBB dua buah bilangan bulat a dan b dapat dinyatakan sebagai kombinasi lanjar
(linear combination) a dan b dengan dengan koefisien-koefisennya.

Teorema 3. Misalkan a dan b adalah dua buah bilangan bulat positif, maka
terdapat bilangan bulat m dan n sedemikian sehingga PBB(a, b) = ma + nb.
Misalnya PBB(80, 12) = 4 , dan 4 = (-1)  80 + 7  12.
80 = 6.12 + 8 …(i)
12 = 1.8 + 4 …(ii)
Pada (ii) 4 = 12 + (-1).8
Pada (i) 8 = 80 + (-6).12
Substitusikan (i) ke (ii) maka 4 = 12 + (-1)(80+(-6).12)
4 = 1.12+ 6.12 + (-1)(80)
4 = 7.12 + (-1)(80)
4 = (-1)(80) + 7.12



Contoh . Nyatakan PBB(60, 18) = 6 sebagai kombinasi lanjar dari 60 dan 18.
Penyelesaian :
60 = 3.18 + 6
18 = 3.6 + 0
6 = 60 + (-3).18
Sehingga
PBB(60, 18) = 6 = 60 + (-3).18
Rinaldi Munir, Matematika Diskrit
7/21/2017
13


Dua buah bilangan bulat a dan b dikatakan relatif prima jika
PBB(a, b) = 1.
Jika a dan b relatif prima, maka terdapat bilangan bulat m dan n
sedemikian sehingga ma + nb = 1
Contoh
Bilangan 20 dan 3 adalah relatif prima karena PBB(20, 3) =1, atau
dapat ditulis 2 . 20 + (–13) . 3 = 1
dengan m = 2 dan n = –13.
atau
 Faktor pembagi 20: 1, 2,4, 5,10,20;
 Faktor pembagi 3: 1, 3
 Faktor pembagi bersama dari 20 dan 3 adalah 1
 Sehingga PBB(45, 36) = 9.
Tetapi 20 dan 5 tidak relatif prima karena PBB(20, 5) = 5  1
sehingga 20 dan 5 tidak dapat dinyatakan dalam m . 20 + n . 5 = 1.

Rinaldi Munir, Matematika Diskrit
7/21/2017
14

Misalkan a adalah bilangan bulat dan m adalah bilangan bulat > 0.

Operasi a mod m (dibaca “a modulo m”) memberikan sisa jika a dibagi
dengan m.

Notasi: a mod m = r sedemikian sehingga
a = mq + r, dengan 0  r < m.

Bilangan m disebut modulus atau modulo, dan hasil aritmetika modulo
m terletak di dalam himpunan {0, 1, 2, …, m – 1}
Rinaldi Munir, Matematika Diskrit
7/21/2017
15

Beberapa hasil operasi dengan operator modulo:
(i) 23 mod 5 = 3
(23 = 5  4 + 3)
(ii) 27 mod 3 = 0
(27 = 3  9 + 0)
(iii) 6 mod 8 = 6
(6 = 8  0 + 6)
(iv) 0 mod 12 = 0
(0 = 12  0 + 0)
(v) – 41 mod 9 = 4
(–41 = 9 (–5) + 4)
(vi) – 39 mod 13 = 0
(–39 = 13(–3) + 0)

Penjelasan untuk (v):
Karena a negatif, bagi |a| dengan m mendapatkan sisa r’.
Maka a mod m = m – r’ bila r’  0.
Jadi r =|– 41| mod 9 = 5, sehingga -41 mod 9 = 9 – 5 = 4



Rinaldi Munir, Matematika Diskrit
7/21/2017
16
(a) Misalkan m = –101 dan n = 11.
Nyatakan m dan n dalam m = nq + r
–101 = 11 q + r
Cara lain:
r = –101 mod 11
q = -101 div 11 = -10
= 11 – (|–101| mod 11)
-101=11.q + r
= 11 – 2
-101=11.(-10) + r
=9
-101=-110+r
–111
= 11 q + 9
r = -111+110 = 9
q = (–101 – 9) 11
Sehingga
= –10
-101 = 11.(-10) + 9
–101= 11 (–11) + 10
 (b) Berapa –101 mod 13?
–101 mod 13
= 13 – (|–101| mod 13)
= 13 – 10
r=3

Rinaldi Munir, Matematika Diskrit
7/21/2017
17

Misalkan a dan b adalah bilangan bulat dan m adalah bilangan
> 0, maka a  b (mod m) jika m habis membagi a – b.

Jika a tidak kongruen dengan b dalam modulus m, maka
ditulis a / b (mod m) yaitu m tidak habis membagi a-b.

Kekongruenan a  b (mod m) dapat pula dituliskan dalam
hubungan a = b + km yang dalam hal ini k adalah bilangan
bulat.

Sehingga a-b = km atau a  b (mod m)
Rinaldi Munir, Matematika Diskrit
7/21/2017
18
17  2 (mod 3)
( 3 habis membagi 17 – 2 = 15)
–7  15 (mod 11)
(11 habis membagi –7 – 15 = –22)

12 / 2 (mod 7)
(7 tidak habis membagi 12 – 2 = 10 )

–7 / 15 (mod 3)
(3 tidak habis membagi –7 – 15 = –22)


Rinaldi Munir, Matematika Diskrit
7/21/2017
19
Berdasarkan definisi aritmetika modulo, kita dapat
menuliskan a mod m = r sebagai
a  r (mod m)
 Beberapa hasil operasi dengan operator modulo berikut:
(i) 23 mod 5 = 3
dapat ditulis sebagai 23  3 (mod 5)
(ii) 27 mod 3 = 0
dapat ditulis sebagai 27  0 (mod 3)
(iii) 6 mod 8 = 6
dapat ditulis sebagai 6  6 (mod 8)
(iv) 0 mod 12 = 0
dapat ditulis sebagai 0  0 (mod 12)
(v) – 41 mod 9 = 4 dapat ditulis sebagai –41  4 (mod 9)
(vi) – 39 mod 13 = 0 dapat ditulis sebagai – 39  0 (mod 13)

Rinaldi Munir, Matematika Diskrit
7/21/2017
20

Misalkan m adalah bilangan bulat positif.
1. Jika a  b (mod m) dan c adalah sembarang bilangan bulat
maka
(i) (a + c)  (b + c) (mod m)
(ii) ac  bc (mod m)
(iii) ap  bp (mod m) untuk suatu bilangan
bulat tak negatif p.
2. Jika a  b (mod m) dan c  d (mod m), maka
(i) (a + c)  (b + d) (mod m)
(ii) ac  bd (mod m)
Rinaldi Munir, Matematika Diskrit
7/21/2017
21

Jika a dan m relatif prima dan m > 1, maka kita dapat menemukan
balikan (invers) dari a modulo m.

Balikan dari a modulo m adalah bilangan bulat sedemikian sehingga
a  1 (mod m)
Contoh: Tentukan balikan dari 4 (mod 9)
Penyelesaian:
Karena PBB(4, 9) = 1, maka balikan dari 4 (mod 9) ada.
Dari algoritma Euclidean diperoleh bahwa
9=24+1
Susun persamaan di atas menjadi
–2  4 + 1  9 = 1
Dari persamaan terakhir ini kita peroleh –2 adalah
balikan dari 4 modulo 9.
Periksalah bahwa
–2  4  1 (mod 9) (9 habis membagi –2  4 – 1 = –9)
Rinaldi Munir, Matematika Diskrit
7/21/2017
22


Kekongruenan lanjar adalah kongruen yang berbentuk
ax  b (mod m)
dengan m adalah bilangan bulat positif, a dan b sembarang
bilangan bulat, dan x adalah peubah bilangan bulat.
Nilai-nilai x dicari sebagai berikut: ax = b + km
yang dapat disusun menjadi
b  km
x
a
dengan k adalah sembarang bilangan bulat. Cobakan untuk k
= 0, 1, 2, … dan k = –1, –2, … yang menghasilkan x sebagai
bilangan bulat.
Rinaldi Munir, Matematika Diskrit
7/21/2017
23

Rinaldi Munir, Matematika Diskrit
7/21/2017
24

Rinaldi Munir, Matematika Diskrit
7/21/2017
25
1.Cari bilangan bulat q dan r sehingga m = n.q +r
a.
m = 63, n = 7
b.
m = -215, n = 8
c.
m = 78, n = 5
d.
m = -107, n = 6
2. Perhatikan bahwa jika a  b(mod m) dan c adalah sembarang
bilangan bulat, maka a  c  b  c(mod m) ?
3. Misalkan m,n, dan c adalah bilangan bulat. Tunjukkan bahwa c
adalah pembagi bersama terbesar dari m dan n, maka c|(m-n)
?
Rinaldi Munir, Matematika Diskrit
7/21/2017
26
Rinaldi Munir, Matematika Diskrit
7/21/2017
27