Test I MA 2281 Matematika Diskrit Hari,Tanggal: Senin, 7 Maret 2005 Waktu: 100 Menit Semester: II, 2004/2005 Departemen Matematika Institut Teknologi Bandung Solusi No. 1. (Metoda pembuktian) Misalkan n bilangan bulat dan n3 + 5 bilangan ganjil. Akan dibuktikan n bilangan genap, dengan menggunakan kontradiksi. Andaikan n bilangan ganjil, maka n dapat dituliskan sebagai n = 2k + 1, untuk suatu k bilangan bulat. Maka n3 + 5 = (2k+1)3 + 5 = (8k3 + 10k2 + 6k + 1) + 5 = 8k3 + 10k2 + 6k + 6 = 2 (4k3 + 5k2 + 3k + 3) Karena 4k3 + 5k2 + 3k + 3 bilangan bulat, maka n3 + 5 merupakan bilangan genap. Kontradiksi dengan fakta bahwa n3 + 5 bilangan ganjil. Akibatnya, pengandaian salah, dan haruslah n merupakan bilangan genap. No. 2. (Strategi pembuktian) Karena 2x2 > 14 bila |x| 3 dan 5y2 > 14 bila |y| 2, maka kasus tersisa yang harus diperiksa adalah untuk x = -2, -1, 0, 1, 2 dan y = -1, 0, 1. Untuk nilai x tersebut diperoleh 2x2 = 0, 2, atau 8; sedangkan untuk y berlaku 5y2 = 0 atau 5. Jadi nilai maksimum dari 2x2 + 5y2 = 13. Dengan demikian tidak ada bilangan bulat x dan y yang memenuhi 2x2 + 5y2 = 14. Ujian Tengah Semester I MA 2281 Matematika Diskrit Hari,Tanggal: Rabu, 17 Maret 2004 Waktu: 100 Menit Semester: II, 2003/2004 Departemen Matematika Institut Teknologi Bandung No. 3. (Formulasi conjecture dan buktinya) Setelah menyelidiki jumlah deret untuk nilai-nilai n yang kecil, diperoleh dugaan bahwa 1 1 1 1 2n 1 n 2 4 8 2 2n Pernyataan di atas akan dibuktikan dengan menggunakan induksi matematika. Misalkan P(n) adalah proposisi Untuk n=1, 1 1 1 1 2n 1 . n 2 4 8 2 2n 1 21 1 1 . Jadi, P(1) benar. 2 2 Asumsikan P(k) bernilai benar, yaitu 1 1 1 1 2k 1 k 2 4 8 2 2k akan dibuktikan P(k+1) juga benar. 1 1 1 1 1 1 2k 1 1 1 1 1 k 1 k k 1 k 1 k 2 4 8 2 2 2 2 2 2 4 8 2(2 k 1) 1 (2 k 1 2) 1 2 k 1 1 2 k 1 2 k 1 2 k 1 Jadi, kebenaran P(k) mengakibatkan kebenaran P(k+1). Kesimpulannya, P(n) benar untuk semua n bilangan asli, atau 1 1 1 1 2n 1 n . 2 4 8 2 2n Ujian Tengah Semester I MA 2281 Matematika Diskrit Hari,Tanggal: Rabu, 17 Maret 2004 Waktu: 100 Menit Semester: II, 2003/2004 Departemen Matematika Institut Teknologi Bandung No. 4. (Induksi Matematika) Gunakan induksi matematika untuk membuktikan bahwa jika n bilangan bulat positif maka turunan dari fungsi f(x) = xn adalah sama dengan n xn-1. Misalkan P(n) adalah proposisi “turunan dari fungsi f(x) = xn adalah n xn-1”. Jika n=1 maka f(x) = x dan turunannya, f’(x) = 1 = 1 . x1-1” Jadi, P(1) bernilai benar. Kita asumsikan P(k) benar, artinya “turunan dari fungsi f(x) = xk adalah k xk-1”. Akan ditunjukkan P(k+1) juga bernilai benar, yaitu akan ditunjukkan “turunan dari fungsi f(x) = xk+1 adalah (k+1) x(k+1)-1”. Karena f(x) = xk+1 = x . xk, kita dapat menggunakan aturan perkalian untuk menurunkan f(x). Dx[f(x)] = Dx[x . xk] = Dx[x] . xk + x . Dx[xk] = 1 . xk + x . k xk-1 (karena P(1) dan P(k) bernilai benar) = xk + k xk = (k+1) x(k+1)-1 Jadi, kebenaran P(k) mengakibatkan kebenaran P(k+1). Kesimpulannya, P(n) benar untuk semua n bilangan bulat positif, atau “turunan dari fungsi f(x) = xn adalah n xn-1”. Ujian Tengah Semester I MA 2281 Matematika Diskrit Hari,Tanggal: Rabu, 17 Maret 2004 Waktu: 100 Menit Semester: II, 2003/2004 Departemen Matematika Institut Teknologi Bandung No. 5. (Rekursi) a. Misalkan n bilangan bulat positif, maka definisi rekursif dari fungsi dapat ditulis sebagai f(0) = 0, f(1) = 1, dan f(n+1) = ½ f(n), untuk n≥1. Dugaan formula untuk f(n) adalah f (n) 1 , n 1 dan f(0) = 0, yang akan 2 n 1 dibuktikan dengan menggunakan induksi matematika. Misalkan P(n) adalah proposisi “fungsi f yang didefinisikan secara rekursif seperti 1 di atas, dapat dinyatakan secara eksplisit sebagai f (n) n 1 , n 1 dan f(0) = 0”. 2 Untuk n= 0, f (0) 0 (berdasarkan definisi dari fungsi f). Jadi, P(0) benar. 1 Untuk n= 1, f (1) 11 1 . Jadi, P(1) benar. 2 1 1 Untuk n= 2, f (1) 21 2 , sedangkan menurut definisi fungsi secara rekursif, 2 2 f(2) = ½ f(2) = ½. Jadi, P(2) juga benar. Asumsikan P(k) benar, dengan kata lain, f (k ) 1 2 k 1 Akan dibuktikan P(k+1) juga benar, yaitu f (k 1) . 1 . 2 1 1 1 1 Berdasarkan definisi rekursif dari fungsi, f (k 1) f (k ) k 1 ( k 1) 1 . 2 2 2 2 Jadi, jika P(k) benar maka P(k+1) juga benar. ( k 1) 1 Dengan demikian, P(n) benar untuk semua n bilangan cacah, sehingga fungsi f yang didefinisikan secara rekursif seperti di atas, dapat dinyatakan 1 secara eksplisit sebagai f (n) n 1 , n 1 dan f(0) = 0. 2 Ujian Tengah Semester I MA 2281 Matematika Diskrit Hari,Tanggal: Rabu, 17 Maret 2004 Waktu: 100 Menit Semester: II, 2003/2004 Departemen Matematika Institut Teknologi Bandung b. Akan ditunjukkan bahwa barisan an = 2n + 1, n=1,2,… dapat didefinisikan secara rekursif sebagai a1 = 3 dan an+1 = an + 2 untuk n=1,2,… dengan menggunakan induksi struktural. Untuk n=1, jelas bahwa a1 = 3= 2.1 + 1. Misalkan ak = 2k + 1, akan dibuktikan bahwa suku selanjutnya dari barisan, yaitu ak+1 yang diperoleh melalui proses rekursif, juga memenuhi definisi eksplisit dari barisan an. Dari definisi rekursif, ak+1 = ak + 2 = (2k + 1) + 2 (berdasarkan hipotesa induksi) = 2(k + 1) + 1 Jadi, semua suku barisan yang diperoleh dari definisi rekursif di atas mempunyai rumus eksplisit an = 2n + 1. Dengan demikian, a1 = 3 dan an+1 = an + 2 untuk n=1,2,… merupakan definisi rekursif dari barisan an = 2n + 1.