garis dan bidang dalam ruang euclid berdimensi n

64
GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N SKRIPSI Diajukan dalam rangka menyelesaikan Studi Strata Satu untuk mencapai gelar Sarjana Sains Oleh Nama : M SOLIKIN ADRIANSAH NIM : 4150402019 Program Studi : Matematika S1 Jurusan : Matematika FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG 2006

Upload: ngothuan

Post on 28-Dec-2016

269 views

Category:

Documents


3 download

TRANSCRIPT

Page 1: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID

BERDIMENSI N

SKRIPSI

Diajukan dalam rangka menyelesaikan Studi Strata Satu

untuk mencapai gelar Sarjana Sains

Oleh

Nama : M SOLIKIN ADRIANSAH

NIM : 4150402019

Program Studi : Matematika S1

Jurusan : Matematika

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG

2006

Page 2: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

ii

ABSTRAK

M Solikin Adriansah, Garis dan Bidang Dalam Ruang Euclid Berdimensi N, Semarang, Skripsi, Jurusan Matematika, Fakultas Matematika dan Ilmu

Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Semarang 2006

Sistem geometri yang dipelajari dari sekolah dasar hingga sekolah menengah merupakan suatu sistem geometri yang dikembangkan oleh Euclides, sehingga dinamakan Geometri Euclid atau dapat disebut dengan Geometri seperti yang kita kenal sekarang. Meskipun pada tingkatan universitas diperkenalkan sistem lain dari geometri yaitu geometri non-euclid.

Gagasan digunakannya pasangan bilangan terurut lebih dari tiga atau dalam ruang dimensi-3, karena para ahli matematika dan fisika menyadari bahwa tidak harus berhenti pada ganda tiga. Diakui bahwa bahwa bilangan – bilangan ganda empat ( ) a ,a ,a ,a 4321 dapat dikorespondensikan sebagai titik – titik dalam ruang dimensi-4 dan seterusnya.

Garis dan bidang merupakan obyek yang cukup penting untuk dibahas dan menjadi pijakan awal dari geometri, sehingga konsep garis dan bidang sering digunakan dalam geometri. Perluasan garis dan bidang pada ruang yang melebihi dimensi-3 dapat dilakukan yaitu dengan bekerja melalui sifat – sifat analitisnya dan bukan melalui sifat – sifat geometris.

Simpulan dari penulisan ini adalah bahwa persamaan garis lurus (real line) di nR merupakan suatu persamaan parametrik yang berbentuk taX nnn α+= . Bidang datar dalam nR merupakan suatu bidang datar-n (hyperplane) yang memiliki persamaan 2 a a,x = .

Page 3: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

iii

HALAMAN PENGESAHAN

Page 4: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

iv

MOTTO dan PERSEMBAHAN

MOTTO

Ilmu itu lebih cantik dari mangkuk yang cantik,

orang yang menuntut ilmu itu lebih manis dari

madu, dan ber’amal dengan ilmu yang dimiliki itu

lebih sulit dari meniti sehelai rambut. (Usman bin

Affan)

Sebaik – baik isteri adalah jika kamu memandangnya

membuat hatimu senang, jika kamu perintah dia

mentaatimu, dan jika kamu tinggal maka dia akan

menjaga untukmu harta dan dirinya. ( Ibnu Jahir)

PERSEMBAHAN

Bapak dan Mamah yang memberikan

doa dan kasih sayangnya.

M’Lel, Bekti, Drajat dan Ayu .

Someone in Somewhere, Wait me.

Adit, Pirlo, Bira, dan Pilar

“capek”.

Fina, Asih, Isti, Diana, Cahya

dan Dewi.

M’ Tamie dan Ida.

Raras thanks for everything.

Teman – teman ’02. Ayo berjuang!

Page 5: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

v

KATA PENGANTAR

Segala puji hanya bagi ALLAH SWT atas segala limpahan rahmat

dan hidayah-Nya, sehinggga dapat menyelesaikan skripsi ini dengan judul “

GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N “.

Terselesaikannya skripsi ini tidak lepas dari bantuan berbagai

pihak, oleh karena itu disampaikan ucapan terima kasih kepada:

1. Prof. Dr. A. T. Soegito, SH, MM, Rektor Universitas Negeri Semarang.

2. Drs. Kasmadi Imam S, M. S, Dekan FMIPA UNNES.

3. Drs. Supriyono, M. Si, Ketua Jurusan Matematika FMIPA UNNES.

4. Drs. Suhito, M. Pd, Dosen pembimbing utama yang telah membimbing dan

memberikan masukan dalam penulisan skripsi.

5. Drs. Amin Suyitno, M. Pd, Dosen pembimbing pendamping yang telah

membimbing dan memberikan masukan dalam penulisan skripsi ini.

6. Bapak dan Mamah yang selalu mendoakan.

7. Kakakku terima kasih atas bantuannya semoga aku dapat melakukan hal yang

sama.

8. Teman – teman angkatan 2002 yang memberikan semangat untuk terus

berjuang dalam menyelesaikan skripsi ini.

9. Semua pihak yang tidak dapat kami sebutkan satu persatu yang telah

membantu terselesaikannya skripsi ini.

Page 6: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

vi

Bagaimanapun penulisan skripsi ini setidaknya dapat membantu

bagi pembaca, oleh karena itu dengan segala kerendahan hati penulis menerima

kritik dan saran. Semoga penulisan skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi

pembaca.

Semarang, September 2006

Penulis

Page 7: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

vii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ..............................................................................................i

ABSTRAK .............................................................................................................ii

HALAMAN PENGESAHAN ..............................................................................iii

MOTTO dan PERSEMBAHAN .........................................................................iv

KATA PENGANTAR ...........................................................................................v

DAFTAR ISI ........................................................................................................vii

BAB I PENDAHULUAN .........................................................................1

A. Latar Belakang Masalah ............................................................1

B. Permasalahan .............................................................................4

C. Tujuan Penulisan .......................................................................3

D. Manfaat Penulisan .....................................................................5

E. Penegasan Istilah .......................................................................6

F. Sistematika Skripsi ....................................................................7

BAB II LANDASAN TEORI .................................................................10

A. Ruang Linear ...........................................................................11

1. Ruang Linear .....................................................................11

2. Ruang Bagian dari Ruang Linear ......................................23

3. Ruang Linear Bernorma ....................................................23

4. Ruang Inner Product .........................................................25

B. Ruang Vektor .........................................................................12

1. Ruang Vektor ....................................................................11

Page 8: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

viii

2. Hasil Kali Dalam dan Norm ..............................................23

C. Ruang Metrik ..........................................................................13

BAB III METODE PENELITIAN ...........................................................20

A. Kajian Pustaka .........................................................................11

B. Perumusan Masalah ................................................................12

C. Pemecahan Masalah ................................................................23

D. Penarikan Simpulan ................................................................56

BAB IV PEMBAHASAN ...........................................................................40

A. Titik .........................................................................................11

B. Garis Lurus Real .....................................................................12

1. Persamaan Garis lurus-n ...................................................22

2. Sudut Antara Dua Garis Lurus-n .......................................33

3. Jarak Titik terhadap Garis Lurus-n ...................................36

4. Jarak Antara Dua garis Lurus-n ........................................36

C. Bidang Datar-n ........................................................................13

1. Persamaan Bidang Datar-n ................................................22

2. Persamaan Hesse Bidang Datar-n .....................................33

3. Jarak Titik terhadap Bidang Datar-n .................................23

4. Kedudukan Dua Bidang Datar-n .......................................23

BAB V PENUTUP ......................................................................................45

A. Simpulan ...........................................................................11

B. Saran ..................................................................................22

DAFTAR PUSTAKA ..........................................................................................22

Page 9: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah

Kata “ geometri ” berasal dari bahasa Yunani yang berarti “

ukuran bumi “. Maksudnya mencakup segala sesuatu yang ada di bumi.

Geometri kuno sebagian dimulai dari pengukuran praktis yang diperlukan

untuk pertanian orang-orang Babylonia dan Mesir. Kemudian hal tersebut

diperluas untuk perhitungan panjang ruas garis, luas dan volum. Hasil-

hasil ini sering dinyatakan sebagai deret arimetika yang secara empiris

tidak benar (Wallace dalam Mulyati, 1).

Menurut tradisi, mempelajari geometri penting karena geometri

telah menjadi alat utama untuk mengajar seni berpikir. Dengan

berjalannya waktu, geometri telah berkembang menjadi pengetahuan yang

disusun secara menarik dan logis. Geometri terutama terdiri dari

serangkaian pernyataan tentang titik-titik, garis-garis, dan bidang-bidang,

dan juga planar (proyeksi bidang) dan benda-benda padat. Geometri

dimulai dari istilah-istilah yang tidak terdefinisikan, definisi-definisi,

aksioma-aksioma, postulat-postulat dan selanjutnya teorema-teorema.

Berdasarkan sejarah, geometri telah mempunyai banyak

penerapan yang sangat penting, misalnya dalam mensurvei tanah,

pembangunan jembatan, pembangunan stasiun luar angkasa dan lain

sebagainya.

Page 10: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

2

Geometri adalah sistem pertama untuk memahami ide. Dalam

geometri beberapa pernyataan sederhana diasumsikan, dan kemudian

ditarik menjadi pernyataan-pernyataan yang lebih kompleks. Sistem

seperti ini disebut sistem deduktif. Geometri mengenalkan tentang ide

konsekuensi deduktif dan logika yang dapat digunakan sepanjang hidup.

Dalam mendefinisikan sebuah kata, pertama digunakan kata yang

lebih sederhana kemudian kata yang lebih sederhana ini pada gilirannya

didefinisikan menjadi kata yang lebih sederhana lagi, sehingga pada

akhirnya, proses tersebut akan berakhir. Pada beberapa tingkatan, definisi

harus menggunakan sebuah kata yang artinya sudah sangat jelas, ini

dikarenakan agar artinya diterima tanpa memerlukan definisi lagi, dengan

kata lain dapat disebut dengan istilah tak terdefinisikan (undefined term).

Garis dan bidang merupakan salah satu contoh dari istilah tak

terdefinisikan yang menjadi pijakan awal dari geometri, sehingga konsep

garis dan bidang sering digunakan dalam geometri. Misalnya adalah

perpotongan dari dua bidang akan menghasilkan sebuah garis yang

terletak pada dua bidang yang saling berpotongan. Kubus, balok dan lain

sebagainya merupakan kumpulan dari bidang – bidang, walaupun bidang

merupakan perpotongan dari beberapa garis. Dari contoh di atas dapat

dipahami bahwa garis dan bidang merupakan faktor dasar geometri,

tentunya dengan tidak melupakan bahwa titik juga merupakan dasar dari

geometri.

Page 11: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

3

Sistem dari geometri yang dipelajari dari sekolah dasar hingga

menengah merupakan geometri yang didasarkan atas postulat ataupun

aksioma yang dikemukakan oleh Euclides yang biasa disebut geometri

euclid, meskipun pada tingkat universitas diperkenalkan sistem lain dari

geometri yaitu geometri non-euclid. Gagasan digunakannya pasangan

bilangan terurut lebih dari tiga, karena para ahli matematika dan fisika

menyadari bahwa tidak harus berhenti pada ganda tiga. Diakui bahwa

bilangan ganda empat ( ) a ,a ,a ,a 4321 dapat dianggap sebagai titik pada

ruang dimensi-4, ganda lima ( ) a ,a ,a ,a ,a 54321 sebagai titik pada ruang

dimensi-5 dan seterusnya. Walaupun visualisasi geometrik tidak melebihi

ruang dimensi tiga.

Perluasan garis dan bidang pada ruang yang melebihi dimensi-3

dapat dilakukan yaitu dengan bekerja melalui sifat – sifat analitisnya dan

bukan melalui sifat – sifat geometris. Dari latar belakang di atas maka

judul dari skripisi ini adalah GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG

EUCLID BERDIMENSI N

B. Permasalahan

Permasalahan yang dikaji dalam penulisan ini adalah

1. Bagaimana bentuk dari persamaan garis lurus-n dan bidang datar-n?

2. Bagaimana persamaan kedudukan dua garis lurus-n dan dua bidang

datar-n?

Page 12: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

4

3. Bagaimana persamaan sudut dua garis lurus-n dan dua bidang datar-

n?

4. Bagaimana persamaan jarak antara sebuah titik dengan garis lurus-n

dan jarak antara dua garis lurus-n?

5. Bagaimana persamaan jarak antara sebuah titik dengan bidang datar-

n?

C. Tujuan Penulisan

Tujuan penulisan ini adalah untuk mengetahui persamaan dari

garis lurus-n dan didang datar-n serta relasi yang terkait dengan gair lurus-

n dan bidang datar-n

D. Manfaat Penulisan

Dari hasil penulisan ini diharapkan dapat digunakan sebagai

sumbangan pemikiran bagi mahasiswa Universitas Negeri Semarang,

khususnya Jurusan Matematika yang ingin mengembangkan penulisan ini.

E. Penegasan Istilah

1. Garis

Sebuah garis (garis lurus) dapat dibayangkan sebagai kumpulan

dari titik – titik yang memanjang secara tak terhingga ke kedua arah.

( Kohn, 2003 : 4 )

Page 13: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

5

2. Bidang

Sebuah bidang dapat dianggap sebagai kumpulan titik yang

jumlahnya tak terhingga yang membentuk permukaan rata yang

melebar ke segala arah sampai tak terhingga.

( Kohn, 2003 : 4 )

3. Ruang Euclid Dimensi N

Jika n bilangan bulat positif maka himpunan dari n bilangan real

(x1 ,x 2 ,...,x n ) adalah sebuah titik atau vektor pada dimensi n yang

dinotasikan dengan ( ){ } R x, ... , x, x x, ... , x,x R n21n21n ∈= . Ruang

linear nR dan ruang vektor nR yang dilengkapi oleh suatu inner

product dan dinotasikan dengan { } y ,x ,R n disebut ruang Euclid

dimensi n (Euclidean n-space).

( Ruckle, 1961 : 31 )

F. Sistematika Skripsi

Bab I Pendahuluan

Bab ini berisi tentang latar belakang masalah, penegasan istilah,

permasalahan, tujuan, manfaat dan sistematika dari penulisan

skripsi.

Bab II Landasan Teori

Pada bab ini berisi pokok-pokok, dasar-dasar dan teorema yang

akan digunakan sebagai pedoman dalam pembahasan.

Page 14: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

6

Bab III Metode Penelitian

Bab ini berisi langkah-langkah yang digunakan dalam

penyusunan skripsi ini.

Bab IV Pembahasan

Bab ini berisi garis dan bidang yang terdiri dari persamaan garis

dan bidang, kedudukan dua garis dan dua bidang serta jarak garis

dan bidang dalam ruang Euclid berdimensi n

Bab V Penutup

Bab ini beisi simpulan dan saran yang diperoleh dari hasil

pembahasan.

Page 15: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

BAB II

LANDASAN TEORI

A. Ruang Linear

1. Ruang Linear

Definisi A.1

Sebuah ruang linear atas lapangan F adalah sebuah himpunan

E yang dilengkapi dengan operasi penjumlahan EEE →× dan

operasi perkalian EEF →× dimana kedua operasi tersebut harus

memenuhi aksioma-aksioma berikut.

a. Untuk semua x, y, z di E berlaku ( ) ( ) z.yxzyx ++=++

b. Untuk semua x,y di E berlaku x.yyx +=+

c. Ada elemen identitas 0 di E sehingga x0x =+ untuk setiap x di E.

d. Untuk semua x di E, ada elemen –x di E sehingga ( ) 0x-x =+ .

e. Untuk semua a, b di F dan x di E berlaku ( ) ( )x.abbxa =

f. Untuk semua a, b di F dan x di E berlaku ( ) bx.axxba +=+

g. Untuk semua a di F dan x, y di E berlaku ( ) ay.axyxa +=+

h. Untuk semua x di E berlaku 1x = x.

( Ruckle, 1961 : 31 )

Page 16: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

8

Contoh A.1.1

Selidiki apakah Rn dengan operasi penjumlahan dan perkalian merupakan

ruang linear atas lapangan R.

Penyelesaian :

Rn = R×R×R× ...×R = ( ){ }Rx...,,x, x x...,,x,x n21n21 ∈ .

Ambil sembarang x = (x1 , x 2 ,..., x n ), y = (y1 , y 2 ,..., y n ) dan z = ( z1 ,

z 2 ,..., z n ) nR ∈

a). Jelas x + (y + z) = (x1 , x 2 ,..., x n ) + (y1 , y 2 ,..., y n + z1 , z 2 ,..., z n )

= (x1 + y 1 + z1 , x 2 + y 2 + z 2 , ... , x n + y n + z n )

= (x1 + y 1 , x 2 + y 2 , ... , x n + y n ) + (z1 , z 2 ,..., z n )

= (x + y) + z .

b). Jelas yx × = (x1 , x 2 ,..., x n )× (y1 , y 2 ,..., y n )

= (x1 × y 1 , x 2 × y 2 ,..., x n × y n )

= (y 1 × x1 , y 2 × x 2 ,..., y n × x n )

= xy× .

c). Pilih 0 = (01 , 0 2 ,..., 0 n ) nR∈

Jelas x + 0 = (x1 , x 2 ,..., x n ) + (01 , 0 2 ,..., 0 n )

= 0 + (x1 , x 2 ,..., x n ) = x.

d). Pilih (-x1 , -x 2 ,..., -x n ) nR∈

Jelas x + ( )x− = (x 1 , x 2 ,..., x n ) + (-x1 , -x 2 ,..., -x n )

= (x1 - x1 , x 2 - x 2 ,..., x n - x n ) = 0.

Page 17: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

9

Ambil sembarang a, b R∈

e). ( )bxa = a× ( )n21 bx ,...,bx ,bx

= a× ( )( )n21 x,..., x,xb

= ( )xab .

f). ( )xba + = ( )×+ ba (x 1 , x 2 ,..., x n )

= a× (x1 , x 2 ,..., x n ) + b× (x 1 , x 2 ,..., x n )

= ax + bx.

g). a(x+y) = a ( ) ( ){ } y,...,y,yx,...,x,x n21n21 +

= a × (x1 , x 2 ,..., x n ) + a × (y 1 , y 2 ,..., y n )

= ax + ay.

h). 1x = 1(x1 , x 2 ,..., x n )

= (x1 , x 2 ,..., x n )

= x

Jadi ∀ (x1 , x 2 ,..., x n ), (y 1 , y 2 ,..., y n ) dan ( z1 , z 2 ,..., z n ) nR ∈ dan a, b ∈

R maka Rn merupakan ruang linear atas R.

2. Ruang Bagian dari Ruang Linear

Jika V ruang linear atas F. Jika B φ≠ dan B ⊂ V. B dengan sifat,

untuk setiap vektor x , y di V dan skalar α, β di F berlaku αx + βy di B

maka B disebut ruang bagian dari ruang linear.

( Wuryanto, 2003 : 36 )

Page 18: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

10

Contoh A.1.2

Tunjukan untuk setiap bilangan asli m, n dengan m ≤ n maka Rm

merupakan ruang bagian dari ruang linear terhadap Rn.

Penyelesaian :

Dipunyai Rm = R×R×R× ...×R = ( ){ }Rx...,,x, x x...,,x,x m21m21 ∈ .

Ambil sembarang x = (x1 , x 2 ,..., x m ), y = (y1 , y 2 ,..., y m ) mR ∈ dan ambil

sembarang skalar α, β di R

Jelas Rm merupakan ruang vektor atas Rn sendiri dan untuk setiap x, y di

Rm dan a, b di R sehingga berlaku

α(x 1 , x 2 ,..., x m ) + β(y 1 , y 2 ,..., y m )

= (α x1 + β y 1 , α x 2 + β y 2 , ... , α x m + β y m ) ∈Rn.

Jadi Rm merupakan subruang dari Rn.

3. Ruang Linear Bernorma

Dipunyai V ruang Linear atas R. Jika terdapat fungsi . :V → R

yang memenuhi :

a. αα =x x

b. ≥x 0 dan =x 0 ⇔ x = θ dengan θ vektor nol di V

c. ≤+ yx +x y

maka fungsi . disebut norma pada V.

( Wuryanto, 2003 : 36 )

Page 19: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

11

Contoh A.1.3

Di punyai fungsi Rn → R yang didefinisikan 21n

1i

2ixx ⎟

⎞⎜⎝

⎛= ∑

=

untuk setiap

vektor x = (x1 , x 2 ,..., x n )∈ Rn adalah suatu norm pada ruang euclid Rn.

Tunjukkan fungsi tersebut merupakan suatu norm pada ruang euclid Rn?

Penyelesaian :

Ambil sembarang vektor x = (x1 , x 2 ,..., x n ), y = (y1 , y 2 ,..., y n ),

z = (z1 ,z 2 ,..., z n ) nR∈ dan skalar α ∈R memenuhi:

a. Jelas αα =x x

Karena 21n

1i

2i

221n

1i

2i xxx ⎟

⎞⎜⎝

⎛=⎟

⎞⎜⎝

⎛= ∑∑

==

ααα

xx21n

1i

2i αα =⎟

⎞⎜⎝

⎛= ∑

=

b. ≥x 0 dan 0xx sebab, 0x0x21n

1i

2i ≥⎟

⎞⎜⎝

⎛==⇔= ∑

=

.

( )⇐ jika x = 0 maka x i = 0 untuk setiap i (i = 1, 2,...,n), yang berakibat

21n

1i

2ixx ⎟

⎞⎜⎝

⎛= ∑

=

= 0.

( )⇒ jika 21n

1i

2ixx 0 dipunyai maka 0x ⎟

⎞⎜⎝

⎛=== ∑

=

, sehingga untuk

setiap i dan 0haruslah x n, i 1 2i =≤≤ yang berakibat ix = 0. Karena

x i = 0 untuk setiap i (i = 1, 2,...,n) ini berarati x = 0.

Page 20: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

12

c. ≤+ yx +x y .

Ditunjukan sebagai berikut

Karena untuk setiap i (i = 1, 2,...,n) berlaku

( ) ( )( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) iiiiiiiiiiiiii2

ii yyxxyxyxyxyxyxyx +++=++≤++=+ maka dengan memanfaatkan teorema Cauchy-Shcwarstz didapat

( ) ( ) ( )∑ ∑∑= ==

+++≤+n

1i

n

1iiiiiii

n

1i

2ii yyxxyxyx

( ) ( )21n

1i

2i

21n

1i

2ii

21n

1i

2i

21n

1i

2ii yyxxyx ⎟

⎞⎜⎝

⎛⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛++⎟

⎞⎜⎝

⎛⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛+≤ ∑∑∑∑

====

dalam hal 0yx ii ≠+ maka diperoleh

( )

( )

21n

1i

2i

21n

1i

2i21n

1i

2ii

n

1i

2ii

yxyx

yx⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛+⎟

⎞⎜⎝

⎛≤

⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛+

⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛+

∑∑∑

∑==

=

=

( )21n

1i

2i

21n

1i

2i

21n

1i

2ii yxyx ⎟

⎞⎜⎝

⎛+⎟

⎞⎜⎝

⎛≤⎟

⎞⎜⎝

⎛+⇔ ∑∑∑

===

Dengan kata lain diperoleh ≤+ yx +x y .

Berdasarkan ketiga point a, b dan c maka fungsi Rn → R yang

didefinisikan 21n

1i

2ixx ⎟

⎞⎜⎝

⎛= ∑

=

untuk setiap vektor x = (x1 , x 2 ,..., x n )∈ Rn

adalah ruang linear bernorma.

Page 21: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

13

4. Ruang Hasil Kali Dalam (Inner Product Space)

Dipunyai V ruang linear atas lapangan real R. Jika terdapat

fungsi , :V×V → R sehingga untuk setiap vektor x,y,z ∈ V dan

skalar α∈R memenuhi:

a. xy,yx, =

b. yx,αyαx, =

c. zxyxzyx ,,, +=+

d. 0xx, ≥ dan =⇔= x0xx, θ (θ vektor nol di V)

Sehingga , merupakan ruang inner product.

( Wuryanto, 2003 : 36 )

Contoh A.1.4

nR terhadap perkalian titik yang didefinisikan ∑=

=n

1iii yxyx, merupakan

ruang inner product. Ditunjukan bahwa perkalian titik tersebut adalah

suatu inner product. Dibentuk fungsi , dari RRR nn →× yang

didefinisikan ∑=

=n

1iii yxyx, untuk setiap vektor x = (x1 ,x 2 ,...,x n ), y =

(y 1 , y 2 ,..., y n ) di nR . Fungsi tersebut merupakan suatu inner product

pada nR sebab, untuk setiap vektor x = (x1 ,x 2 ,...,x n ), y = (y 1 , y 2 ,..., y n )

di nR dan skalar real α memenuhi:

a. Jelas xy,yx, = oleh sebab, ∑=

=n

1iii yxyx, = xy,xy

n

1iii =∑

=

.

Page 22: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

14

b. Jelas yx,αyαx, = oleh sebab,

∑=

=n

1iiiyxyx, αα ∑

=

==n

1iii yx,yx αα .

c. Jelas zxyxzyx ,,, +=+

karena ( ) ( ) ∑ ∑∑ ∑= == =

+=+=+=+n

1i

n

1iiiii

n

1i

n

1iiiiiii zxyxzxyxzyx,

izyx

zx,yx, += .

d. 0xx, ≥ oleh sebab .0xxx,n

1i

2i >= ∑

=

Jadi berdasarkan a, b dan c maka nR terhadap perkalian titik yang

didefinisikan ∑=

=n

1iii yxyx, untuk i = 1, 2, ... , n.

B. Ruang Vektor

1. Ruang Vektor

Definisi B.1

Sebuah ruang vektor V adalah sebuah himpunan dari objek x, y,

z, .... yang disebut vektor. Satu vektor yang dikenal dinamakan vektor

nol yang dinotasikan dengan θ. Untuk setiap vektor x dimana dikenal

sebuah vektor –x, dinamakan invers dari x. Aksioma – aksioma yang

mengikuti agar asumsi dari ruang vektor terpenuhi adalah

a. Untuk setiap sepasang vektor x, y dimana penjumlahan vektor dari

x, y dinotasikan x + y. Penjumlahan dari vektor harus memenuhi:

i). __

y x + = __

x y + .

Page 23: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

15

ii). (__y x + ) +

_z =

_x +(

__z y + ).

iii). _

x + 0 = _

x

iv). _

x +(-_

x ) = 0.

b. Untuk setiap skalar k dan setiap vektor x dimana perkalian vektor

dari x oleh k dinotasikan kx. Perkalian vektor oleh skalar harus

memenuhi:

i). k(__y x + )= k

_x + k

_y

ii). (k + j)_x = k

_x + j

_x

iii). (kj) _x = k(j

_x )

iv). 1_x =

_x

Pada b.i) simbol + memiliki dua arti yaitu untuk penjumlahan

skalar dan vektor. Pada b.iii) memiliki dua arti yaitu perkalian dua

skalar atau perkalian sebuah skalar dan sebuah vektor.

( Berberian, 1961 : 1 )

Contoh B.1.1

Tunjukan R n merupakan ruang vektor.

Penyelesaian :

Ambil sembarang x = (x1 , x 2 ,..., x n ), y = (y1 , y 2 ,..., y n ) dan z = (z1 ,

z 2 ,..., z n ) nR ∈

(a) Jelas __

y x + = (x1 , x 2 ,...,x n ) + (y1 , y 2 ,...,y n )

Page 24: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

16

= (x1 y 1 + x 2 y 2 + ... + x n y n )

= (y 1 x 1 + y 2 x 2 + ... + y n x n )

= (y 1 , y 2 ,...,y n ) + (x1 , x 2 ,...,x n )

= __x y + .

(b) (__y x + ) +

_z = ( ) ( )( ) ( )n21n21n21 z ,...,z ,z y ,...,y ,y x,..., x,x ++

= ( ) ( ) ( )( ) z ,...,z ,z y ,...,y ,y x,..., x,x n21n21n21 ++

= ( ) ( ) ( )( ) z ,...,z ,z y ,...,y ,y x,..., x,x n21n21n21 ++

=_x +(

__z y + ).

(c) Pilih 0 = (01 , 0 2 ,..., 0 n ) nR∈

Jelas 0 x_

+ = _x 0 + = (01 , 0 2 ,..., 0 n ) + (x1 , x 2 ,..., x n ) =

_x .

(d) Pilih x− = (-x1 , -x 2 ,..., -x n ) nR∈

Jelas ( )x- x_

+ = (x1 , x 2 ,..., x n ) + (-x1 , -x 2 ,..., -x n )

= (x1 - x1 , x 2 - x 2 ,..., x n - x n ) = 0.

Ambil sembarang k, j R∈

(e) k(__y x + ) = k ( ) ( ){ } y,...,y,yx,...,x,x n21n21 +

= k× (x1 , x 2 ,...,x n ) + k× (x 1 , x 2 ,...,x n ) = k_

x + k_y .

(f) (k + j)_x = (k + j) × (x 1 , x 2 ,...,x n )

= k× (x1 , x 2 ,...,x n ) + j× (x1 , x 2 ,...,x n )

= k_x + j

_x .

Page 25: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

17

(g) (kj)_x = (kj) × (x1 , x 2 ,...,x n ) = k ( )( )n21 x, ... , x,x j×

= k(j_x ).

(h) 1×_x = 1× (x1 , x 2 ,...,x n ) = (x1 , x 2 ,...,x n ) =

_x .

Karena aksioma ruang vektor R n dipenuhi, maka R n merupakan ruang

vektor.

Teorema B.1

Jika _x ,

_y ,

_z adalah vektor-vektor dalam R n dan k adalah

sebarang skalar, maka:

a. _x .

_y =

_y .

_x

b. (__y x + ) .

_z =

_x .

_y +

_y .

_z

c. (k_x ) .

_y = k(

_x .

_y )

d. _x .

_x ≥ 0. Selanjutnya

_x .

_x = 0, jika dan hanya jika

_x = 0

Bukti :

Ambil sembarang _x= (x1 ,x 2 ,...,x n ),

_y = (y1 , y 2 ,..., y n ) dan

_w = (w 1 ,

w 2 ,..., w n )

(a). Jelas _x .

_y = x1 y1 + x 2 y 2 + ... + x n y n = y 1 x1 + y 2 x 2 + ... + y n x n

= _y .

_x

(b). Jelas (__y x + ) .

_z = (x1 + y 1 , x 2 + y 2 , ... , x n + y n ) . (z1 , z 2 ,..., z n )

= (x1 + y 1 ) z1 + (x 2 + y 2 ) z 2 ,...,( x n + y n ) z n

Page 26: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

18

=(x1 z1 +x 2 z 2 +...+x n z n )+(y 1 z1 +y 2 z 2 +...+y n z n )

= _x .

_z +

_y .

_z

(c). Jelas (k_x ) .

_y = (kx 1 , kx 2 , ... , kx n ) . (y1 , y 2 , ... , y n )

= k(x1 , x 2 , ... , x n ) . (y1 , y 2 , ... , y n )

= k(x1 y1 + x 2 y 2 + ... + x n y n )

= k(_x .

_y )

(d). Kita mempunyai _x .

_x = 0x...xx n

n22

21 ≥+++ . Selanjutnya

kesamaan tersebut benar jika dan hanya jika 0x...xx n21 ==== ,

yaitu jika dan hanya jika _x = 0.

2. Hasil Kali Dalam (Inner Product) dan Norm

Definisi B.2

Jika V suatu ruang vektor, maka inner product adalah fungsi dari

V×V ke R, didefinisikan dengan (_

x ,_y ) y,x→ ,∀

_x ,

_y ∈V

memenuhi aksioma berikut.

a. V.x,0y,x ∈∀≥

b. .0x jika hanyadan jika 0x,x ==

c. V.y ,x x .yy,x ∈∀=

d. V. z,y,x z ,yz ,xz,yx ∈∀+=+

e. .ya,xy ,xay,xa ==

Page 27: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

19

Ruang vektor yang dilengkapi dengan hasil kali dalam (inner

product) dinamakan ruang hasil kali dalam.

( Rochmad, 2000 : 24 )

Contoh B.1.2

R n terhadap perkalian titik yang didefinisikan ∑=

=k

1iii

__

yxy.x merupakan

ruang hasil kali dalam. Ditunjukkan perkalian titik tersebut adalah suatu

inner product. Dibentuk suatu fungsi R n ×R n → R yang didefinisikan

y .xy,x = untuk setiap vektor _x= (x1 ,x 2 ,...,x n ),

_y = (y 1 , y 2 ,..., y n ) dan

skalar a di R n maka fungsi tersebut merupakan suatu inner product sebab

memenuhi aksioma dari ruang inner product.

Bukti

a. x .yy,x = sebab x,yx .y xyyxy .xy,xk

1iii

k

1iii ===== ∑∑

==

.

b. sebab, y ,xay,xa =

( ) ( ) y,xay.xayxay xay.xay,xak

1iii

k

1iii ===== ∑∑

==

.

c. sebab z ,yz ,xz,yx +=+

( ) ( ) ( )

z.xy.x

z.xy.x

zxyx

zxyxzyxzy.xzy,x

k

1iii

k

1iii

k

1iiiii

k

1iiii

+=

+=

+=

+=+=+=+

∑∑

∑∑

==

==

Page 28: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

20

d. Jelas ( ) .0x jika hanyadan jika 0x.xx,x ===

e. bukan xandaikan 0,y,x > vektor nol karena 0xx.xx,xk

1i

2i >== ∑

=

Jadi R n perkalian titik yang didefinisikan ∑=

=k

1iii

__yxy.x merupakan ruang

hasil kali dalam.

Definisi B.3

Jika V suatu ruang vektor, maka norm pada V adalah fungsi dari

V ke R dinyatakan dengan _x x→ yang memenuhi

a. ≥x 0 dan =x 0 ⇔_x = θ dengan θ vektor nol di V.

b. αα =x x

c. ≤+ yx yx +

Ruang vektor yang dilengkapi dengan norm dinamakan ruang

bernorm. Panjang suatu vektor x sering disebut sebagai norm x dan

dinyatakan dengan x = x ,xx,x 21

=

( Rochmad, 2000 : 24 )

Teorema B.2 ( Ketaksamaan Cauchy – Schwartz )

Misalkan V suatu ruang inner product dalam R. Untuk setiap

vektor _x dan

_y di V berlaku xy,x ≤ y .

Bukti:

a. Untuk _

y = 0 dipunyai x0y,x == y .

Page 29: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

21

b. Untuk _y 0≠

Ambil vektor _

y dengan y = 1 dan vektor y y,xxz −=

Sehingga didapat z ,zz02

=≤

= y y,xx ,y y,xx −−

=2

y,x x,x −

Diperoleh xy,xxy,x22

≤⇔≤

Untuk vektor _y dengan y > 0, sehingga diperoleh

. y xy ,xatau xyy,x ≤≤

Jadi teorema diatas terbukti.

Dengan menggunakan ketaksamaan Cauchy – Schwartz diatas

dapat didefinisikan cosinus sudut antara dua vektor. Misalkan _

x , _

y di

R n maka bilangan cos θ =y . x

y ,x disebut cosinus sudut antara vektor

_

x dan vektor _

y dan θ disebut sudut antara vektor _

x dan vektor _

y

Dari pengertian cosinus sudut diatas dapat didefinisikan, jika dua

vektor _

x dan _y dikatakan saling tegak lurus jika 0y,x = .

Page 30: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

22

Telah diketahui jika dua vektor di R n tetap dapat dilihat sebagai

dua vektor yang terletak dalam sebuah bidang di R n . Maka dari itu

dipunyai teorema sebagai berikut.

Teorema B.3 (Ketaksamaan Segitiga)

Misalkan_

x dan _

y dua vektor yang terletak di R n . Maka berlaku

≤+ yx yx +

Bukti:

Dengan menggunakan teorema B.2 diperoleh

yx . yxyx2

++=+

______y . y y . x 2 x . x ++=

y.yy . x 2x . x ++≤

22yy . x2x ++=

Atau ( )22 yx yx +≤+

Dengan mengambil akarnya diperoleh ketaksamaan segitiga.

Definisi B.4

Dua titik (vektor) x,y nR∈ dikatakan searah (sejajar) jika ada

bilangan k∈R, k 0≠ sehingga y = kx. Dengan kata lain x dan y tak

bebas linear. Pasangan n bilangan real { }n21 ,...,, ααα disebut bilangan

arah vektor x 0≠ jika

.x:: x: x : : : n21n21 ΛΛ =ααα

Page 31: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

23

Dengan kata lain, ada bilangan ( ) 2

12n

22

21 ...

x

ααα +++±=l

Sehingga, terdapat vektor α = ( )n21 ,...,, ααα yang komponennya

terdiri dari bilangan arah vektor x yang disebut vektor arah bagi vektor

x. Secara khusus, pasangan n bilangan real { }n21 ,...,, λλλ disebut

cosinus arah vektor x jika xex,

e xex,

cos kkkk

k

=== θλ untuk setiap k

= 1, 2, ... , n dan ( )n21 ,...,, θθθ disebut sudut arah vektor x.

Teorema B.4

Jika ( )n21 ,...,, λλλ cosinus arah vektor x 0≠ maka

∑=

=+++=n

1k

2n

22

21

2k .... lλλλλ

Bukti :

Diketahui k

n

1kk eex,x ∑

=

= dengan ( )n21 e,...,e,e dengan basis

orthonormal standart pada nR , didapat

xx,x 2 =

∑ ∑= =

=n

1k

n

1kkkkk eex,,eex,

∑=

=n

1k

2kex,

Karena x 0≠ ( )0x ≠ diperoleh ( )∑ ∑= =

=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

n

1k

n

1k

21

2

k

xex,

l λ

Page 32: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

24

Atau ∑=

=+++=n

1k

2n

22

21

2k .... lλλλλ

Selanjutnya vektor λ ={ }n21 ,...,, λλλ disebut vektor cosinus arah bagi

vektor x.

Jika vektor λ ={ }n21 ,...,, λλλ merupakan vektor cosinus arah, maka

.l=λ

Jadi untuk setiap x nR∈ , x 0≠ berlaku .:...: : x:... : x: x n21n21 λλλ=

Selanjutnya ada bilangan h sehingga hx...xx

n

n

2

2

1

1 ====λλλ

, dengan

xh ±= .

Dari pemahaman tersebut diatas, disimpulkan sebagai berikut:

(a). Dua titik (vektor) x, y nR∈ searah (sejajar) jika dan hanya jika x

dan y mempunyai sudut arah yang sama jika dan hanya jika

bilangan arah x sebanding dengan bilangan arah y.

(b). Terlihat bahwa (vektor) x nR∈ mempunyai banyak sekali

bilangan arah, tetapi setiap dua bilangan arah sebanding. Oleh

karena itu, jika vektor x = (x1 , x 2 ,...,x n ) dengan salah satu

bilangan arahnya adalah ( )n21 ,...,, ααα dan cosinus arah vektor x

adalah{ }n21 ,...,, λλλ denganαλ

αα

θλ kkkk

ke e,

cos === berarti

.:: : : : : n21n21 λλλααα ΛΛ =

Page 33: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

25

Definisi B.5

Himpunan x ={ } nk21 Rx,...,x,x ⊂ dari ruang inner product

disebut himpunan orthonormal jika himpunan tersebut adalah

himpunan orthogonal dan i ,1xi ∀= di x.

( Arifin, 2001 : 106 )

Definisi B.6

Himpunan x ={ } nk21 Rx,...,x,x ⊂ dengan 0x i ≠ dari ruang inner

product disebut himpunan orthogonal jika j.i setiapuntuk ,yx ji ≠≠

( Arifin, 2001 : 106 )

Teorema B.5

Setiap himpunan orthogonal, bebas linear

Bukti:

Bentuk R,...,,dengan ,0x...xx n21nn2211 ∈=+++ αααααα .

Ambil sembarang Li, dengan ( )ni1 ≤≤ , diperoleh:

( ) ( ) ( ) ( ) 0x,0x...xx,x nn

22

11

i ==+++ ααα

Karena

( ) jiuntuk ,0x,x ji ≠= ( ) ( ) ( ) j.iuntuk ,0xx,xdan 2iji ===

Diperoleh ( ) 0berakibat dan 0x i

2ii == αα untuk L diatas.

Karena i sembarang, diperoleh 0,...,, n21 =ααα

Dengan kata lain ( ) ( ) ( ){ }n21 x,...,x,x bebas linear.

Page 34: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

26

Akibat dari teorema B. 5

Setiap himpunan orthonormal bebas linear.

Bukti:

Bentuk himpunan orthonormal ( )n21 e,...,e,e terdiri dari n vektor

dengan ( ) nk R0,...,0,1,...,0,0e ∈= . Komponen ke-k sama dengan L.

Diperoleh pengertian bahwa untuk setiap vektor x = (x1 ,

x 2 ,...,x n ) nR∈ .

Sehingga x = (x1 , 0,...,0) + (0, x 2 ,...,0) + ...+ (0, 0,...,x n )

⇔ x = x1(1, 0,...,0) + x 2 (0, 1,...,0) + ...+ x 2 (0, 0,...,1)

⇔ x = ∑=

=n

1iiinn2211 exex,...,ex,ex

Jadi himpunan orthonormal ( )n21 e,...,e,e membangun Rn. Oleh karena

( )n21 e,...,e,e bebas linear, maka dia merupakan basis bagi Rn. Karena

himpunan orthonormal ini mempunyai elemen sebanyak n maka

diperoleh bahwa ruang vektor Rn berdimensi n.

Selanjutnya himpunan orthonormal ( )n21 e,...,e,e disebut basis

orthonormal standart bagi ruang vektor Rn.

Akibat

Setiap (n+1) vektor di dalam Rn tak bebas linear.

Teorema B.6

Untuk setiap vektor x = (x1 , x 2 ,...,x n ) nR∈ , dengan ( )n21 e,...,e,e basis

orthonormal standart, maka k,ex,x kk ∀= .

Page 35: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

27

Bukti:

Diambil sebarang ek ( )nk1 ≤≤

Dengan inner product x nR∈ , diperoleh

kkkk

kkkknn2211k

xe,ex

0...0e,ex...00e,ex...exexex,

==

++++++=+++=

Teorema B.7

Setiap x nR∈ dapat dituliskan menjadi k

n

1kkk ee,xx ∑

=

=

Bukti:

Diket ( )n21 e,...,e,e basis orthonormal standart Rn, maka untuk setiap x

= (x1 , x 2 ,...,x n ) nR∈ dengan x1 , x 2 ,...,x n R∈ berlaku

x = ∑=

=+++n

1iiinn2211 exex...exex

Karena kk ex,x = untuk setiap k ( )nk1 ≤≤ . Diperoleh

k

n

1kkk xe,xx ∑

=

=

Telah diketahui bahwa di dalam ruang berdimensi n, sebarang

vektor (titik) dapat dihadirkan sebagai kombinasi linear dari n vektor

(titik) yang termasuk di dalam basis ruang Rn. Berikut ini akan

dihadirkan mengenai vektor (titik) yang dihadirkan sebagai kombinasi

linear dari dua vektor (titik). Hal ini dituangkan dalam teorema berikut.

Page 36: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

28

Teorema B.8

Jika diberikan dua vektor (titik) y,x nR∈ tidak sama dengan nol maka

ada vektor-vektor n21 Ry,y ∈ sehingga yky1 = untuk suatu skalar k,

21 yy ⊥ dan 21 yyx += lebih lanjut dengan yy

y,xy 21 = dan

yy

y,x-xy 22 = .

Gambar 2.1

Bukti :

Diasumsikan teorema diatas berlaku

Jadi akan ditentukan bilangan k R∈ dengan yky1 = dan vektor-vektor

n21 Ry,y ∈ yang saling orthogonal sehingga x dapat ditulis

sebagai 21 yyx += , berarti didapat 12 yxy −= . Selanjutnya dilakukan

inner product antara vektor x vektor y, didapat

y,yyy,x 21 +=

y,yyk 2+=

y,yyk 2

2+=

2y

1y

x

y

Page 37: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

29

Karena 0y,y makay y 22 =⊥ , sehingga persamaan ini menghasilkan

2y

y,xk =

Karena yky1 = diperoleh yy

y,xy 21 =

Dengan demikian diperoleh juga yy

y,x-xy 22 = .

C. Ruang Metrik

Definisi C.1.

Misalkan X φ≠ . Fungsi d : X×X disebut metrik pada X jika

memenuhi aksioma - aksioma sebagai berikut.

(M1) d(x,y) ≥ 0, untuk setiap x, y∈X,

d(x,y) = 0 ⇔ x = y.

(M2) d(x,y) = d(y,x), untuk setiap x, y∈X.

(M3) d(x,y) ≤ d(x,z) + d(z,y), untuk setiap x, y, z∈X.

( Ruckle, 1961 : 47 )

Contoh C.1.1

Buktikan bahwa fungsi d: RRR nn →× yang didefinisikan

d(x,y)= ( )21n

1i

2ii yx ⎟

⎞⎜⎝

⎛−∑

=

memenuhi semua sifat metrik.

Penyelesaian :

1. d memenuhi M1, sebab

Page 38: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

30

d(x,y) = ( ) 0yx2

1n

1i

2ii ≥⎟

⎞⎜⎝

⎛−∑

=

, jelas karena ( ) 0yx 2ii ≥−

( )⇒ dipunyai d(x,y) = 0, ditunjukkan x = y.

karena d(x,y) = ( )2

1n

1i

2ii yx ⎟

⎞⎜⎝

⎛−∑

=

berakibat ( )∑=

=−n

1i

2ii 0yx

berakibat ( ) n , ... 2, 1,i 0yx 2ii =∀=−

sebab andaikan ( ) 0yx i 2ii >−∋∃

berakibat ( ) 0y-x0n

1i

2ii >= ∑

=

diperoleh fakta 0 > 0, kontradiksi.

jadi n1,2,...,i0yx ii =∀=−

Jadi x = y.

( )⇐ dipunyai x = y, ditunjukkan d(x,y) = 0

karena x = y maka ii yx = n1,2,...,i =∀

berakibat 0yx ii =− n1,2,...,i =∀

berakibat ( ) 0yx 2ii =− n1,2,...,i =∀

berakibat ( )∑=

=−n

1i

2ii 0yx

berakibat ( )21n

1i

2ii yx ⎟

⎞⎜⎝

⎛−∑

=

= 0

jadi d(x,y) = 0.

Page 39: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

31

Jadi d memenuhi M1.

2. Ditunjukkan d memenuhi M2

d(x,y) = d(y,x) untuk setiap x,y di R

dipunyai d(x,y) = ( )21n

1i

2ii yx ⎟

⎞⎜⎝

⎛−∑

=

maka d(x,y) = ( )21n

1i

2ii yx ⎟

⎞⎜⎝

⎛−∑

=

= ( )( )21n

1i

2ii yx ⎟

⎞⎜⎝

⎛−−∑

=

= ( )21n

1i

2ii xy ⎟

⎞⎜⎝

⎛−∑

=

= d(y,x).

3. Ditunjukkan d memenuhi M3

d(x,y) ≤ d(x,z) + d(z,y), untuk setiap x, y, z∈R

dipunyai d(x,y) = ( )21n

1i

2ii yx ⎟

⎞⎜⎝

⎛−∑

=

= ii yx −

= ii yzzx −+−

( ) ( )

y).d(z, z)d(x,

y-zzx

y-zz-x 21n

1i

2ii

21n

1i

2ii

+=

⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛+⎟

⎞⎜⎝

⎛−=

+≤

∑∑==

Jadi d memenuhi M3.

Jadi d(x,y) = ( )21n

1i

2ii yx ⎟

⎞⎜⎝

⎛−∑

=

merupakan suatu metrik.

Page 40: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

BAB III

METODE PENELITIAN

A. Kajian Pustaka

Terdapat materi yang menarik terkait dengan bidang geometri

yang mungkin pernah disinggung dalam perkuliahan tapi tidak diangkat

dalam bentuk tulisan yaitu mengenai garis dan bidang dalam ruang

berdimensi n.

Dengan melakukan telaah pustaka dari berbagai referensi yang

ada dan melakukan konfirmasi dan konsultasi dengan dosen yang

membidangi masalah tersebut membuahkan gagasan untuk menuliskannya

dalam bentuk skripsi.

B. Perumusan Masalah

Dengan menemukan tema yang cocok, langkah selanjutnya

adalah merumuskan masalah dari tema yang diangkat tersebut sesuai

dengan bahasan yang akan digunakan dengan bantuan dosen pembimbing.

Perumusan masalah dinyatakan dalam bentuk pernyataan yang singkat dan

jelas sehingga mudah untuk dipahami.

C. Pemecahan Masalah

Pada tahap ini, dilakukan analisis dari permasalahan yang telah

dirumuskan dengan didasari teori dan argumentasi yang tepat. Pemecahan

Page 41: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

34

masalah ini meliputi penjelasan tema yang telah ditetapkan dan

pembahasan mengenai masalah yang telah diungkapkan sebelumnya

secara lengkap dengan landasan teori yang ada, tentunya dengan

menggunakan referensi yang ada di samping hasil olahan kajian penulis

sendiri disertai konsultasi dengan dosen pembimbing.

Dalam proses pemecahan masalah ini, diterangkan berbagai cara

menyelesaikan masalah dengan pendekatan yang ditetapkan sebelumnya

berdasarkan landasan teori yang sudah ada.

D. Penarikan Kesimpulan

Hasil dari pembahasan ini dituangkan dalam bentuk simpulan

akhir yang menyimpulkan secara umum pemecahan masalah tersebut.

Simpulan ini dijadikan sebagai hasil kajian akhir dan merupakan hasil

akhir dari proses penulisan skripsi.

Page 42: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

BAB IV

PEMBAHASAN

A. Titik

Titik adalah bentuk yang paling sederhana dari geometri, ini

dikarenakan titik hanya digunakan untuk menunjukkan posisi. Dalam

ruang euclid dimensi n titik disimbolkan sebagai pasangan terurut bilangan

real yang biasa dinotasikan dengan, misalkan titik A pada Rn yaitu

A ( )n21 x,...,x,x .

Telah ditunjukkan bahwa d: RRR nn →× yang didefinisikan

d(x,y) = ( )21n

1i

2ii yx ⎟

⎞⎜⎝

⎛−∑

=

memenuhi semua sifat metrik. Jadi jarak antara

dua titik ni

ni Rydan Rx ∈∈ adalah d(x,y) = ( )

21n

1i

2ii yx ⎟

⎞⎜⎝

⎛−∑

=

= ( ) ( ) ( )2nn

222

211 yx...yxyx −++−+− .

Contoh A.4.1

1. Misal A(2, 5, 8) dan B(4, 5, 6) hitung jarak antara titik A dan B.

Penyelesaian :

d(x,y) = ( )21n

1i

2ii yx ⎟

⎞⎜⎝

⎛−∑

=

= ( ) ( ) ( )233

222

211 yxyxyx −+−+−

= ( ) ( ) ( ) .5685542 222 =−+−+−

2. Misal A(4, 6, 8, 10) dan B(3, 2, 5, 4) hitung jarak antara dua titik

tersebut.

Page 43: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

36

Penyelesaian :

d(x,y) = ( )21n

1i

2ii yx ⎟

⎞⎜⎝

⎛−∑

=

= ( ) ( ) ( ) ( )244

233

222

211 yxyxyxyx −+−+−+−

= ( ) ( ) ( ) ( )2222 410582634 −+−+−+−

= 62 .

B. Garis Lurus Real (Real Line)

1. Persamaan Garis Lurus-n

Diberikan X adalah ruang Euclid dan x1 , x 2 ∈X atas lapangan R.

Himpunan G = ( ){ }Rdan t xxtx-x:Xx 121 ∈−=∈ disebut garis lurus

(real line), dengan syarat keanggotaannya adalah

( ) Rdan t xxtx-x 121 ∈−=

Jadi ( ) Rdan t xxtxx 121 ∈−+= .

Jika X = Rn,

( ) ( ) ( ) ( ) nn21

2nn21

1 Rb ..., ,b ,bdan x Ra ..., ,a ,ax ∈=∈= maka persamaan

garis real yang melalui x ( )1 dan x ( )2 adalah

( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) ( ) ( ){ } a,...,ab,...,b ta,...,ax,...,x x xtx-x n1n1n1n1121 −=−⇔−=

( ) ( ){ }nn11nn11 ab,...,abtax,...,a-x −−=−⇔

⇔( )( )nn11

nn11

ab,...,abax,...,axt

−−−−

=

( )( )

( )( )

( )( )nn

nn

22

22

11

11

a-bax...

a-bax

a-baxt −

==−

=−

=⇔ .

Page 44: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

37

Dari persamaan di atas dapat dipahami bahwa garis lurus-n yang

melalui atau memuat titik x ( )1 dan mempunyai bilangan

arah{ }n21 ,...,, ααα mempunyai persamaan dalam bentuk parametrik

adalah

tax 111 α+=

tax 222 α+=

......................

taX nnn α+= .

Jadi persamaan parametrik garis lurus di nR adalah taX nnn α+= .

Contoh B.4.1

a. Tulis persamaan parametrik untuk garis h yang melalui titik A(3, 0, -1,

2) dan titik B(2, -1, 4, 6).

Penyelesaian :

Karena bilangan arah α = AB = (-1, -1, 5, 4) sejajar g dan A(3, 0, -1, 2)

terletak pada g, maka persamaan parametriknya garis g adalah

x = 3 – t, y = – t, z = –1 – 5t dan w = 2 + 4t

b. Tulis persamaan parametrik untuk garis g yang melalui titik A(2, 4, -1)

dan titik B(5, 0, 7).

Penyelesaian :

Karena bilangan arah α = AB = (3, -4, 8) sejajar garis g dan A(2, 4, -1)

terletak pada garis g, maka persamaan parametriknya

x = 2 + 3t, y = 4 – 4t dan z = –1 + 8t

Page 45: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

38

2. Sudut Antara Dua Garis Lurus-n

Diberikan dua garis lurus-n g dan h dengan bilangan arahnya

berturut-turut adalah ( )n21 ,...,, ααα dan ( )n21 ,...,, βββ . Selanjutnya,

jika x, y ∈g dan u, v ∈h maka vektor x-y dan vektor u-v berturut-turut

sejajar dengan bilangan arah ( )n21 ,...,, ααα dan ( )n21 ,...,, βββ . Oleh

karena itu, sudut antara g dan h sama dengan sudut antara vektor x-y

dan vektor u-v. Jadi, jika θ sudut antara g dan h diperoleh rumus

βαβαβαβα

βαβα

θ

... ,

cos nn2211 +++== .

Dengan 2

1n

1i

2i

21

n

1i

2i dan ⎟

⎞⎜⎝

⎛=⎟

⎞⎜⎝

⎛= ∑∑

==

ββαα

Dengan demikian diperoleh hubungan sebagai berikut

a. Garis lurus-n g dan garis lurus-n h sejajar (g // h) jika dan hanya

jika mempunyai bilangan arah yang sebanding.

....n

n

2

2

1

1

βα

βα

βα

===

b. Garis lurus-n g dan garis lurus-n h saling tegak lurus (g ⊥ h) jika

dan hanya jika

0...atau 0, nn2211 =+++= βαβαβαβα .

Contoh B.4.2

1). Tentukan besar sudut dua garis lurus-n, jika diketahui

g: x = 2 + 3t, y = 4 – 4t, z = –1 + 8t, w = 3 + 6t

h: x = 1 + 4t, y = 2 + 5t, z = – 3 – 7t, w = 5 + 2t

Page 46: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

39

Penyelesaian:

Karena bilangan arah g: (3, –4, 8, 6) dan garis h: (4, 5, –7, 2)

maka βα

βαβαβαβαβα

θ

... ,

cos nn2211 +++==

( ) ( )( ) ( )( ) ( )( ) ( )

.69,11848,069,918,11

5227546843

26785443

0

22222222

=−=×

−=

+−+++++−+

×+−×+×−+×=

2). Diberikan persamaan parameter garis g: x = 3 – t, y = – t, z = –1 –

5t, w = 2 + 4t dan garis h: x = 2 – 5t, y = – 1 – 2t, z = 4 + 3t, w = 6

+ t. Tentukan besar sudut antara kedua garis tersebut?

Penyelesaian:

Bilangan arah g: (-1, -1, 5, 4) dan garis h: (-5, -2, 3, 1) sehingga

βαβα

θ ,

cos =

βαβαβαβα

... nn2211 +++

=

( ) ( )( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) ( )

.66,4866,0656,6

2613154511

14352151

0

22222222

==×

=

++−+−+++−+−

×+×+−×−+−×−=

3). Tunjukan garis g dan h sejajar jika x = 6 + 3t, y = 4 – 2t, z = –2 +

4t, w = 4 – 6t adalah persamaan parametrik garis h dan persamaan

parametrik garis g adalah x = 2 – 6t, y = 4 + 4t, z = –2 – 8t, w = 6 +

12t.

Page 47: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

40

Penyelesaian:

Bilangan arah dari g adalah (3, –2, 4, –6) dan h adalah (–6, 4, –8,

12).

Maka 12

68

442

63 −

=−

=−

=−

. Jadi kedua bilangan arah tersebut

sebanding sehingga garis g dan h sejajar.

4). Tunjukan garis g dan h tegak lurus jika x = 1 + t, y = 4 + 8t, z = 3 –

9t adalah persamaan parametrik garis h dan x = 2 – 6t, y = 4 +

3t, z = –2 + 2t persamaan parametrik garis g.

Jawab:

Bilangan arah dari g adalah (1, 8, –9) dan h adalah (–6, 3, 2).

Kedua garis tersebut tegak lurus jika 0, =βα .

Diperoleh ( )( ) ( ) ( )( ) 0293861, =×−+×+−×=βα

Jadi kedua garis tersebut saling tegak lurus.

3. Jarak Titik terhadap Garis Lurus-n

Jarak antara sebuah titik a ∈ Rn dengan sebuah garis lurus-n g

adalah jarak terdekat antara titik a dengan setiap titik x ∈g, yang

dinotasikan ( ) ( ){ }gx:x,adinf g,ad ∈= .

Jadi terdapat 1x ∈ g sehingga ( ) ( )1

x,ad g,ad = . Perlu diingat

bahwa vektor a – 1x saling tegak lurus dengan arah g.

Page 48: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

41

Gambar 4.1

Teorema 3.1

Jika diberikan sebuah titik a ∈ Rn dengan sebuah garis lurus-n g

dengan bilangan arah ( )n21 ,...,, ααα dan suatu titik b ∈ g, maka jarak

antara titik a dan g adalah

( ) ( ) ,b-a

b-a g,ad 2 αα

α−=

Bukti

Akan ditentukan jarak antara titik a dan garis lurus-n g (ditulis:

d( a ,g)). Diketahui titik ∈b g. Dibentuk vektor ba − 0≠ , maka d( a ,g)

adalah besar (norm) dari komponen orthogonal vektor ba − terhadap

vektor arah α dengan ba − = 0.k ,k , 121 ≠=+ αααα

Dengan kata lain diperoleh

( ) ( ) ,b-a

b-a g,ad 2 αα

α−= .

Terbukti.

.b

g ( )g,ad =

x1

.

a

Page 49: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

42

4. Jarak Antara Dua Garis Lurus-n

Definisi

Jarak antara dua garis lurus-n adalah jarak terpendek antara titik – titik

pada salah satu garis lurus-n dengan titik – titik pada garis lurus-n

lainya. Dari definisi diatas jika diketahui dua garis lurus-n g dan h,

maka jarak antara g dan h dapat ditulis

d(g,h) = inf ( ){ }hy g,x:y ,xd ∈∈

a. Jarak antara dua garis lurus-n yang sejajar

Ambil dua garis lurus-n yang sejajar g dan h.

Misal g : x = a + tα , t∈R

h : y = b + tα , t∈R.

Ambil satu titik di g dan h, misal a ∈g dan b ∈h.

Dibentuk vektor b – a dengan vektor arah α diperoleh

( ) ( ) ,a-b

a-b h,ad 2 αα

α−= .

Dengan kata lain, didapat jarak antara garis lurus-n g dan h adalah

d(g,h) = d( a ,h).

b. Jarak antara dua garis lurus-n yang bersilangan

Ambil dua garis lurus-n yang bersilangan g dan h.

Misal g : x = a + tα , t∈R dan h : y = b + t β , t∈R.

Ambil satu titik di g, misal a ∈g

Page 50: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

43

Karena pada setiap titik di garis lurus-n h dapat dibuat garis lurus-n

yang sejajar g dan melalui titik ib sehingga dapat dibentuk

himpunan sebagai berikut

{ } R t,tb y :Ry h in

i ∈+=∈= α

Dimana ih untuk setiap i = ( )3,... ,2 ,1i = adalah garis lurus-n yang

memotong h dan sejajar g. Sehingga jarak garis lurus-n g dan garis

lurus-n h adalah

d ( )ih ,g = d ( )ih ,a ( ) ,b-a

b-a 2

ii α

α

α−=

Dengan kata lain d ( )ih ,g = inf ( ){ } h ,ad i .

Contoh B.4.3

Gambar 4.2

1). Pada sebuah balok pada gambar 4.1 hitung

(a). Jarak titik A terhadap garis BC.

(b). Jarak garis BC terhadap garis AD.

x

y

z

A B

C D

E F

G H A(4, 0, 0) E(4, 0, 8)

B(4, 6, 0) F(4, 6, 8)

C(0, 6, 0) G(0, 6, 8)

D(0, 0, 0) H(0, 0, 8)

Page 51: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

44

Penyelesaian:

(a). Misal garis BC ≡ g

Maka bilangan arah g = (0, 6, 0) - (4, 6, 0) = (–4, 0, 0) = α .

Karena ( ) ( ) ( ) ( ) ( )0 6, ,40 0, ,40 6, 0,baACba −=−=−⇒≡−

Jadi d(A, BC) = d ( )g ,a ( ) αα

α2

,b-ab-a −=

( ) ( ) ( )

( )( )

( ) ( )

( ) ( ) ( )0,6,00,0,40,6,4

0,0,416

00160,6,4

0,0,4004

0,0,4,0,6,40,6,4 2

222

=−−−=

−×++

−−=

−×⎟⎠⎞⎜

⎝⎛ ++−

−−−−=

26=

= 6.

(b). Misal BC ≡ g dan AD ≡ h

Sehingga bilangan arah g = (0, 6, 0) - (4, 6, 0) = (–4, 0, 0)

=( )1

α dan bilangan arah h = (0, 0, 0) - (4, 0, 0) = (–4, 0, 0) =

( )2α .

Ambil satu titik di g dan h, misal a ∈g dan b ∈h

Karena ( ) ( ) ( ) ( ) ( )0 6, ,00 0, ,40 6, 4,abABab =−=−⇒≡−

Jadi ( ) ( ) αα

α2

,a-ba-bh,ad −=

Page 52: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

45

= ( ) ( ) ( )

( )( )0,0,4

004

0 0, 4,-,0,6,00,6,0 2

222−×

⎟⎠⎞⎜

⎝⎛ ++−

( )6060

0,6,0222 =++=

=

C. Bidang Datar-n

1. Persamaan Bidang Datar-n

Diberikan x nR∈ , dan ( )a-x , dengan a adalah vektor tetap di Rn.

Himpunan V = ( ){ } a a - x,Rx n ⊥∈

= ( ){ } 0 a,a - x:Rx n =∈ Disebut hyperplane di Rn

Karena 0 a,a - x =

0a,aa,x =−⇔

a,aa,x =⇔

......... a a,x 2=⇔ disebut persamaan bidang datar-n

(hyperplane).

Jika x = ( )n21 x...,, x,x dan a = ( )n21 a...,,a ,a

maka persaman bidang datar-n berbentuk

2n

22

21nn2211 a...aaxa...xa xa +++=+++ γ=⇔ ∑

=

n

1iiixa .

Page 53: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

46

Contoh C.4.1

(a) Tulis persamaaan bidang datar di 3R , 4R , 5R

Penyelesaian:

Persamaan bidang datar di 3R , artinya n = 3 diperoleh

D CzByAxxaxa xa 332211 =++⇔=++ γ .

Persamaan bidang datar di 4R , artinya n = 4 diperoleh

EDw CzByAxxaxaxa xa 44332211 =+++⇔=+++ γ .

Persamaan bidang datar di 5R , artinya n = 5 diperoleh

FEuDw CzByAxxaxaxaxa xa 5544332211 =++++⇔=++++ γ.

2. Persamaaan Hesse Bidang Datar-n

Persamaan Hessee bidang datar-n adalah persamaan bidang datar-n

dengan norm vektor arah sama dengan satu. Jika bidang datar-n V

dengan persamaan cx , a = a1cx,a

a1

=⇔

acx,

aa

=⇔

px , =⇔ λ

Jadi persamaan Hesse : px , =λ dengan ae , a

cos kkk == θλ

3. Jarak Titik terhadap Bidang Datar-n

Jika a adalah vektor arah dan sekaligus titik yang termuat di V, maka

persamaan bidang datar-n V menjadi

Page 54: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

47

0ax ,a:V =− atau a ax ,a:V =

Jadi persamaan Hesse dari V adalah ax,aa

=

Hal ini menunjukkan bidang jarak titik O terhadap bidang datar-n

d ( ) aVO, = .

a. Jarak titik O terhadap bidang datar-n V

Jika bidang datar-n V mempunyai persamaan umum cx , a = ,

maka jarak V terhadap titik O adalah

d ( )acVO, =

b. Jarak titik a ∈ Rn terhadap bidang datar-n V

Diberikan sebarang titik a ∈ Rn dan bidang datar-n V: c, =γα

Maka jarak antara titik a dengan V adalah

( )α

γα a, va,d

−=

Bukti:

Bidang datar-n V : 0p,c, =−⇔= γλγα

dengan ααλ = dan cp

α=

gambar 4.3 x

a

a – x d(a,V) = d α V

V1

Page 55: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

48

Ditentukan d(a,V)

Melalui a dibuat bidang datar-n V1 // dengan V

Jarak V dan V1 terhadap O sebut d

Jadi persamaan bidang datar-n V1 adalah

V1 = 0dpx, =±−λ

Bidang datar-n melalui a, diperoleh

V1 = 0dpa, =±−λ

Karena d(a,V) = d, diperoleh

d = ( )a

ca, Va,d px,

−=⇔−

αλ . Terbukti

di R3 : V ≡ Ax +By + Cz + D = 0 dan P(x1, y1, z1)

maka jarak P terhadap V

d(P,V) = 222

111

C B A

D Cz By Ax

++

+++

di R4 : V ≡ Ax1 +Bx2 + Cx3 + Dx4 + E = 0 dan P(v1, x1, y1, z1)

maka jarak P terhadap V

d(P,V) = 2222

1111

DC B A

E Dz Cy Bx Av

+++

++++

Page 56: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

49

Contoh C.4.3

Gambar Kubus 4.4

(a) Tentukan jarak titik E terhadap bidang BDG pada kubus 4 satuan ?

Penyelesaian:

Persamaan Bidang BDG

a = CE = ( 4, -4, 4 ) = ( 1, -1, 1 ) dan ⊥a BDG

Sehingga ( ) 0bx , a =−

⇔ ( ) ( ) 0 b , a x , a =−

⇔ b , a x , a =

⇔ ( ) ( ) ( ) 0 4, 4, , 1 1,- 1, x , 1 1,- 1, =

⇔ ( ) 0 x , 1 1,- 1, =

Jarak titik E terhadap bidang BDG :

d( E, BDG ) = ( ) ( )

( ) 222 111

04 0, 4, , 1 1,- 1,

+−+

− = .

338

x

y

z

A B

C D

E F

G H A(4, 0, 0) E(4, 0, 4)

B(4, 4, 0) F(4, 4, 4)

C(0, 4, 0) G(0, 4, 4)

D(0, 0, 0) H(0, 0, 4)

Page 57: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

50

(b) Tentukan jarak titik A terhadap bidang BDG pada kubus 4 satuan ?

Jawab:

Persamaan Bidang BDG

BD= (-4, -4, 0), BG = (4, 0, 4) dan DG = (0, 4, 4)

Misalkan a = ( )321 a ,a ,a dan ⊥a BDG

Sehingga berlaku 0 BD , a =

0 BG , a =

0 DG , a =

Maka

( ) ( ) 0a4a4 a ,a ,a , 0 4,- 4,- BD , a 21321 =−−== ….……..(1)

( ) ( ) 0a4a4 a ,a ,a , 4 0, 4, BG , a 31321 =+== …………….(2)

( ) ( ) 0a4a4 a ,a ,a , 4 4, 0, DG , a 32321 =+== ……...….…(3)

Dari (1), (2) dan (3) diperoleh a = ( )321 a ,a ,a

= (1, -1, 1)

Sehingga ( ) 0dx , a =−

⇔ ( ) ( ) 0 d , a x , a =−

⇔ d , a x , a =

Page 58: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

51

⇔ ( ) ( ) ( ) 0 0, 0, , 1 1,- 1, x , 1 1,- 1, =

⇔ ( ) 0 x , 1 1,- 1, =

Jarak titik A terhadap bidang BDG :

d( A, BDG ) = ( ) ( )

( ) 222 111

00 0, 4, , 1 1,- 1,

+−+

− = .

334

(c) Tentukan jarak A(2, 4, -3, 0) terhadap bidang yang melalui empat

titik yaitu B(1, 3, -5, 2), C(3, 4, -1, 4), D(4, -2, 1, 0) dan E(2, 4, -3,

0)?

Penyelesaian:

Persamaan bidang datar-n di R4

BC = (2, 1, 4, 2), BD= (3, -1, 6, 2)

CD = (1, -2, 2, -4), BE = (1, 1, 2, 2)

Misalkan a = ( )4321 a ,a ,a ,a dan ⊥a BCDG

Sehingga berlaku 0 BC , a = 0 DE , a =

0 BE , a = 0 BD , a =

Maka

1. ( ) ( ) 0a2a4aa2 a ,a ,a ,a , 2 4, 1, 2, BC , a 43214321 =+++==

2. ( ) ( ) 02aa61aa3 a ,a ,a ,a , 2 6, 1,- 3, BD , a 43214321 =++−==

3. ( ) ( ) 0a2a2aa a ,a ,a ,a , 2 2, 1, 1, BE , a 43214321 =+++==

4. ( ) ( ) 0a4a2a2a a ,a ,a ,a , 4- 2, 2,- 1, CD , a 43214321 =−+−==

Page 59: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

52

Dari (1), (2), (3) dan (4) diperoleh a = ( )4321 a ,a ,a ,a

= (2, -2, -1, 1)

Bidang BCDG:

( ) ( ) ( ) 0 3,- 4, 2, , 1 1,- 2,- 2, x , 1 1,- 2,- 2, Cx,a =⇔=

( ) 1-x ,1 1,- 2,- 2, =⇔

Jarak titik A terhadap bidang BCDG di R4 :

d(A, BCD) = ( ) ( ) ( )

10

11 1,- 2,- 2, , 0 3,- 4, 2, −−0= .

4. Kedudukan dua bidang datar-n

Misal diberikan dua bidang datar-n

α=a x,:V

β=b x,:U

θ adalah sudut antara U dan V sehingga

( )b . a

b a,- coscos == θπθ

a. Dua bidang tegak lurus

2V U πθ =⇒⊥

( )b . a

b a,2- cos2 cos ==⇒ πππ

ba0b a, ⊥⇔=⇒ .

Page 60: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

53

b. Dua bidang sejajar

0V/ / U =⇒ θ

( )b . a

b a, cos0 cos ==⇒ π

b . ab a, =⇒

Ambil sebarang ba =α sehingga

a . aa a, αα =⇒

2a . a a, αα =⇒ 22 a . a αα =⇔ .

Page 61: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

BAB V

PENUTUP

A. Simpulan

Dari hasil pembahasan dapat ditarik simpulan sebagai berikut.

1. Persamaan garis lurus-n dan bidang datar-n (hyperplane)

a. Garis lurus-n adalah taX nnn α+= .

b. Bidang datar-n adalah 2 a a,x = .

2. Kedudukan antara dua garis lurus-n dan dua bidang datar-n (hyperplane)

a. Kedudukan antara dua garis lurus-n

i). Dua garis lurus-n g dan h dikatakan sejajar jika dan hanya jika

mempunyai bilangan arah yang sebanding.

....n

n

2

2

1

1

βα

βα

βα

===

ii). Gais lurus-n g dan h dikatakan saling tegak lurus jika dan hanya

jika 0...atau 0, nn2211 =+++= βαβαβαβα .

b. Kedudukan antara dua bidang datar-n

i). Dua bidang datar-n tegak lurus

2V U πθ =⇒⊥

( )b . a

b a,2- cos2 cos ==⇒ πππ

ba0b a, ⊥⇔=⇒ .

Page 62: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

54

ii). Dua bidang sejajar

0V/ / U =⇒θ

( )b . a

b a, cos0 cos ==⇒ π

b . ab a, =⇒

Ambil sebarang ba =α sehingga

a . aa a, αα =⇒

2a . a a, αα =⇒ 22 a . a αα =⇔ .

3. Persamaan sudut antara dua garis lurus-n dan bidang datar-n

a. Sudut antara dua garis lurus-n

βαβαβαβα

βαβα

θ

... ,

cos nn2211 +++== .

b. Sudut antara dua bidang datar-n

( )b . a

b a,- coscos == θπθ .

4. Persamaan jarak antara sebuah titik dengan garis lurus-n dan jarak antara

dua garis lurus-n

i). Jarak antara sebuah titik dengan garis lurus-n adalah

( ) ( ) ,b-a

b-a g,ad 2 αα

α−= .

ii). Jarak antara dua garis lurus-n adalah ( ) ( ) ,b-a

b-a g,ad 2 αα

α−= .

Page 63: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

55

5. Persamaan jarak sebuah titik terhadap bidang datar-n

adalah ( )α

γα a, va,d

−= .

B. Saran

1. Diharapkan penulisan ini dapat digunakan untuk membantu dalam

pemecahan soal – soal geometri pada ruang dimensi 3 khususnya garis

dan bidang.

2. Dari hasil penulisan ini diharapkan dapat digunakan sebagai sumbangan

pemikiran bagi mahasiswa Universitas Negeri Semarang, khususnya

Jurusan Matematika yang ingin mengembangkan penulisan ini.

Page 64: GARIS DAN BIDANG DALAM RUANG EUCLID BERDIMENSI N

56

DAFTAR PUSTAKA

ARIFIN, Achmad. 2001. Aljabar Linear. Bandung : ITB

BERBERIAN, Sterling. K. 1961. Introduction to Hilbert Space. New York : Oxford University Press

CARICO, Charles. C. 2005. Analytic Geometry. New York : John Wiley & Sons

CHOW, Wung Yung. 1997. Linear Geometry in Euclidean 4-Space. Singapore : SEAMS

CLEMENTS, Stanley. R. 1984. Geometry With Application and Problem Solving. USA : Addison-Wesley Publishing Company

GANS, David. 1973. An Introduction to non-Euclidean Geometry. New York : Academic Press Inc

KOHN, Ed. 2003. Cliffs Quick Review Geometry. Bandung : Pakar Karya

MARSDEN, Jerrold. E. 1993. Basic Multivariabel Calculus. New York : Springer-Verlag

MULYATI, Sri. . Geomeri Euclid. Malang : JICA

SUHITO. 2004. Geometri Analit Rangkuman Hasil Penelitian / Magang. Yogyakarta. UGM

ROCHMAD. 2001. Analisis Real II. Semarang : UNNES

RUCKLE, William. H. 1960. Modern Analysis. Boston : PWS – KENT Publishing Company

WURYANTO. 2003. Analisis Real I. Semarang : UNNES