Amarhadi
BAB III SISTEM PERSAMAAN LINEAR Standar Kompetensi 3. Memecahkan masalah yang berkaitan dengan sistem persamaan linear dan pertidaksamaan satu variabel
Kompetensi Dasar 3.1 Menyelesaikan sistem persamaan linear dan sistem persamaan campuran linear dan kuadrat dalam dua variabel 3.2 Merancang model matematika dari masalah yang berkaitan dengan sistem persamaan linear 3.3 Menyelesaikan model matematika dari masalah yang berkaitan dengan sistem persamaan linear dan penafsirannya
Sistem Persamaan Linear
Page | 1
Amarhadi
A. Sistem Persamaan Linear dengan Dua Variabel Sistem persamaan linear adalah suatu sistem persamaan yang variabelvariabel dari persamaan tersebut berpangkat satu. Sistem persamaan linear 2 variabel dan 3 variabel dapat diselesaikan dengan : substitusi, eliminasi, gabungan sliminasi-substitusi dan determinan matriks. 1. Persamaan Linear dengan dua variabel Bentuk umum persamaan linear ax by c dengan a, b dan c anggota bilangan real dan a, b ≠ 0. Pasangan (x1, y1) yang mememnuhi persanaan linear di atas, sehingga ax1 by1 c , disebut penyelesaian dari persamaan libear tersebut. Penyelesaian
persamaan ax by c dapat di peroleh dengan memasukan nilai sembarang terhadap salah satu variabelnya kemudian menentukan nilai variabel yang lainnya. Himpunan semua bilangan (x1, y1) yang memenuhi persamaan ax by c , disebut himpunan penyalesaian dari persamaan ax by c , dan selanjutnya ditulis HP. Contoh 1: Tentukan himpuan penyelesaian persamaan 4x + y = 4 Penyelesaian: Buat tabel terlebih dahulu x 0 1 2 3 4
4x + y = 4 Y (x, y) 4 (0,4) 0 (1,0) -4 (2,-4) -8 (3,-8) -12 (4,-12)
Sistem Persamaan Linear
HP = { ...(0, 4), (1, 0), (2, -4), (3, -8), (4, 12)... }
Page | 2
Amarhadi
2. Sistem Persamaan Linear Dua Variabel. Bentuk umum sistem persamaan linear adalah : a1x b1 y c1
a 2 x b2 y c 2 ,
dengan a 1 , a 2 , b 1 , b 2 , c 1 dan c 2 merupakan konstanta. Jika c 1 0 , c 2 0 maka system persamaan disebut persamaan homogen, tetapi apabila c 1 0 , c 2 0 maka sistem persamaan disebut persamaan nonhomogen. Contoh : 2x 6 y 0 5 y 2x 0
Homogen
:
Non-homogen
:
3x y 8 5 x 4 y 2
Untuk menyesaikan sistem persamaan linear dua variabel dapat dilakukan dengan beberapa cara sebagai berikut: a. Metode Grafik Untuk memahami cara menentukan HP SPLDV dengan metode grafik simak contoh berikut: x y 1 x y 3
Buat tabel untuk masing persamaan
X 0 1 2 3 4
x 0 1 2 3 4
x+y =1 Y (x, y) 1 (0,1) 0 (1,0) -1 (2,-1) -2 (3,-2) -3 (4,-3)
`
x-y =3 Y (x, y) -3 (0,-3) -2 (1,-2) -1 (2,-1) 0 (3,0) 1 (4,1)
Terlihat bahwa dua garis berpotongan di titik (2, -1). Jadi, Hp = {(2, -1)}
Sistem Persamaan Linear
Page | 3
Amarhadi
Agar lebih jelas, lakukan kegiatan berikut! Eksplorasi Dengan menggunakan metode grafik, carilah himpunan penyelesaian dari tiap SPLDV berikut ini. x y 2 x y 0
a.
Lengkapi tabel! x+y =2 x y (x, y) ..... 0 ..... ..... ..... 1 2 ..... ..... ..... 3 .....
x 0 1 2 3
x-y =0 y (x, y) ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... .....
Grafik
Grafik persamaan x + y = 2 dan x - y = 0 diperlihatkan oleh gambar di samping. Kedua garis berpotongan di titik (....., .....). Jadi HP dari SPLDV tersebut adalah {(..., ...)}
x y 1 x y 2
b.
Lengkapi tabel! x+y=1 x Y (x , y) 0 ..... ..... ..... 1 ..... ..... ..... 2 ..... 3 .....
Sistem Persamaan Linear
x 0 1 2 3
x+y=2 y (x , y) ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... .....
Page | 4
Amarhadi
Grafik Grafik persamaan x + y = 1 dan 2x + 2y = 2 diperlihatkan oleh gambar di samping. Kedua garis itu sejajar. Jadi HP dari SPLDV tersebut adalah ....
x y 1 2x 2y 2
c.
Lengkapi tabel! x+y=1 x Y (x , y) 0 ..... ..... ..... ..... 1 ..... 2 ..... ..... 3 .....
x 0 1 2 3
2x + 2y = 2 y (x , y) ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... .....
Grafik Grafik persamaan x + y = 1 dan x + y = 2 diperlihatkan oleh gambar di samping. Kedua garis itu berhimpit. Jadi HP dari SPLDV tersebut adalah ....
Sistem Persamaan Linear
Page | 5
Amarhadi
Dengan mengunakan sifat-sifat dua garis berpotongan, dua garis sejajar dan dua garis berhimpit, banyaknya anggota dari himpunan penyelesaian SPLDV a1x b1 y c1 a 2 x b 2 y c 2
Dapat ditetapkan sebagai berikut (i)
Jika
a1 b1 dengan a2, b2 ≠ 0 maka SPLDV mempunyai tepat satu a 2 b2
pasang anggota dalam himpunan penyelesaiannya. Dalam hal ini grafik a1x + b1y = c1 berpotongan dengan grafik a2x + b2y = c2. Sistem persamaan linear ini dikatakan Konsisiten (bergantung linear). (ii) Jika
a1 b1 c1 a 2 b2 c 2
dengan a2, b2, c2 ≠ 0 maka SPLDV ini tidak
mempunyai anggota dalam himpunan penyelesaiannya. Sering dikatakan himpunan penyelesaian sistem persamaan ini adalah himpunan kosong yang ditulis { }. Dalam hal ini grafik a1x + b1y = c1 sejajar dengan grafik a2x + b2y = c2 dan sisitem persamaan linear ini dikatakan tidak konsisiten. (iii) Jika
a1 b1 c1 dengan a2, b2, c2 ≠ 0 maka SPLDV ini mempunyai a 2 b2 c 2
tak hinggga banyaknya penyelesaian. Dalam hal ini grafik a1x + b1y = c1 berhimpit dengan grafik a2x + b2y = c2 dan sisitem persamaan linear ini dikatakan sangat konsisiten (bergantung linear). Latihan Kompetensi 1 1. Carilah himpunan penyelesaian tiap SPLDV berikut dengan metode grafik. x y 2 x y 0
g.
x y 3 0 x 2y 6 0
x y 3 y 2x
h.
x y 10 0 x y 2 0
i.
x y 3 x y 5
j.
2x y 6 0 x 2y 8 0
k.
2x y 1 0 x y 7 0
l.
a.
x y 2 x y 2
b.
2x y 4 0 x y 2 0
c.
x 3 y 3 0 x 3 y 3 0
d.
3x 2y 12 0 3x 2y 0
e. f.
4x y 2 0 2x y 2 0
2. Untuk tiap SPLDV di bawah ini, carilah banyaknya anggota dalam himpunan penyelesaiannya (tepat satu anggota, tidak memiliki anggota, atau memiliki anggota tak hingga banyaknya) x y 1 x y 2
d.
x y 6 x y 0
e.
2x 2y 2 x y 1
f.
a.
b. c.
Sistem Persamaan Linear
3x 3 y 3 x y 1
g.
x 3 0 x 1 0
2x 2y 4 x y 1
h.
x y 4 0 x y 2 0
i.
x y 0 x 1 0
3x 6 y 6 x 2y 2
Page | 6
Amarhadi
b. Metode Substitusi Penyelesaian system persamaan dengan metode substitusi adalah dengan mengganti variabel persamaan yang satu dengan variabel dari persamaan yang lainnya. Contoh 2: Tentukan himpunan Penyelesaian dari sistem persamaan berikut dengan metode Subtitusi: 2x 3 y 2 x y 1
Penyelesaian 2x 3 y 2 x y 1
Misalkan
(1) (2)
Pilih salah satu pasangan, ambil persamaan (2) untuk dinyatakan y sebegai fungsi x x – y = 1 y = x - 1 .........(3) substitusi (3) ke (1) : 2x + 3y = 2 2x + 3(x - 1) = 2 2x + 3x - 3 = 2 5x = 5 x = 1 Substitusi x = 5 ke (3): y=1–1=0 Jadi, Hp = {1 , 0} c. Metode Eliminasi Eliminasi artinya menghilangkan salah satu variabel dari system persamaan linear, dengan cara menyamakan konstanta variabel yang dihilangkan serta menggunakan operasi penjumlahan atau pengurangan. Contoh 3: Tentukan himpunan Penyelesaian dari sistem persamaan berikut dengan metode eleminasi: 2x 3 y 8 3x y 5
Penyelesaian: 2x 3 y 8 ......(1) 3x y 5 ........(2)
Misalkan
Kita eleminasi variabel y untuk menentukan x. 2x + 3y = 8 2x + 3y = 8 1 3x + y = 5 9x + 3y = 15 3 -7x = -7 x=1
Sistem Persamaan Linear
Page | 7
Amarhadi
Untuk menentukan y elelminasi x. 2x + 3y = 8 6x + 9y = 24 3 3x + y = 5 6x + 3y = 10 2 7y = 14 y=2 Jadi, Hp = {1 , 2} d. Metode Gabungan Eliminasi-Substitusi Selain cara substitusi dan eleminasi, ada pula gabungan antar kedua cara ini yaitu cara elaminasi-substitusi. Cara ini diterapkan secara bersamaan, mula-mula kita terapkan cara eleminasi setelah mendapatkan nilai variabel pertama, untuk mendapatkan nilai variabel kedua kita gunakan metode substitusi. Contoh 4: Tentukan himpunan Penyelesaian dari sistem persamaan berikut dengan metode eleminasi-subtitusi: 4x 5 y 850 7 x 4 y 300
Penyelesaian 4x 5 y 850 ...........(1) 7 x 4 y 300 ............(2)
Misalkan
Proses eleminasi Untuk menentukan nilai x kita eleminasi y. -4x + 5y = 850 4 -16x + 20y = 3400 7x - 4y = -300 35x - 20y = -1500 5 19x = 1900 x
1900 x 100 19
Proses substitusi Subtitusi x = 100 ke (1): -4x + 5y = 850 -4 (100) + 5y = 850 -400 + 5y = 850 5y = 850 + 400 1250 y= 250 5
Jadi Hp = {100 , 250}
Sistem Persamaan Linear
Page | 8
Amarhadi
Latihan Kompetensi 2 1. Selesaikan sistem persamaan berikut ini dengan metode substitusi lalu tuliskan HP-nya 2y x 2 x y 7
a.
x y 10 3x 2y 10
b.
0,5 x 0,6 y 1 1,5 x 0,8 y 22
c.
3m 4p 3 m 2p 6
d. e.
t 3k 5 3k t 5
2 1 x y 1 2 3 f. 1 x 1 y 1 4 6 5 3 x y 1 g. 2 1 7 x y
x 2 2 y 3 3 h. x 1 1 y 9 3
2. Selesaikan sistem persamaan berikut ini dengan metode eleminasi lalu tuliskan HP-nya x y 3 0 2x y 5
d.
2 6 x y 1 4 1 2 1 3 x y
e.
4 3 x y 1 6 4 6 x y
a.
x y 1 b. 4 2 x y 5 2 2 0,5 x 0,6 y 2 c. 1,5 x 0,8 y 7
3. Selesaikan sistem persamaan berikut ini dengan metode eleminasisubstitusi lalu tuliskan HP-nya 5 x y 5 17 x y 5
d.
4 3 x y 1 6 4 6 x y
e.
1 8 1 x y 1 2 4 4 3 x y
a.
2x 4 y 7 b. 4x 3 y 3
3x 6 y 18 2x 4 y 12
c.
4. Persamaan garis ax + by = 5 melalui titik (3, 1) dan (2, -1). Tentukan persamaan garis tersebut. 5. Usia Buyung tiga kali usia Viona. Jika kelahiran mereka berselang 10 tahun, tentukan usia keduanya. 6. Lebar persegi panjang adalah setengan panjangnya. Jika persegi panjang tersebut 80 cm. Tentukan luasnya. 7. Dua bilangan jika dijumlahkan menghasilkan 30. Jika lima kali bilangan yang satu dikurangkan dua kali bilangan yang lain hasilnya asalah -8. Tentukan kedua bilangan itu. 8. Sebuah truk tipe tertentu bermassa satu ton lebih berat dari rata-rata mobil sedan. Dua truk dan tiga sean bermassa delapan setegan ton. Tentukan mass kedua tipe kendaraan tersebut. Sistem Persamaan Linear
Page | 9
Amarhadi
9. Sebuah toko busana menggelasr pekan diskon. Semua jenis sepatu dijual dengann harga sama, begitu juga semua jenis baju. Erlin membali 2 pasang sepatu dan 5 baju dan membayar Rp 180.000,00. Diana membeli 3 pasang sepatu dan 7 baju dan membayar Rp 259.000,00. Tentukan SPLDV pada soal ini, lalu tentukan harga sepasang sepatu dan sebuah baju. 10. Jika suatu persegi panjang tiap sisinya diperpanjang 1 dm maka luasnya menjadi 410 cm2 lebih besar, akan tetapi jika lebarnya dikurangi panjangnya ditambah
1 dm dan 2
1 dm maka luasnya berkurang 30 cm2. Berapakah 2
pajang dan lebar persegi panjang tersebut?
Tugas! Perhatikan SPLDV dalam bentuk umum: a1x b1 y c1 a 2 x b2 y c 2
dengan a 1 , a 2 , b 1 , b 2 , c 1 dan c 2 adalah bilangan real. a) Dari persamaan a1x b1y c1 , nyatakan y sebagai fungsi x b) Dari hasil a), substitusikan variabel y ke persamaan a 2 x b 2 y c 2 kemudian tunjukan bahwa: x
c1b 2 c 2 b1 a1b 2 a 2 b1
c) Dari hasil b), substitusikan nilai x ke dalam persamaan yang diperoleh pada a) kemudian tunjukkan bahwa: y
a1c 2 a 2c1 a1b 2 a 2 b1
a1x b1 y c1 a 2 x b 2 y c 2
Dari soal ini dapat disimpulkan bahwa penyelesaian SPLDV: c1b 2 c 2 b1 a1c 2 a 2c1 , a1b 2 a 2 b1 a1b 2 a 2 b1
adalah
Sistem Persamaan Linear
Page | 10
Amarhadi
B. Sistem Persamaan Linear Tiga Variabel (SPLTV) Bentuk Umum : a1x b1 y c1z d1 a 2 x b 2 y c 2 z d 2 dimana a1, a2, a3, b1, b2, b3, c1, c2, c3, d1,d2, d,3 R a x b y c z d 3 3 3 3
Menyelesaikan SPLTV berarti menenmukan nilai variabel x, y, dan z yang mememnuhi ketiga persamaan linear tersebut. Penyelesaian dari SPLTV adalah HP = {(x, y, x)}. Untuk dapat menyelesaikan sistem persamaan linear 3 variabel menggunakan metode : a.
Metode Substitusi Contoh 5: Tentukan himpunan penyelesaian dari 2x + 3y - 5z = 13 - 5y + z = -1 3z = 12 Penyelesaian Misalkan : 2x + 3y - 5z = 13 ................(1) - 5y + z = -1 ...............(2) 3z = 12 .................(3) dari (3): 3z = 12 z = 4 ............ (4) substitusi (4) ke (2): -5y + z = -1 -5y + 4 = -1 -5y = -5 y = 1 ..... (5) substitusi (4) dan (5) ke (1): 2x + 3y – 5z = 13 2x + 3(1) – 5(4) = 13 2x + 3 – 20 = 13 2x = 30 x = 15 Jadi, Hp = {(15, 1, 4)}
Sistem Persamaan Linear
Page | 11
Amarhadi
b.
Metode eleminasi + substitusi Contoh 6: Tentukan himpunan penyelesaian dari 4x + 8y + z = 2 x + 7y – 3z = - 14 2x – 3y + 2z = 3 Penyelesaian Misalkan: 4x + 8y + z = …................. (1) x + 7y – 3z = - 14 ............. (2) 2x – 3y + 2z = 3 ............... (3) Dari (1) dan (2) dieliminasi untuk variabel z 4x + 8y + z = 2 x 3 12x + 24y + 3y = 6 x + 7y – 3z = - 14 x 1 x + 7y – 3z = - 14 + 13x + 31y = - 8 ……(4) Dari (1) dan (3) dieliminasi untuk variabel z 4x + 8y + z = 2 x 2 8x + 16y + 2z =4 2x – 3y + 2z = 3 x 1 2x – 3y + 2z =3 6x + 19y = 1 …… (5) Dari (4) dan (5) dieliminasi x 13x + 31y = - 8 x 6 78x + 186y = - 48 6x + 19y = 1 x 13 78x + 247y = 13 - 61y = - 61 y =1 y = 1 disubstitusikan ke (4) 13x + 31y = - 8 13x + 31(1) = - 8 13x = - 39 x =-3 y = 1 dan x = -3 disubstitusikan ke (1) 4x + 8y + z =2 4 (-3) + 8 (1) + z = 2 - 12 + 8 + z = 2 z = 2 – 8 + 12 z =6 Jadi, Hp = {(-3 , 1 , 6)}
Latihan Kompetensi 3 1. Carilah himpunan penyelesaian dari tiap SPLTV berikut ini. x y z 4
a. x y z 0
x y z 10 x 2y z 1 b. x y z 4 2x y z 10 3x 3 y 8z 2
c. x 2y 3z 1
2x y z 3 Sistem Persamaan Linear
x y z 13
d. x y z 1
2x y z 4
5 x y 4z 8
e. 3x y 4z 6 2x 3 y z 6 5 x 3 y 3z 1
f. 4x 2y z 10 3x y z 3
Page | 12
Amarhadi
2. Carilah himpunan penyelesaian dari tiap SPLTV berikut ini. 0,5 x 0,3 y 0,2z 46 a. 0,2x 0,5 y 0,4z 0 0,1x 0,8 y 0,6z 26
1 1 1 2 x 3 y 5 z 1 1 2 3 b. x y z 4 2 3 5 1 2 1 2 x 3 y 5 z 2
4 2 3 1 x y z 4 4 3 c. 2 x y z 8 2 6 1 x y z 1 2 4 1 x y z 1 4 12 d. 0 z x y 2 8 4 1 x y z
3. Satu unit pekerjaan dapat diselesaikan oleh Wildan, Triadin dan Yayat bersama-sama dalam waktu 6 jam. Jika diselesaikan oleh Wildan dan Triadin bersama-sama pekerjaan tersebut dapat diselesaikan dalam waktu 8 jam. Sedangkan jika diselesaikan oleh Traidin dan Yayat secara bersamasama dapat selesai dalam waktu 10 jam. Berapa lama waktu yang dibutuhkan oleh masing-masing orang jika pekerjaan itu diselesaikan secara individu? 4. Pada suatu segitiga, besar sudut terbesar 600 lebih dari sudut terkecilnya dan sudut terbesar ditambah sudut menengah sama dengan lima kali sudut terkecil. Berapakah jumlah sudut terkecil dengan sudut menengah? 5. Suatu hari Viona, Silvi, dan Tiha pergi ke pasar Viona membeli 1 kg apel, 2 kg mangga, dan 1 kg jeruk dengan harga Rp35.000,00, Silvi membeli 4 kg Apel, 3 kg mangga dan 5 kg jeruk dengan harga Rp107.000,00, sedangkan Tiha membeli 2 kg apel, 1 kg mangga dan 2 kg Jeruk dengan harga Rp 46.000,00. Tentukan harga masing-masing tiap kilogramnya.
C. Sistem Persamaan Satu Linear dan Satu Kuadrat (SPLK). Sistem persamaan linear kuadratmempunyai bentuk umum: y ax b y px 2 qx r
bagian linear bagian kuadrat
a, b , c , d , e , f , p , q , r bilangan real. a ≠ 0 dan p ≠ 0 Secara geometrik SPLK digambarkan sebagai garis dan parabola, angotaanggota dari himpunan penyelesaian SPLK dapat ditafsirkan sebagai koordinat titik potong antara garis y = ax +b dengan parabola y = px2 + qx + r. Banyaknya anggota himpunan penyelesaian dari SPLK ditentukan oleh nilai diskriminan D = (q –a)2 – 4p(r – b) persamaan kuadrat hasil substitusi, yaitu px2 + (q – a)x + (r – b) = 0. Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar berikut:
Sistem Persamaan Linear
Page | 13
Amarhadi
1) Jika D > 0, maka SPLK mempunyai dua anggota dalam himpunan penyelesaiannya 2) Jika D = 0, maka SPLK tepat mempunyai satu anggota dalam himpunan penyelesaiannya 3) Jika D < 0, maka SPLK tidak mempunyai himpunan penyelesaian. Dikatakan Hp = { } Secara geometris anggota-anggota himpunan penyelesaian ditafsirkan sebagai koordinat titik potong antara garis y = ax + b dengan parabola y = px2 + qx + r. Kedududkan garis parabola ditentukan oleh diskriminan persamaan kuadrat px2 + (q – a)x + (r – b) = 0 hasil substitusi garis dan parabola. 1) Jika D > 0, maka garis memotong parabola di dua titik berlainan 2) D = 0, maka garis memotong parabola tepat disebuah titik. Dalam hal demikian dikatakan menyinggung parabola 3) D < 0, maka garis tidak memotong maupun menyinggung parabola. Contoh 6: Tentukan himpunan penyelesaian sistem persamaan berikut, kemudian buatlah sketsa tafsiran geometrisnya. y x 1 y x 2 3x 2
Penyelesaian y x 1 y x 2 3x 2
a. Misalkan
.....(i) .....(ii)
Substitusikan (i) ke (ii): x - .... = x2 – 3x + .... x2 – x - 3x + .... = 0 x2 – 4x + .... = 0 Jenis penyelesaiannya selidiki dengan nilai diskriminan D
= b2 – 4ac = (....)2 – 4 (1) (....) = .... – 12 = ... D > 0 maka sistem persamaan mempunyai dua penyelesaian.
Sistem Persamaan Linear
Page | 14
Amarhadi
x2 – 4x + .... = 0 (x - ....)(x - ....) = 0 x = .... atau x = .... Untuk x = ... diperoleh y = .... – 1 = .... (....., .....) Untuk x = .... diperoleh y = .... – 1 = .... (....., .....) Jadi, Hp = {(....., .....), (....., .....)} Tafsiran geometerisnya garis y = x – 1 memotong parabola y = x2 – x – 2 di dua titik, yaitu (....., .....) dan (....., .....). perhatikan gambar.
Latihan Kompetensi 4 1. Carilah himpunan penyelesaian dari tiap SPLK berikut ini , kemdian gambarlah sketsa grafik dari tafsiran geometrisnya. y 2x 3 y x 2
e.
y x 6 2 y x
f.
x y 0 y x 2 3x
g.
y x 1 y x 2 5 x 4
h.
a.
b. c.
d.
Sistem Persamaan Linear
y 2x 2 y x 2 1
y 2x 2 2 y x 4x 3 x 2y 1 y x 2 1
y x 4 y x 2 2x 3
Page | 15
Amarhadi
2x y 1 0 y x 2 4x
2. Diketahui SPLK
a) Tentukan bhwa sisitem persamaa linear dan kuadrat itu tepat memiliki satu anggota dalam himpunan penyelesaiannya. b) Carilah himpunan penyelesaiannya itu. 3. Carilah nilai a, agar SPLK berikut ini tepat mempunyai satu anggota dalam himpunan penyelesaiannya. y ax 1 1 2 y 2 x x 1
y x a 2 y x 3x
c.
y x a 1 2 y 2 x 2
d.
a.
b.
y ax 2 y ax 2 x 1
4. Carilah batas-batas nilai n, agar SPLK berikut ini sekurang-kurangnya memiliki satu anggota dalam himpunan penyelesaiannya. y 2x n y x 2 4x 5
a.
Sistem Persamaan Linear
3x 2y 1 y 2 2nx 0
b.
Page | 16
Amarhadi
Sistem Persamaan Linear
Page | 17