LAPORAN TUGAS AKHIR Topik Tugas Akhir: Kajian Matematika Murni
GENERALISASI JUMLAH AJAIB PADA PERSEGI AJAIB ORDER EMPAT
TUGAS AKHIR Diajukan Kepada Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan Universitas Muhammadiyah Malang Sebagai Salah Satu Prasarat untuk Mendapatkan Gelar Sarjana Pendidikan Matematika
Oleh: DEDI YULIANTO NIM: 07320046
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN MATEMATIKA FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG 2011
i
ii
iii
iv
MOTTO
“Dan barang siapa datang kepada Tuhannya dalam keadaan beriman, lagi sungguh-sungguh telah beramal saleh, maka mereka itulah orang-orang yang memperoleh tempat-tempat yang tinggi (mulia),”(QS: Thaahaa: 75) Raihlah ilmu, dan untuk meraih ilmu belajarlah untuk tenang dan sabar. (Umar Bin Khattab)
Kehidupan itu seperti sebuah cermin - jika engkau menghadiahkan senyuman kepadanya maka engkau akan mendapatkanya kembali.
Dari bebatuan kecil sebuah jalan dapat dibangun sebuah rumah dengan megah dan indah, begitu pula hidup kita.
v
PERSEMBAHAN
Alhamdulillahirobbil ‘alamin karena limpahan rahmat, karunia, hidayah, inayah dan maghfirah Allah SWT., dan sholawat serta salam kepada Rosulullah SAW. yang memberikan petunjuk ke jalan yang terang dan benar sehingga Tugas Akhir ini dapat terselesaikan. Kupersembahkan Tugas Akhir ini untuk: 1.
Kedua orang tua dan keluarga yang telah memberikan doa dan support dalam pengerjaan Tugas Akhir ini. Terima kasih atas kasih sayang, bimbingan, doa, dukungan serta semua yang telah diberikan kepadaku sehingga ananda mendapatkan yang terbaik. Kalian selalu ada dalam setiap doaku.
2.
Dosen-dosen jurusan Pendidikan Matematika FKIP UMM yang telah mendidik, membimbing dan memberikan arahan kepada ku selama ini.
3.
Sahabat-sahabatku Bagus Condro W., Beta Lutfiana, Dzuriatul Lam’ah, Firsty Amelia N., Fithratul Qoyimah, Sarah Savista H., Tantok Kustiawan, dan yang lainnya yang tak bisa ku sebutkan satu-per satu, terima kasih atas motivasi, bantuan dan doanya.
4.
Teman-teman seperjuangan yang selalu saling membantu dalam kesulitan, serta teman-teman pendidikan matematika angkatan 2007.
vi
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT. yang Maha kuasa dan Maha Penyayang, dengan rahmat dan hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan Skripsi dengan judul “generalisasi jumlah ajaib pada persegi ajaib order empat“. Sholawat serta salam tercurahkan kepada Rosulullah Muhammad SAW., keluarga serta sahabatnya. Penulisan skripsi ini merupakan kajian teori yang menggunakan studi literatur (Library Reseach) atau studi kepustakaan, yaitu pembahasan yang dilakukan dengan mengkaji teori-teori atau literatur-literatur tentang persegi ajaib yang relevan untuk memecahkan masalah kostruksi persegi ajaib order-4 dengan generalisasi pada jumlah ajaibnya. Penulis menyadari bahwa Skripsi ini dapat selesai berkat bimbingan, bantuan, dan motivasi dari banyak pihak. Oleh karena itu dengan hati yang tulus penulis menghaturkan rasa hormat dan terima kasih kepada Dr. Dwi Priyo Utomo, M.Pd. dan Dr. Yus M. Cholily, M.Si. selaku dosen pembimbing yang telah meluangkan waktu dan kesabaran dalam memberi bimbingan, pengarahan serta nasihat kepada penulis sehingga skripsi ini terselesaikan. Penulis berharap semoga skripsi ini bermanfaat bagi semua pihak yang berkepentingan. Namun tiada gading yang tak retak, oleh karena itu kritik dan saran yang membangun sangat penulis harapkan demi menjadikan skripsi ini lebih sempurna. Semoga Allah SWT. menunjukkan jalan dan memberikan cahaya-Nya, serta melapangkan dada kita dengan limpahan nikmat iman dan keindahan tawakal kepada-Nya.
Malang,
Penulis
vii
ABSTRAK Yulianto, Dedi. 2011. Generalisasi Jumlah Ajaib pada Persegi Ajaib Order Empat. Skripsi, Jurusan Pendidikan Matematika, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Muhammadiyah Malang. Pembimbing: (I) Dr. Dwi Priyo Utomo, M.Pd., (II) Dr. Yus M. Cholily, M.Si. Persegi ajaib (magic square) merupakan suatu persegi dengan petak yang setiap elemen pada baris ke-𝑖 dan kolom ke-𝑗 ditulis 𝑎𝑖𝑗 tersusun atas bilanganbilangan berbeda biasanya {1, 2, 3, … , 𝑛2 } dan hasil penjumlahan elemen bilangan setiap baris, kolom maupun diagonal sama untuk 𝑛 ∈ Z +. Secara umum dikatakan berorder-𝑛 jika memiliki 𝑛 baris dan 𝑛 kolom. Sebuah persegi ajaib order-4 memungkinkan untuk digeneralisasi pada jumlah ajaibnya (μG ) saat konstruksi persegi ajaib dilakukan. Generalisasi pada jumlah ajaib dapat dilakukan dengan pengaturan elemen-elemen penyusunnya dalam bentuk diagram alur. Diagram alur diperoleh melalui konstruksi persegi baku dengan metode Phillippe de la Hire’s, diagonal ‘Lozenge‘, diagram geometri dan metode knight’s move. Namun, tidak semua persegi ajaib baku order-4 dapat digeneralisasi untuk semua μG (4) ≥ 34 karena bentuk struktural dan karakteristik diagram alur yang berbeda-beda. Diagram alur tanpa elemen kunci hanya dapat mengkonstruksi persegi ajaib dengan 𝜇𝐺 4 = 4𝑞 + 2 untuk 𝜇𝐺 (4) ≥ 34 dan 𝜇𝐺 (4) = 4𝑞 untuk 𝜇𝐺 (4) ≥ 64 dimana 𝑞 ∈ 𝑍 +. Sedangkan, diagram alur yang memiliki elemen kunci dapat mengkonstruksi persegi ajaib untuk semua 𝜇𝐺 (4) ≥ 34. Berdasarkan rumus jumlah ajaib dan keberadaan elemen kunci kemudian diagram alur dikembangkan hingga mendapat rumus persegi yang dapat digunakan dalam konstruksi generalisasi. Dengan demikian, sebuah persegi ajaib order-4 dengan jumlah ajaib tertentu dapat dikonstruksi dengan menetapkan nilai 𝛽 sebagai kenaikan/beda antar bilangan penyusun persegi ajaib, menentukan nilai 𝑘 sebagai residu terkecil dari 𝜇𝐺 4 − 30𝛽 (𝑚𝑜𝑑4) dan menentukan nilai 𝛼 sebagai bilangan pemula dengan menggunakan rumus jumlah ajaib pada generalisasi. Kemudian, mensubstitusikan semua nilai 𝛼, 𝛽 dan 𝑘 pada persamaan bilangan ajaib dalam persegi rumus. Kata Kunci: magic square, generalisasi, diagram alur, elemen kunci.
viii
ABSTRACT Yulianto, Dedi. 2011. Generalisasi Jumlah Ajaib pada Persegi Ajaib Order Empat. Thesis, Department of Mathematics, Faculty of Teacher Training and Education, University of Muhammadiyah Malang. Supervisor: (I) Dr. Dwi Priyo Utomo, M.Pd., (II) Dr. Yus M. Cholily, M.Sc. Magic square is a square with a plot that each element in the row 𝑖 𝑡ℎ and column 𝑗 𝑡ℎ written 𝑎𝑖𝑗 containing of different integers {1, 2, 3, … , 𝑛2 } and in such a way that each row, each column and each diagonal add up to the same value. Well known order-𝑛 if it has 𝑛 rows and 𝑛 columns. A magic square order-4 possible to generalize in construction process. Generalization of magic number can be done by structuring elements in the form of flowcharts. Flow chart obtained through of normal magic square construction with Phillippe de la Hire's, diagonal 'Lozenge', diagram geometries and knight's move method. However, not all normal magic square can be generalized to all. its because of the shape and structural characteristics of the flow chart is different. Flowcharts without the key element, only construct a magic square if 𝜇𝐺 (4) ≥ 34 then 𝜇𝐺 4 = 4𝑞 + 2 and 𝜇𝐺 (4) = 4𝑞 if 𝜇𝐺 (4) ≥ 64 for 𝑞 ∈ 𝑍 +. Whereas, flow charts have the key elements to construct a magic square for all μG (4) ≥ 34. Based on the formula and the existence of a magic number of key elements then flow charts to get a square formula that can be used in the construction of generalizations. Thus, construction a magic square with order-4 can be decide 𝛽 value as the increase the numbers making up the magic square, determine 𝑘 value as the smallest residual numbers of 𝜇𝐺 4 − 30𝛽 (𝑚𝑜𝑑4) and determine 𝛼 value as a beginner with using the magic formula to generalizations. Then, substituting all the values and the equation numbers in square magic formula. Keywords: magic square, generalization, flow charts, key elements.
ix
DAFTAR ISI Halaman Judul ...................................................................................................
i
Lembar Persetujuan ...........................................................................................
ii
Lembar Pengesahan ...........................................................................................
iii
Halaman Pernyataan Keaslian ...........................................................................
iv
Halaman Motto ..................................................................................................
v
Halaman Persembahan .......................................................................................
vi
Kata Pengantar ................................................................................................... vii Abstrak ............................................................................................................... viii Daftar Isi ............................................................................................................
x
Daftar Tabel .......................................................................................................
xi
Daftar Gambar.................................................................................................... xii BAB I
PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang.............................................................................
1
1.2 Rumusan Masalah .......................................................................
3
1.3 Pembatasan Masalah ...................................................................
3
1.4 Tujuan Kajian ..............................................................................
4
1.5 Manfaat Kajian ............................................................................
4
1.6 Metode Kajian .............................................................................
5
BAB II KAJIAN TEORI 2.1 Definisi dan Notasi Persegi Ajaib ...............................................
6
2.2 Sejarah Persegi Ajaib 2.2.1 Persegi Ajaib Order-3 .......................................................
8
2.2.2 Persegi Ajaib Order-4 .......................................................
9
2.2.3 Persegi Ajaib Order-5 dan 6 ............................................. 11 2.2.4 Persegi Ajaib Order-8 ....................................................... 11 2.3 Klasifikasi Persegi Ajaib 2.3.1 Normal Magic Square ....................................................... 13 2.3.2 Semi Magic Square ........................................................... 14 2.3.3 Associative Magic Square................................................. 14
x
2.3.4 Pan Magic Square ............................................................. 15 2.3.5 Concentric Magic Square .................................................. 16 2.3.6 Multiplicative Magic Square............................................. 16 2.4 Konsep Dasar Persegi Ajaib 2.4.1 Jumlah Ajaib ..................................................................... 17 2.4.2 Residu Terkecil Bilangan Bulat ........................................ 18 2.4.3 Dekomposisi Bilangan Persegi ......................................... 20 2.4.4 Persegi Latin ..................................................................... 22 2.4.5 Persegi Latin Ortogonal .................................................... 22 2.5 Metode Konstruksi Persegi Ajaib Order-4 2.5.1 Metode Philippe de la Hire’s ............................................ 23 2.5.2 Metode Diagonal/Lozenge ................................................ 25 2.5.3 Metode Diagram Geometri ............................................... 27 2.5.4 Metode Knight’s Move ..................................................... 31 BAB III PEMBAHASAN 3.1 Struktur Diagram Alur 3.1.1 Pola Diagram Alur ............................................................ 33 3.1.2 Elemen Kunci Persegi Ajaib Order-4 ............................... 35 3.1.3 Pengendalian Elemen Kunci ............................................. 37 3.2 Generalisasi Jumlah Ajaib 3.2.1 Jumlah Ajaib Persegi Ajaib baku Order-4 ........................ 38 3.2.2 Jumlah Ajaib pada Generalisasi Persegi Ajaib Order-4.... 39 3.3.3 Residu Terkecil Persegi Ajaib Order-4 ............................. 43 3.3 Konstruksi Generalisasi Persegi Ajaib Order Empat 3.3.1 Penggunaan Diagram Alur dan Elemen Kunci ................. 44 3.3.2 Penentuan Rumus Dasar Konstruksi ................................. 47 3.3.3 Aplikasi dalam Permainan Persegi Ajaib ......................... 50 BAB IV. PENUTUP 4.1 Kesimpulan ................................................................................. 55 4.2 Saran ........................................................................................... 57 DAFTAR PUSTAKA
xi
DAFTAR TABEL Tabel 2.4.1 Persegi Ajaib dan Jumlah Ajaib ..................................................... 18 Tabel 2.4.2 Penjumlahan Gaspalou ................................................................... 21 Tabel 2.4.3 Penjumlahan Gaspalou Persegi ajaib Order-4 ................................ 21 Tabel 2.5.1 Pola Penghubung Persegi Ajaib ..................................................... 28 Tabel 3.2.1 Konstanta Generalisasi Persegi Ajaib ............................................ 40
xii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1.1 Persegi Ajaib Order-𝑛 ................................................................
7
Gambar 2.1.2 Persegi Asli dan Persegi Ajaib ...................................................
7
Gambar 2.2.1 Kura-Kura dan Persegi Ajaib Luo Shu ......................................
8
Gambar 2.2.2 Figur Persegi Ajaib Zhuang Zi ..................................................
9
Gambar 2.2.3 Persegi Ajaib Chautisa Yatra ..................................................... 10 Gambar 2.2.4 Persegi Ajaib Sagrada Famili..................................................... 10 Gambar 2.2.5 Melencolia-i dan Persegi Ajaib Dürer ....................................... 11 Gambar 2.2.6 Persegi Ajaib Rasa’il Ikhwan Al-Safa ....................................... 11 Gambar 2.2.7 Persegi Ajaib Franklin ............................................................... 12 Gambar 2.3.1 Normal Magic Square Order-4 .................................................. 13 Gambar 2.3.2 Semi Magic Square Order-4 ...................................................... 14 Gambar 2.3.3 Associative dan bukan Associative Magic Square .................... 15 Gambar 2.3.4 Pan Magic Square Order-4 ........................................................ 15 Gambar 2.3.3 Concentric Magic Square ........................................................... 16 Gambar 2.3.3 Multiplicative Magic Square ...................................................... 16 Gambar 2.4.1 Persegi Latin dan bukan Persegi Latin ....................................... 22 Gambar 2.4.2 Persegi Latin Ortogonal ............................................................. 22 Gambar 2.5.1 Pola Dasar Diagram Geometri ................................................... 27 Gambar 2.5.2 Diagram Geometri Persegi Ajaib ............................................... 30 Gambar 3.1.1 Pola Elemen Kunci Persegi Order-4 .......................................... 36 Gambar 3.3.1 Elemen Kunci pada Diagram Alur Tipe I .................................. 47 Gambar 3.3.2 Persegi Rumus Bilangan Ajaib Order-4 .................................... 47
xiii
DAFTAR PUSTAKA
Andrew, W.S..1917. Magic Squares and Cubes. Chicago: Open Court Publishing. Al-Ashhab, Saleem. 2006. Nonconsecutive Magic Squares 4 × 4. Journal of The Islamic University (on-line), Vol. 14, No. 1, Hal. 63-72 (http://www. iugzaza.edu.ps/ara/research/, diakses 20 April 2011). Ball, W.W. Rouse. 1926. Mathematical Recreations and Essays, Tenth Edition. London: Macmillan and Co. Beyer, Thomas R.. 2010. 33 Kunci Menguak Misteri The Lost Symbol. Terjemahan oleh Ingrid Dwijani Nimpoeno. 2010. Yogyakarta: Bentang. Bolt, Brian. 2004. Mathematical Amusement Arcade. Cambridge: Cambridge University Press. Boyer, Carl B. 1968. A Histoty of Mathematics. Terjemahan oleh Institut Terjemahan Negara Malaysia Berhad. 2007. Kuala Lumpur: Smart Print & Stationer Sdn. Bhd. Emanouilidis, Emanuel. 2005. Latin and Magic Squares. Journal of Mathematical Education in Science and Technology (on-line), Vol. 36, No. 2, Hal. 546549, (http://www.informaworld.com/, diakses 17 April 2011). Euler, Leonhard. 2005. On Magic Squares, (on-line), (http://arxiv.org/PS_cache/ math/pdf/0408/0408230v6.pdf, diakses 21 Februari 2011) Gaspalou, Francis. 2005. Structure of Magic and Semi-Magic Squares, Methods and Tools for Enumeration, (on-line), (http://gaspalou.fr/magicsquares/intermediate.htm, diakses 27 September 2011) Hurkens, Cor. 2007. Constructing Franklin Magic Squares, (on-line), (http:// www.win.tue.nl/~wscor/Magic/mag.pdf, diakses 18 April 2011). Hutton, Charles. 1815. A Philoshophical and Mathematical Dictionary. London: The Royal Societies. Jahannathan, B. Sree. 2005. Magic Squares for All Success, E-book (on-line), (http://www.spiritualmindpower.com/files/magic_squares.pdf, diakses 18 April 2011). Kirmani, M. Zaki & N.K. Singh. 2005. Encyclopaedia of Islamic Science and Scientists. New Delhi: Global Vision Publishing House.
1
Moler, Cleve. 2009. Magic Squares, (on-line), (http://www.mathworks.com/ moler/exm/chapters/magic.pdf, diakses 18 April 2011). Mullen, Gary L. & C. Mummert. 2007. Finite Fields and Applications. USA: The American Mathematical Society. Pickover, Clifford A.. 2002. The Zen of Magic Square, Circles, and Stars. New Jersey: Princeton University Press. ----------------------------. 2009. The Math Book: From Phythagoras to the 57th Dimention, 250 Milestones in the History of Mathematics. New York: Sterling Publishing Co., Inc. Poole, David. 2006. Linear Algebra: A Modern Introduction. Canada: Transcontinental Printing. Pujiati. 2004. Penggunaan Alat Peraga dalam Pembelajaran Matematika. Makalah disajikan pada Diklat Instruktur/pengembang Matematika, Yogyakarta, 10-24 Oktober. Sesiano, Jacques. 2003. Construction of Magic Squares Using the Knight’s Move in Islamic Mathematics. Journal of Archive for History of Exact Sciences (on-line), Vol. 58, No. 1, Hal. 1-20, (http://www.springerlink.com/ content/xagwakbwre3y3lbh/, diakses 27 September 2011). Simon, William. 1964. Mathematical Magic. New York: Charles Scribner’s Sons. Sitanggang, Cormenlyna. 2003. Kamus Matematika. Jakarta : Balai Pustaka. Stephens, Daryl L.. 1993. Matrix Properties of Magic Squares. A professional paper submitted of the requirements of master of science in the graduate school. Texas Woman's University. Swetz, Frank J.. Legacy of the Luoshu: The 4,000 Year Search for the Meaning of the Magic Square of Order Three. Wellesley: A K Peters. Taufik, Marhan. 2001. Pengantar Ilmu Bilangan. Materi Kuliah Pendidikan Matematika Universitas Muhammadiyah Malang. The Rosen Group. 2008. The Rosen Comprehensive Dictionary of Math. New York: The Rosen Publishing Group. Watkins, John J.. 2004. Across the Board: The Mathematics of Chessboard Problems. New Jersey: Princeton University Press. Wikipedia. 2010. Magic Square, (on-line), (http://en.wikipedia.org/wiki/ Magic_square, diakses 21 Februari 2011). 2
