Kuliah 7 4 TEORI BILANGAN Matematika Diskrit Dr

Kuliah 7 4. TEORI BILANGAN Matematika Diskrit Dr. -Ing. Erwin Sitompul http: //zitompul. wordpress. com

Bilangan Bulat § Bilangan bulat adalah bilangan yang tidak mempunyai pecahan desimal. Misalnya: 8 ; 21 ; 8765 ; – 34 ; 0. § Berlawanan dengan bilangan bulat adalah bilangan riil, yang mempunyai pecahan desimal. Misalnya: 8, 0 ; 34, 25 ; 0, 02. Erwin Sitompul Matematika Diskrit 7/2

Sifat Pembagian Pada Bilangan Bulat § Misalkan a dan b bilangan bulat, a 0. Maka a habis membagi b (a divides b) jika terdapat bilangan bulat c sedemikian sehingga b = ac. § Notasi: a | b jika b = ac, c Z dan a 0. Contoh: (a) 4 | 12 karena 12/4 = 3 (bilangan bulat) atau 12 = 4 3. (b) 4 | 13 karena 13/4 = 3, 25 (bukan bilangan bulat). Erwin Sitompul Matematika Diskrit 7/3

Teorema Euclidean 1: Misalkan m dan n bilangan bulat, n > 0. Jika m dibagi dengan n maka terdapat bilangan bulat unik q (quotient) dan r (remainder), sedemikian sehingga m = nq + r dengan 0 r < n. Contoh: (a) 1987/97 = 20, sisa 47 1987 = 97 20 + 47 (b) 25/7 = 3, sisa 4 25 = 7 3 + 4 (c) – 25/7 = – 4, sisa 3 – 25 = 7 (– 4) + 3 Tetapi bukan – 25 = 7 (– 3) – 4, karena remainder r = – 4 (sementara syarat 0 r < n) Erwin Sitompul Matematika Diskrit 7/4

Pembagi Bersama Terbesar (PBT) § Misalkan a dan b bilangan bulat tidak nol. § Pembagi bersama terbesar (PBT, greatest common divisor) dari a dan b adalah bilangan bulat terbesar d sedemikian hingga d | a dan d | b. § Dalam hal ini dituliskan bahwa PBT(a, b) = d. Contoh: Tentukan PBT(45, 36) ! § Faktor pembagi 45: 1, 3, 5, 9, 15, 45. § Faktor pembagi 36: 1, 2, 3, 4, 6, 9, 12, 18, 36. § Faktor pembagi bersama dari 45 dan 36 adalah 1, 3, 9. Dengan cara enumerasi di atas, didapatkan PBT(45, 36) = 9. Erwin Sitompul Matematika Diskrit 7/5

Pembagi Bersama Terbesar (PBT) Teorema Euclidean 2: Misalkan m dan n bilangan bulat, n > 0, sedemikian sehingga m = nq + r, 0 r < n. Maka PBT(m, n) = PBT(n, r). Contoh: Ambil nilai m = 66, n = 18, 66 = 18 3 + 12 Maka PBT(66, 18) = PBT(18, 12) = 6 Erwin Sitompul Matematika Diskrit 7/6

Algoritma Euclidean § Tujuan Algoritma untuk mencari PBT dari dua buah bilangan bulat. § Penemu Euclid, seorang matematikawan Yunani yang menuliskan algoritma tersebut dalam bukunya, “Element”. Erwin Sitompul Matematika Diskrit 7/7

Algoritma Euclidean Bila m dan n adalah bilangan bulat tak negatif dengan m n, misalkan r 0 = m dan r 1 = n. … Lakukan pembagian berikut secara berturut-turut untuk memperoleh: r 0 = r 1 q 1 + r 2 0 r 2 r 1, r 1 = r 2 q 2 + r 3 0 r 3 r 2, ri– 2 = ri– 1 qi– 1 + ri 0 ri– 1, ri– 1 = riqi + 0 Menurut Teorema Euclidean 2, PBT(m, n) = PBT(r 0, r 1) = PBT(r 1, r 2) = … = PBT(ri– 2, ri– 1) = PBT(ri– 1, ri) = PBT(ri, 0) = ri Jadi, PBT dari m dan n adalah sisa terakhir yang tidak nol dari runtunan pembagian tersebut, yaitu ri. Erwin Sitompul Matematika Diskrit 7/8

Algoritma Euclidean Diberikan dua buah bilangan bulat tak-negatif m dan n (m n). Algoritma Euclidean berikut mencari pembagi bersama terbesar dari m dan n. Algoritma Euclidean 1. Jika n = 0 maka m adalah PBT(m, n); STOP. Jika n 0, lanjutkan ke Langkah 2. 2. Bagilah m dengan n dan misalkan r adalah sisanya. 3. Ganti nilai m dengan nilai n, dan nilai n dengan nilai r, lalu ulang kembali ke Langkah 1. Erwin Sitompul Matematika Diskrit 7/9

Algoritma Euclidean Contoh: Ambil m = 80, n = 12, dengan demikian syarat m n dipenuhi. 80 = 12 6 + 8 12 = 8 1 + 4 8 = 4 2 + 0 n = 0 m = 4 adalah PBT(80, 12) = 4; STOP. Erwin Sitompul Matematika Diskrit 7/10

Kombinasi Linier § PBT(a, b) dapat dinyatakan sebagai kombinasi linier (linear combination) dari a dan b dengan koefisienkoefisennya yang dapat dipilih bebas. Contoh: PBT(80, 12) = 4, maka 4 = (– 1) 80 + 7 12 Koefisien, dapat dipilih bebas Teorema Kombinasi Linier: Misalkan a dan b bilangan bulat positif, maka terdapat bilangan bulat m dan n sedemikian sehingga PBT(a, b) = ma + nb. Erwin Sitompul Matematika Diskrit 7/11

Kombinasi Linier Contoh: Nyatakan PBT(312, 70) = 2 sebagai kombinasi linier dari 312 dan 70! Solusi: Terapkan Algoritma Euclidean untuk memperoleh PBT(312, 70) = 2 sbb: 312 = 4 70 + 32 (1) 70 = 2 32 + 6 (2) 32 = 5 6 + 2 (3) 6 = 3 2 + 0 (4) Susun (3) menjadi 2 = 32 – 5 6 (5) Susun (2) menjadi 6 = 70 – 2 32 (6) Erwin Sitompul Masukkan (6) ke (5) menjadi 2 = 32 – 5 (70 – 2 32) = 1 32 – 5 70 + 10 32 = 11 32 – 5 70 (7) Susun (1) menjadi 32 = 312 – 4 70 (8) Masukkan (8) ke (7) menjadi 2 = 11 32 – 5 70 = 11 (312 – 4 70) – 5 70 = 11 312 – 49 70 Jadi, PBT(312, 70) = 2 = 11 312 – 49 70 Matematika Diskrit 7/12

Aritmatika Modulo Misalkan a adalah sembarang bilangan bulat dan m adalah bilangan bulat positif, maka a mod m memberikan sisa pembagian bilangan bulat bila a dibagi dengan m a mod m = r sedemikian sehingga a = mq + r, dengan 0 r < m Hasil dari modulo m terletak di dalam himpunan { 0, 1, 2, …, m– 1 } Erwin Sitompul Matematika Diskrit 7/13

Kongruen § Amati 38 mod 5 = 3 dan 13 mod 5 = 3. Maka dikatakan 38 13 (mod 5). Cara baca: 38 kongruen dengan 13 dalam modulo 5. § Misalkan a dan b bilangan bulat dan m > 0. Jika m habis membagi a – b, maka a b (mod m). § Jika a tidak kongruen dengan b dalam modulus m, maka ditulis a b (mod m). Erwin Sitompul Matematika Diskrit 7/14

Kongruen Contoh: § 17 2 (mod 3) 3 habis membagi 17– 2 = 15 § – 7 15 (mod 11) 11 habis membagi – 7– 15 = – 22 § 12 2 (mod 7) 7 tidak habis membagi 12– 2 = 10 § – 7 15 (mod 3) 3 tidak habis membagi – 7– 15 = – 22 Erwin Sitompul Matematika Diskrit 7/15

Kongruen a b (mod m) dapat dituliskan sebagai a = b + km (k adalah bilangan bulat). Contoh: § 17 2 (mod 3) 17 = 2 + 5 3 § – 7 15 (mod 11) – 7 = 15 + (– 2) 11 a mod m = r dapat juga ditulis sebagai a r (mod m). Contoh: § § § 23 mod 5 = 3 23 3 (mod 5) 6 mod 8 = 6 6 (mod 8) 0 mod 12 = 0 0 (mod 12) – 41 mod 9 = 4 – 41 4 (mod 9) – 39 mod 13 = 0 – 39 0 (mod 13) Erwin Sitompul Matematika Diskrit 7/16

Kongruen Teorema Kongruen: Misalkan m adalah bilangan bulat positif. 1. Jika a b (mod m) dan c adalah sembarang bilangan bulat, maka i. (a + c) (b + c) (mod m) ii. ac bc (mod m) iii. ap bp (mod m) , p bilangan bulat tak-negatif 2. Jika a b (mod m) dan c d (mod m), maka i. (a + c) (b + d) (mod m) ii. ac bd (mod m) Erwin Sitompul Matematika Diskrit 7/17

Kongruen Contoh: Misalkan 17 2 (mod 3) dan 10 4 (mod 3), maka menurut Teorema Kongruen, § 17 + 5 2 + 5 (mod 3) 22 7 (mod 3) § 17 5 2 5 (mod 3) 85 10 (mod 3) § 17 + 10 2 + 4 (mod 3) 27 6 (mod 3) § 17 10 2 4 (mod 3) 170 8 (mod 3) Erwin Sitompul Matematika Diskrit 7/18

Bilangan Prima § Bilangan bulat positif p (p > 1) disebut bilangan prima jika pembaginya hanya 1 dan p. Contoh: 23 adalah bilangan prima, karena ia hanya habis dibagi oleh 1 dan 23. § Bilangan selain prima disebut bilangan komposit (composite). Contoh: 20 adalah bilangan komposit, karena 20 dapat dibagi oleh 2, 4, 5, dan 10, selain 1 dan 20 sendiri. Erwin Sitompul Matematika Diskrit 7/19

Relatif Prima Dua buah bilangan bulat a dan b dikatakan relatif prima jika PBT(a, b) = 1. Contoh: § 20 dan 3 relatif prima, sebab PBT(20, 3) = 1. § 7 dan 11 relatif prima, karena PBT(7, 11) = 1. § 20 dan 5 tidak relatif prima, sebab PBT(20, 5) = 5 ≠ 1. Jika a dan b relatif prima, maka terdapat bilangan bulat m dan n sedemikian sehingga ma + nb = 1. Contoh: § Bilangan 20 dan 3 adalah relatif prima karena PBT(20, 3) =1, sehingga dapat ditulis 2 20 + (– 13) 3 = 1 (m = 2, n = – 13). § Bilangan 20 dan 5 tidak relatif prima karena PBT(20, 5) ≠ 1, sehingga 20 dan 5 tidak dapat dituliskan m 20 + n 5 = 1. Erwin Sitompul Matematika Diskrit 7/20

Inversi Modulo § Di dalam aritmatika bilangan riil, inversi (balikan, inverse) dari perkalian adalah pembagian. § Contohnya, inversi 4 adalah 1/4, sebab 4 1/4 = 1. § Di dalam aritmatika modulo, masalah menghitung inversi modulo lebih sukar. § Jika a dan m relatif prima dan m > 1, maka terdapat inversi (balikan) dari a modulo m. § Balikan dari a modulo m adalah bilangan bulat x sedemikian sehingga ax 1 (mod m). Erwin Sitompul Matematika Diskrit 7/21

Inversi Modulo Contoh: Tentukan balikan dari 4 (mod 9) ! Solusi: Karena PBT(4, 9) = 1, maka inversi dari 4 (mod 9) ada. Dari Algoritma Euclidean diperoleh bahwa 9 = 2 4 + 1. Susun persamaan di atas menjadi – 2 4 + 1 9 = 1. Dari persamaan terakhir diperoleh bahwa – 2 adalah inversi (balikan) dari 4 (mod 9). Periksa bahwa – 2 4 1 (mod 9) Erwin Sitompul Matematika Diskrit 7/22

Inversi Modulo Catatan: Setiap bilangan yang kongruen dengan – 2 (mod 9) adalah juga inversi dari 4. Contoh: § 7 – 2 (mod 9) § – 11 – 2 (mod 9) § 16 – 2 (mod 9) Erwin Sitompul 9 habis membagi 7 – (– 2) = 9 9 habis membagi – 11 – (– 2) = – 9 9 habis membagi 16 – (– 2) = 18 Matematika Diskrit 7/23

Inversi Modulo Contoh: Tentukan balikan dari 17 (mod 7) ! Solusi: Karena PBT(17, 7) = 1, maka inversi dari 17 (mod 7) ada. Dari Algoritma Euclidean diperoleh bahwa 17 = 2 7 + 3 (1) 7 = 2 3 + 1 (2) 3 = 3 1 + 0 (3) Susun (2) menjadi 1 = 7 – 2 3 (4) Susun (1) menjadi 3 = 17 – 2 7 (5) Dari persamaan terakhir diperoleh Masukkan (5) ke (4) bahwa – 2 adalah inversi (balikan) 1 = 7 – 2 (17 – 2 7) dari 17 (mod 7) 1 = – 2 17 + 5 7 Periksa – 2 17 1 (mod 7) Erwin Sitompul Matematika Diskrit 7/24

Inversi Modulo Contoh: Tentukan balikan dari 18 (mod 10) ! Solusi: Karena PBT(18, 10) = 2 ≠ 1, maka inversi dari 18 (mod 10) tidak ada. Erwin Sitompul Matematika Diskrit 7/25

Kongruensi Linier Kongruensi linier berbentuk: ax b (mod m), dimana m > 0, a dan b sembarang bilangan bulat, dan x adalah variabel bilangan bulat. Pemecahan: ax = b + km x = (b + km) / a Cobakan untuk k = 0, 1, 2, … dan k = – 1, – 2, … yang memberikan hasil x bilangan bulat. Erwin Sitompul Matematika Diskrit 7/26

Kongruensi Linier Contoh: Tentukan solusi untuk 4 x 3 (mod 9) ! Solusi: 4 x 3 (mod 9) x = (3 + k 9 ) / 4 k = 0 x = (3 + 0 9) / 4 = 3/4 bukan solusi k = 1 x = (3 + 1 9) / 4 = 3 solusi k = 2 x = (3 + 2 9) / 4 = 21/4 bukan solusi k = 3, k = 4 tidak memberi solusi k = 5 x = (3 + 5 9) / 4 = 12 solusi … k = – 1 x = (3 – 1 9) / 4 = – 6/4 bukan solusi k = – 2 x = (3 – 2 9) / 4 = – 15/4 bukan solusi k = – 3 x = (3 – 3 9) / 4 = – 6 solusi … k = – 7 x = (3 – 7 9) / 4 = – 15 solusi … Nilai-nilai x yang memenuhi: 3, 12, … dan – 6, – 15, … Erwin Sitompul Matematika Diskrit 7/27

Kongruensi Linier Contoh: Tentukan solusi untuk 2 x 3 (mod 4) ! Solusi: 2 x 3 (mod 4) x = (3 + k 4 ) / 2 § Oleh karena k 4 adalah selalu bilangan genap, maka 3 + k 4 akan selalu memberikan hasil bilangan ganjil. § Bila bilangan ganjil dibagi 2, maka hasilnya akan selalu bilangan pecahan. § Dengan demikian, tidak ada nilai x yang memenuhi 2 x 3 (mod 4). Erwin Sitompul Matematika Diskrit 7/28

Kongruensi Linier Contoh: Tentukan x sedemikian hingga 3 x 4 (mod 7) ! Solusi: 3 x 4 (mod 7) (3)– 1 3 x x (3)– 1 4 (mod 7) x – 2 4 (mod 7) x – 8 (mod 7) x 13, 19, . . . } Erwin Sitompul x (3)– 1 4 (mod 7) 6 (mod 7) = {. . . , – 8, – 1, 6, Matematika Diskrit 7/29

Aplikasi Teori Bilangan: ISBN § ISBN (International Standard Book Number) § Kode ISBN terdiri dari 10 karakter, biasanya dikelompokkan dengan spasi atau garis, misalnya 0– 3015– 4561– 9. § ISBN terdiri atas empat bagian kode: § Kode yang mengidentifikasikan bahasa § Kode yang mengidentifikasikan penerbit § Kode unik untuk buku tersebut § Karakter uji pada posisi terakhir (berupa angka atau huruf X) Erwin Sitompul Matematika Diskrit 7/30

Aplikasi Teori Bilangan: ISBN §Karakter uji dipilih sedemikian hingga Contoh: ISBN 0– 3015– 4561– 8 0 : kode kelompok negara berbahasa Inggris, 3015 : kode penerbit 4561 : kode unik buku yang diterbitkan 8 : karakter uji. Karakter uji ini didapatkan sebagai berikut: 1 0 + 2 3 + 3 0 + 4 1 + 5 5 + 6 4 + 7 5 + 8 6 + 9 1 = 151 Jadi, karakter ujinya adalah 151 mod 11 = 8 Erwin Sitompul Matematika Diskrit 7/31

Aplikasi Teori Bilangan: ISBN Contoh: ISBN 978 -3 -8322 -4066 -0 § Mulai Januari 2007 digunakan ISBN dengan 13 digit § Cara perhitungan menjadi berbeda dan dipergunakan modulo 10 Karakter uji ini didapatkan sebagai berikut: 9 1 + 7 3 + 8 1 + 3 3 + 2 1 + 2 3 + 4 1 + 0 3 + 6 1 + 6 3 = 100 Jadi, karakter ujinya adalah 100 + x 13 0 (mod 10) x 13 = 0 Erwin Sitompul Matematika Diskrit 7/32

Pekerjaan Rumah (PR 7) No. 1: Tentukan PBT(216, 88) dan nyatakanlah PBT tersebut sebagai kombinasi linier 216 dan 88. No. 2: Diberikan sebuah kode ISBN-13: 978 -0385510455. Periksalah apakah kode tersebut sahih atau tidak. Petunjuk: Periksa karakter uji dari ISBN tersebut. Erwin Sitompul Matematika Diskrit 7/33

Pekerjaan Rumah (PR 7) New No. 1: Tentukan solusi untuk 5 x 7 (mod 11) ! No. 2: Bila diberikan kode ISBN-10: 0072880082, periksa apakah kode ini adalah valid atau tidak. Petunjuk: Periksa karakter uji dari kode ISBN tersebut. No. 3: Sukarela untuk tambahan 20 poin Kode ISBN-13: 978 -007289 A 054 adalah valid. Berapakah nilai dari A? Erwin Sitompul Matematika Diskrit 7/34