Lompat ke isi

Basis (aljabar linear): Perbedaan antara revisi

Ensiklopedia Pengetahuan Universitas Islam Sultan Agung
Maintenance script (bicara | kontrib)
Impor teks terkontrol dari Wikipedia bahasa Indonesia; revisi 28473814; atribusi sumber disertakan.
 
Maintenance script (bicara | kontrib)
Presentation V4: sitasi, referensi, Math, Wikimedia Commons, dan atribusi
 
Baris 1: Baris 1:
Dalam [[matematika]], sebarang [[Himpunan (matematika)|himpunan]] vektor '''' dalam suatu [[ruang vektor]]  disebut '''basis''', jika setiap elemen di  dapat dituliskan sebagai [[kombinasi linear]] terhingga yang unik dari elemen-elemen di ''''. Koefisien-koefisien pada kombinasi linear tersebut disebut sebagai ''koordinat'' dari vektor terhadap ''''. Elemen-elemen dari basis disebut sebagai ''vektor basis''. Basis juga dapat didefinisikan sebagai himpunan '''' yang elemen-elemennya saling [[Kebebasan linear|bebas linear]] dan setiap elemen di  adalah kombinasi linear dari elemen-elemen di ''''. Dengan kata lain, basis adalah [[Rentang linear|himpunan merentang]] (''spanning'') yang bebas linear.
[[File:3d_two_bases_same_vector.svg|thumb|right|280px|Vektor yang sama (panah berwarna biru tua) dapat dinyatakan dengan menggunakan dua basis yang berbeda (panah-panah berwarna ungu dan berwarna merah)]]
 
Dalam [[matematika]], sebarang [[Himpunan (matematika)|himpunan]] vektor '''' dalam suatu [[ruang vektor]]  disebut '''basis''', jika setiap elemen di  dapat dituliskan sebagai [[kombinasi linear]] terhingga yang unik dari elemen-elemen di ''''. Koefisien-koefisien pada kombinasi linear tersebut disebut sebagai ''koordinat'' dari vektor terhadap ''''. Elemen-elemen dari basis disebut sebagai ''vektor basis''. Basis juga dapat didefinisikan sebagai himpunan '''' yang elemen-elemennya saling [[Kebebasan linear|bebas linear]] dan setiap elemen di  adalah kombinasi linear dari elemen-elemen di ''''.<ref>Paul Richard Halmos. [https://books.google.com/books?id=mdWeEhA17scC&pg=PA10 Finite-Dimensional Vector Spaces]. Springer. 1987. hlm. 10. ISBN 978-0-387-90093-3.</ref> Dengan kata lain, basis adalah [[Rentang linear|himpunan merentang]] (''spanning'') yang bebas linear.


Suatu ruang vektor dapat memiliki beberapa basis; namun semua basis tersebut akan memiliki jumlah elemen yang sama, yang disebut sebagai [[Dimensi (ruang vektor)|''dimensi'' dari ruang vektor]]. Artikel ini secara umum membahas ruang-ruang vektor berdimensi hingga. Akan tetapi, banyak prinsip yang disampaikan juga berlaku untuk ruang vektor dimensi tak-hingga.
Suatu ruang vektor dapat memiliki beberapa basis; namun semua basis tersebut akan memiliki jumlah elemen yang sama, yang disebut sebagai [[Dimensi (ruang vektor)|''dimensi'' dari ruang vektor]]. Artikel ini secara umum membahas ruang-ruang vektor berdimensi hingga. Akan tetapi, banyak prinsip yang disampaikan juga berlaku untuk ruang vektor dimensi tak-hingga.
Baris 12: Baris 14:


; ''kebebasan linear''
; ''kebebasan linear''
: Untuk setiap subset [[Himpunan hingga|terhingga]] <math>\{\mathbf v_1, \dotsc, \mathbf v_m\}</math> dari <math>B</math>, jika <math>c_1 \mathbf v_1 + \cdots + c_m \mathbf v_m = \mathbf 0</math> untuk suatu <math>c_1,\dotsc,c_m</math> di , maka
: Untuk setiap subset [[Himpunan hingga|terhingga]] <math>\{\mathbf v_1, \dotsc, \mathbf v_m\}</math> dari <math>B</math>, jika <math>c_1 \mathbf v_1 + \cdots + c_m \mathbf v_m = \mathbf 0</math> untuk suatu <math>c_1,\dotsc,c_m</math> di , maka  
; ''merentang linear''
; ''merentang linear''
: Untuk setiap vektor <math>\mathbf v \in V</math>, terdapat <math>n</math> skalar <math>a_1,\dotsc,a_n</math> di  dan <math>n</math> vektor <math>\mathbf v_1, \dotsc, \mathbf v_n</math> di '''', sehingga
: Untuk setiap vektor <math>\mathbf v \in V</math>, terdapat <math>n</math> skalar <math>a_1,\dotsc,a_n</math> di  dan <math>n</math> vektor <math>\mathbf v_1, \dotsc, \mathbf v_n</math> di '''', sehingga  


[[Skalar (matematika)|Skalar-skalar]] <math>a_i</math> disebut ''koordinat'' dari vektor <math>\mathbf v</math> terhadap basis <math>B</math>, dan berdasarkan sifat pertama, nilai mereka unik (tunggal). Ruang vektor disebut ''[[Dimensi (ruang vektor)|berdimensi hingga]]'' jika ruang vektor tersebut memiliki basis dengan total elemen yang berhingga.
[[Skalar (matematika)|Skalar-skalar]] <math>a_i</math> disebut ''koordinat'' dari vektor <math>\mathbf v</math> terhadap basis <math>B</math>, dan berdasarkan sifat pertama, nilai mereka unik (tunggal). Ruang vektor disebut ''[[Dimensi (ruang vektor)|berdimensi hingga]]'' jika ruang vektor tersebut memiliki basis dengan total elemen yang berhingga.
Baris 21: Baris 23:


== Contoh ==
== Contoh ==
Himpunan <math>\R^2</math> dari [[pasangan terurut]] [[bilangan riil]] adalah suatu ruang vektor dibawah operasi penjumlahan komponen-demi-komponen<math display="block">(a, b) + (c, d) = (a + c, b+d)</math>dan perkalian<math display="block">\lambda (a,b) = (\lambda a, \lambda b),</math>dengan <math>\lambda</math> adalah sebarang bilangan riil. Contoh basis yang sederhana dari ruang vektor ini adalah himpunan yang berisi vektor <math>\mathbf{e}_1 = (1,\,0)</math> dan <math>\mathbf{e}_2 = (0,\,1) </math>. Kedua vektor ini membentuk sebuah basis (yang disebut ''basis standar'') karena sebarang vektor <math>\mathbf{v} = (a,\,b) </math> di <math>\R^2</math> dapat ditulis secara unik sebagai<math display="block">\mathbf v = a \mathbf e_1 + b \mathbf e_2.</math>Sebarang pasangan vektor yang saling bebas linear di <math>\R^2</math>, seperti <math>(1,\,1)</math> dan <math>(-1,\,2)</math>, juga membentuk sebuah basis untuk <math>\R^2</math>. Secara umum, jika <math>F</math> berupa [[Lapangan (matematika)|lapangan]], maka himpunan <math>F^n</math> yang berisi [[Rangkap|rangkap-''n'']] elemen-elemen dari <math>F^n</math> adalah sebuah ruang vektor, dibawah operasi penjumlahan dan perkalian yang serupa dengan contoh pembuka tadi. Misalkan<math display="block">\mathbf e_i = (0,\,\ldots,\,0,\,1,\,0,\,\ldots,\,0)</math>adalah rangkap-''n'' dengan semua komponennya bernilai 0, kecuali komponen ke-''i'', yang bernilai 1. Himpunan <math>\mathbf e_1, \ldots, \mathbf e_n</math> membentuk suatu basis (terurut) untuk <math>F^n,</math> yang disebut dengan ''basis standar'' dari <math>F^n.</math> Contoh yang berbeda terlihat pada [[gelanggang polinomial]]. Jika <math>F</math> berupa [[Lapangan (matematika)|lapangan]], himpunan <math>F[x]</math> dari semua [[polinomial]] satu-variabel dengan koefisien-koefisiennya berada di <math>F</math>, merupakan suatu ruang vektor. Salah satu basis untuk ruang ini adalah [[basis monomial]] '''', yang berisi semua [[monomial]]:<math display="block">B=\{1, x, x^2, \ldots\}.</math>Contoh lain dari basis untuk ruang vektor tersebut adalah [[Polinomial Bernstein|polinomial basis Bernstein]] dan [[polinomial Chebyshev]].
Himpunan <math>\R^2</math> dari [[pasangan terurut]] [[bilangan riil]] adalah suatu ruang vektor dibawah operasi penjumlahan komponen-demi-komponen<math display="block">(a, b) + (c, d) = (a + c, b+d)</math>dan perkalian<math display="block">\lambda (a,b) = (\lambda a, \lambda b),</math>dengan <math>\lambda</math> adalah sebarang bilangan riil. Contoh basis yang sederhana dari ruang vektor ini adalah himpunan yang berisi vektor <math>\mathbf{e}_1 = (1,\,0)</math> dan <math>\mathbf{e}_2 = (0,\,1) </math>. Kedua vektor ini membentuk sebuah basis (yang disebut ''basis standar'') karena sebarang vektor <math>\mathbf{v} = (a,\,b) </math> di <math>\R^2</math> dapat ditulis secara unik sebagai<math display="block">\mathbf v = a \mathbf e_1 + b \mathbf e_2.</math>Sebarang pasangan vektor yang saling bebas linear di <math>\R^2</math>, seperti <math>(1,\,1)</math> dan <math>(-1,\,2)</math>, juga membentuk sebuah basis untuk <math>\R^2</math>. Secara umum, jika <math>F</math> berupa [[Lapangan (matematika)|lapangan]], maka himpunan <math>F^n</math> yang berisi [[Rangkap|rangkap-''n'']] elemen-elemen dari <math>F^n</math> adalah sebuah ruang vektor, dibawah operasi penjumlahan dan perkalian yang serupa dengan contoh pembuka tadi. Misalkan<math display="block">\mathbf e_i = (0,\,\ldots,\,0,\,1,\,0,\,\ldots,\,0)</math>adalah rangkap-''n'' dengan semua komponennya bernilai 0, kecuali komponen ke-''i'', yang bernilai 1. Himpunan <math>\mathbf e_1, \ldots, \mathbf e_n</math> membentuk suatu basis (terurut) untuk <math>F^n,</math> yang disebut dengan ''basis standar'' dari <math>F^n.</math> Contoh yang berbeda terlihat pada [[gelanggang polinomial]]. Jika <math>F</math> berupa [[Lapangan (matematika)|lapangan]], himpunan <math>F[x]</math> dari semua [[polinomial]] satu-variabel dengan koefisien-koefisiennya berada di <math>F</math>, merupakan suatu ruang vektor. Salah satu basis untuk ruang ini adalah [[basis monomial]] '''', yang berisi semua [[monomial]]:<math display="block">B=\{1, x, x^2, \ldots\}.</math>Contoh lain dari basis untuk ruang vektor tersebut adalah [[Polinomial Bernstein|polinomial basis Bernstein]] dan [[polinomial Chebyshev]].


Baris 41: Baris 42:
== Koordinat ==
== Koordinat ==
Misalkan <math>V</math> adalah ruang vektor berdimensi <math>n</math> (hingga) atas lapangan <math>F</math>, dan<math display="block">B = \{\mathbf b_1, \ldots, \mathbf b_n\}</math>adalah basis dari <math>V</math>. Berdasarkan definisi dari basis, setiap <math>\mathbf v</math> di <math>V</math> dapat ditulis secara unik sebagai<math display="block">\mathbf v = \lambda_1 \mathbf b_1 + \cdots + \lambda_n \mathbf b_n,</math>dengan koefisien-koefisien <math>\lambda_1, \ldots, \lambda_n</math> adalah skalar (yaitu, elemen-elemen dari <math>F</math>), yang disebut sebagai ''koordinat'' dari <math>\mathbf v</math> atas <math>B</math>. Akan tetapi, pembahasan terkait ''himpunan'' koefisien akan menghilangkan hubungan antara koefisien-koefisien dari elemen-elemen basis, dan beberapa vektor berbeda dapat memiliki ''himpunan'' koefisien yang sama. Sebagai contoh, vektor <math>3 \mathbf b_1 + 2 \mathbf b_2</math> dan <math>2 \mathbf b_1 + 3 \mathbf b_2</math> yang berbeda memiliki himpunan koefisien <math>\{2,\,3\}</math> yang sama. Oleh karena itu, konsep ''basis terurut'' umum digunakan untuk mempermudah pembahasan. Hal ini dilakukan dengan [[Himpunan indeks|mengindeks]] elemen-elemen basis menggunakan bilangan asli. Koordinat dari vektor juga diindeks dengan cara yang sama, sehingga vektor dapat dikarakterisasi seutuhnya dari barisan koordinat mereka.
Misalkan <math>V</math> adalah ruang vektor berdimensi <math>n</math> (hingga) atas lapangan <math>F</math>, dan<math display="block">B = \{\mathbf b_1, \ldots, \mathbf b_n\}</math>adalah basis dari <math>V</math>. Berdasarkan definisi dari basis, setiap <math>\mathbf v</math> di <math>V</math> dapat ditulis secara unik sebagai<math display="block">\mathbf v = \lambda_1 \mathbf b_1 + \cdots + \lambda_n \mathbf b_n,</math>dengan koefisien-koefisien <math>\lambda_1, \ldots, \lambda_n</math> adalah skalar (yaitu, elemen-elemen dari <math>F</math>), yang disebut sebagai ''koordinat'' dari <math>\mathbf v</math> atas <math>B</math>. Akan tetapi, pembahasan terkait ''himpunan'' koefisien akan menghilangkan hubungan antara koefisien-koefisien dari elemen-elemen basis, dan beberapa vektor berbeda dapat memiliki ''himpunan'' koefisien yang sama. Sebagai contoh, vektor <math>3 \mathbf b_1 + 2 \mathbf b_2</math> dan <math>2 \mathbf b_1 + 3 \mathbf b_2</math> yang berbeda memiliki himpunan koefisien <math>\{2,\,3\}</math> yang sama. Oleh karena itu, konsep ''basis terurut'' umum digunakan untuk mempermudah pembahasan. Hal ini dilakukan dengan [[Himpunan indeks|mengindeks]] elemen-elemen basis menggunakan bilangan asli. Koordinat dari vektor juga diindeks dengan cara yang sama, sehingga vektor dapat dikarakterisasi seutuhnya dari barisan koordinat mereka.


Misalkan, seperti biasa, <math>F^n</math> adalah himpunan [[Rangkap|rangkap-''n'']] dari elemen-elemen di <math>F</math>). Himpunan ini adalah ruang vektor-<math>F</math>, dengan operasi penjumlahan dan perkalian skalar-nya dilakukan secara komponen-demi-komponen. Pemetaan<math display="block">\varphi: (\lambda_1, \ldots, \lambda_n) \mapsto \lambda_1 \mathbf b_1 + \cdots + \lambda_n \mathbf b_n</math>adalah suatu [[Peta linear|isomorfisme linear]] dari ruang vektor <math>F^n</math> pada (''onto'') <math>V</math>. Dalam kata lain, <math>F^n</math> adalah [[Ruang vektor#Ruang koordinat|ruang koordinat]] dari <math>V</math>, dan rangkap-''n'' <math>\varphi^{-1}(\mathbf v)</math> adalah [[vektor koordinat]] dari <math>\mathbf v</math>. Secara khusus, invers bayangan dari <math>\mathbf b_i</math> oleh <math>\varphi</math> adalah vektor <math>\mathbf e_i</math>, yang setiap komponennya bernilai 0, kecuali komponen ke-''i'' yang bernilai 1. Himpunan <math>\mathbf e_i</math> membentuk suatu basis terurut bagi <math>F^n</math>, yang disebut dengan ''basis standar'' atau ''basis kanonik''.
Misalkan, seperti biasa, <math>F^n</math> adalah himpunan [[Rangkap|rangkap-''n'']] dari elemen-elemen di <math>F</math>). Himpunan ini adalah ruang vektor-<math>F</math>, dengan operasi penjumlahan dan perkalian skalar-nya dilakukan secara komponen-demi-komponen. Pemetaan<math display="block">\varphi: (\lambda_1, \ldots, \lambda_n) \mapsto \lambda_1 \mathbf b_1 + \cdots + \lambda_n \mathbf b_n</math>adalah suatu [[Peta linear|isomorfisme linear]] dari ruang vektor <math>F^n</math> pada (''onto'') <math>V</math>. Dalam kata lain, <math>F^n</math> adalah [[Ruang vektor#Ruang koordinat|ruang koordinat]] dari <math>V</math>, dan rangkap-''n'' <math>\varphi^{-1}(\mathbf v)</math> adalah [[vektor koordinat]] dari <math>\mathbf v</math>. Secara khusus, invers bayangan dari <math>\mathbf b_i</math> oleh <math>\varphi</math> adalah vektor <math>\mathbf e_i</math>, yang setiap komponennya bernilai 0, kecuali komponen ke-''i'' yang bernilai 1. Himpunan <math>\mathbf e_i</math> membentuk suatu basis terurut bagi <math>F^n</math>, yang disebut dengan ''basis standar'' atau ''basis kanonik''.


== Perubahan basis ==
== Perubahan basis ==
Misalkan <math>V</math> adalah ruang vektor berdimensi <math>n</math> atas lapangan . Untuk dua basis (terurut) <math>B_\text{lama} = (\mathbf v_1, \ldots, \mathbf v_n)</math> dan <math>B_\text{baru} = (\mathbf w_1, \ldots, \mathbf w_n)</math>, terkadang menguntungkan untuk menyatakan koordinat dari suatu vektor <math>\mathbf z</math> atas <math>B_\mathrm{lama}</math>, dalam bentuk koordinat atas <math>B_\mathrm{baru}</math>. Hal ini secara umum dilakukan karena pembahasan melibatkan ekspresi matematika yang menggunakan koordinat lama.
Misalkan <math>V</math> adalah ruang vektor berdimensi <math>n</math> atas lapangan . Untuk dua basis (terurut) <math>B_\text{lama} = (\mathbf v_1, \ldots, \mathbf v_n)</math> dan <math>B_\text{baru} = (\mathbf w_1, \ldots, \mathbf w_n)</math>, terkadang menguntungkan untuk menyatakan koordinat dari suatu vektor <math>\mathbf z</math> atas <math>B_\mathrm{lama}</math>, dalam bentuk koordinat atas <math>B_\mathrm{baru}</math>. Hal ini secara umum dilakukan karena pembahasan melibatkan ekspresi matematika yang menggunakan koordinat lama.


Baris 64: Baris 63:
Anggap ada suatu vektor <math>\mathbf w</math> di <math>V</math> yang tidak berada dalam [[Rentang linear|rentang]] (''span'') dari <math>L_\text{max}</math>, maka <math>\mathbf w</math> bukan menjadi elemen dari <math>L_\text{max}</math>. Misalkan <math>L_\mathbf{w} = L_\text{max} \cup \{w\}</math>. Himpunan ini adalah elemen dari <math>X</math> (karena <math>\mathbf w</math> tidak berada dalam rentang <math>L_\text{max}</math>, dan <math>L_\text{max}</math> bebas linear) mengakibatkannya merupakan subset yang bebas linear di <math>V</math>. Karena <math>L_\text{max} \subseteq L_\mathbf{w} </math> tetapi <math>L_\text{max} \neq L_\mathbf{w} </math> (karena <math>L_\mathbf{w} </math> mengandung <math>\mathbf w</math> yang tidak ada di <math>L_\text{max}</math>), hal ini berkontradiksi dengan maksimalitas dari <math>L_\text{max}</math>. Alhasil, <math>L_\text{max}</math> merentang <math>V</math>.
Anggap ada suatu vektor <math>\mathbf w</math> di <math>V</math> yang tidak berada dalam [[Rentang linear|rentang]] (''span'') dari <math>L_\text{max}</math>, maka <math>\mathbf w</math> bukan menjadi elemen dari <math>L_\text{max}</math>. Misalkan <math>L_\mathbf{w} = L_\text{max} \cup \{w\}</math>. Himpunan ini adalah elemen dari <math>X</math> (karena <math>\mathbf w</math> tidak berada dalam rentang <math>L_\text{max}</math>, dan <math>L_\text{max}</math> bebas linear) mengakibatkannya merupakan subset yang bebas linear di <math>V</math>. Karena <math>L_\text{max} \subseteq L_\mathbf{w} </math> tetapi <math>L_\text{max} \neq L_\mathbf{w} </math> (karena <math>L_\mathbf{w} </math> mengandung <math>\mathbf w</math> yang tidak ada di <math>L_\text{max}</math>), hal ini berkontradiksi dengan maksimalitas dari <math>L_\text{max}</math>. Alhasil, <math>L_\text{max}</math> merentang <math>V</math>.


Kita dapatkan <math>L_\text{max}</math> bebas linear dan merentang <math>V</math>, menjadikannya sebagai basis bagi <math>V</math> dan membuktikan bahwa semua ruang vektor memiliki basis. Bukti ini membutuhkan lema Zorn, yang setara dengan [[aksioma pemilihan]]. Kebalikan dari hubungan di atas juga telah dibuktikan, bahwa jika semua ruang vektor memiliki basis, maka aksioma pemilihan benar. Akibatnya, dua pernyataan ini bersifat setara.
Kita dapatkan <math>L_\text{max}</math> bebas linear dan merentang <math>V</math>, menjadikannya sebagai basis bagi <math>V</math> dan membuktikan bahwa semua ruang vektor memiliki basis. Bukti ini membutuhkan lema Zorn, yang setara dengan [[aksioma pemilihan]]. Kebalikan dari hubungan di atas juga telah dibuktikan, bahwa jika semua ruang vektor memiliki basis, maka aksioma pemilihan benar.<ref>[https://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Basis+%28aljabar+linear%29&oldid=28473814 sumber pada Wikipedia bahasa Indonesia]</ref> Akibatnya, dua pernyataan ini bersifat setara.
 
== Catatan kaki ==
 
 
== Referensi ==
=== Referensi umum ===
 
*
*
*
 
=== Referensi sejarah ===
 
*
*
*
*
*
* , reprint:
*
*
*
*
*


== Pranala luar ==
== Pranala luar ==
* Video pembelajaran dari Khan Academy ([[bahasa Inggris]])
* Video pembelajaran dari Khan Academy ([[bahasa Inggris]])
** [https://web.archive.org/web/20120426050335/http://khanexercises.appspot.com/video?v=zntNi3-ybfQ ''Introduction to bases of subspaces'']
** [https://web.archive.org/web/20120426050335/http://khanexercises.appspot.com/video?v=zntNi3-ybfQ ''Introduction to bases of subspaces'']
** [https://web.archive.org/web/20120426050418/http://khanexercises.appspot.com/video?v=Zn2K8UIT8r4 ''Proof that any subspace basis has same number of elements'']
** [https://web.archive.org/web/20120426050418/http://khanexercises.appspot.com/video?v=Zn2K8UIT8r4 ''Proof that any subspace basis has same number of elements'']
*
*  
*
*


== Referensi ==
<references />


== Sumber dan atribusi ==


== Sumber dan atribusi ==
Konten artikel ini diadaptasi dari [https://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Basis+%28aljabar+linear%29&oldid=28473814 Wikipedia bahasa Indonesia], revisi 28473814 (2025-11-14T03:59:14Z), yang tersedia berdasarkan lisensi Creative Commons Atribusi-BerbagiSerupa (CC BY-SA). Gambar pada artikel ini bersumber dari Wikimedia Commons dan mengikuti ketentuan lisensi masing-masing berkas. Mohon gunakan konten dan media secara bijak serta sesuai dengan ketentuan lisensi yang berlaku.


Konten artikel ini diadaptasi dari [https://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Basis+%28aljabar+linear%29&oldid=28473814 Wikipedia bahasa Indonesia], revisi 28473814 (2025-11-14T03:59:14Z), yang tersedia berdasarkan lisensi Creative Commons Atribusi-BerbagiSerupa (CC BY-SA). Mohon gunakan konten ini secara bijak serta sesuai dengan ketentuan lisensi yang berlaku.
<!-- WIKI_UNISSULA_PRESENTATION_V4 -->

Revisi terkini sejak 25 Agustus 2026 18.04

Vektor yang sama (panah berwarna biru tua) dapat dinyatakan dengan menggunakan dua basis yang berbeda (panah-panah berwarna ungu dan berwarna merah)

Dalam matematika, sebarang himpunan vektor ' dalam suatu ruang vektor disebut basis, jika setiap elemen di dapat dituliskan sebagai kombinasi linear terhingga yang unik dari elemen-elemen di '. Koefisien-koefisien pada kombinasi linear tersebut disebut sebagai koordinat dari vektor terhadap '. Elemen-elemen dari basis disebut sebagai vektor basis. Basis juga dapat didefinisikan sebagai himpunan ' yang elemen-elemennya saling bebas linear dan setiap elemen di adalah kombinasi linear dari elemen-elemen di '.[1] Dengan kata lain, basis adalah himpunan merentang (spanning) yang bebas linear.

Suatu ruang vektor dapat memiliki beberapa basis; namun semua basis tersebut akan memiliki jumlah elemen yang sama, yang disebut sebagai dimensi dari ruang vektor. Artikel ini secara umum membahas ruang-ruang vektor berdimensi hingga. Akan tetapi, banyak prinsip yang disampaikan juga berlaku untuk ruang vektor dimensi tak-hingga.

Definisi

Basis untuk ruang vektor V (atas medan F) adalah suatu himpunan bagian BV yang memenuhi:

  1. Setiap 𝐯V dapat dituliskan sebagai 𝐯=i=1kai𝐛i dengan k,a1,,akF,𝐛1,,𝐛kB.
  2. Jika 𝐯=i=1k~a~i𝐛~i representasi lain, maka k=k~ dan ada suatu permutasi ι:{1,,k}{1,,k} yang ai=a~ι(i) dan 𝐛i=𝐛~ι(i).

Sebarang basis B dari suatu ruang vektor V atas lapangan F (seperti bilangan riil atau bilangan kompleks ) adalah suatu subset dari V yang saling bebas linear dan merentang V. Hal ini mengartikan suatu subset B dari V merupakan basis jika memenuhi dua syarat berikut:

kebebasan linear
Untuk setiap subset terhingga {𝐯1,,𝐯m} dari B, jika c1𝐯1++cm𝐯m=𝟎 untuk suatu c1,,cm di , maka
merentang linear
Untuk setiap vektor 𝐯V, terdapat n skalar a1,,an di dan n vektor 𝐯1,,𝐯n di ', sehingga

Skalar-skalar ai disebut koordinat dari vektor 𝐯 terhadap basis B, dan berdasarkan sifat pertama, nilai mereka unik (tunggal). Ruang vektor disebut berdimensi hingga jika ruang vektor tersebut memiliki basis dengan total elemen yang berhingga.

Vektor-vektor basis sering kali (dan terkadang harus) perlu memiliki urutan total untuk mempermudah pembahasan. Sebagai contoh, ketika basis digunakan untuk membahas orientasi, atau untuk membahas koefisien-koefisien vektor terhadap suatu basis tanpa perlu merujuk secara eksplisit elemen-elemen dari basis. Istilah basis terurut terkadang digunakan untuk mempertegas bahwa suatu urutan telah dipilih; yang sebenarnya menyebabkan basis bukan lagi sebagai suatu himpunan tak-terurut, melainkan sebagai suatu barisan (atau sejenisnya). Pembahasan lebih lanjut tersedia di bagian Koordinat di bawah.

Contoh

Himpunan 2 dari pasangan terurut bilangan riil adalah suatu ruang vektor dibawah operasi penjumlahan komponen-demi-komponen(a,b)+(c,d)=(a+c,b+d)dan perkalianλ(a,b)=(λa,λb),dengan λ adalah sebarang bilangan riil. Contoh basis yang sederhana dari ruang vektor ini adalah himpunan yang berisi vektor 𝐞1=(1,0) dan 𝐞2=(0,1). Kedua vektor ini membentuk sebuah basis (yang disebut basis standar) karena sebarang vektor 𝐯=(a,b) di 2 dapat ditulis secara unik sebagai𝐯=a𝐞1+b𝐞2.Sebarang pasangan vektor yang saling bebas linear di 2, seperti (1,1) dan (1,2), juga membentuk sebuah basis untuk 2. Secara umum, jika F berupa lapangan, maka himpunan Fn yang berisi rangkap-n elemen-elemen dari Fn adalah sebuah ruang vektor, dibawah operasi penjumlahan dan perkalian yang serupa dengan contoh pembuka tadi. Misalkan𝐞i=(0,,0,1,0,,0)adalah rangkap-n dengan semua komponennya bernilai 0, kecuali komponen ke-i, yang bernilai 1. Himpunan 𝐞1,,𝐞n membentuk suatu basis (terurut) untuk Fn, yang disebut dengan basis standar dari Fn. Contoh yang berbeda terlihat pada gelanggang polinomial. Jika F berupa lapangan, himpunan F[x] dari semua polinomial satu-variabel dengan koefisien-koefisiennya berada di F, merupakan suatu ruang vektor. Salah satu basis untuk ruang ini adalah basis monomial ', yang berisi semua monomial:B={1,x,x2,}.Contoh lain dari basis untuk ruang vektor tersebut adalah polinomial basis Bernstein dan polinomial Chebyshev.

Sifat-sifat

Banyak sifat dari basis terhingga merupakan hasil dari lema pertukaran Steinitz, yang menyatakan bahwa, untuk sebarang ruang vektor V, dan sebarang penetapan himpunan merentang S dan himpunan bebas linear L berisi n elemen dari V, n elemen dari S dapat dipilih sedemikian rupa untuk ditukar dengan elemen-elemen di L sehingga menghasilkan suatu himpunan merentang yang: mengandung L, elemen-elemen yang lainnya berada di S, dan memiliki jumlah elemen yang sama dengan S. Sebagian besar sifat yang dihasilkan dari lema tersebut masih berlaku ketika tidak ada himpunan merentang yang terhingga, tetapi pembuktian untuk keadaan ini memerlukan aksioma pemilihan atau suatu bentuk yang lebih lemahnya, seperti lema ultrafilter.

Jika V adalah ruang vektor atas lapangan F, maka:

  • Untuk sebarang subset bebas linear L dari sebarang himpunan merentang SV, terdapat suatu basis B sehingga LBS.
  • V memiliki basis (hal ini dapat dihasilkan dari sifat sebelumnya dengan memilih L sebagai himpunan kosong, dan S=V).
  • Setiap basis dari V memiliki kardinalitas yang sama, yang disebut dengan dimensi dari V. Pernyataan ini dikenal sebagai teorema dimensi.
  • Sebarang himpunan pembangkit S adalah basis dari V jika dan hanya jika itu bersifat minimal, artinya, S bukan subset sejati (proper subset) dari sebarang himpunan yang bebas linear.

Jika V adalah ruang vektor berdimensi n, suatu subset berisi n elemen dari V merupakan basis dari V jika dan hanya jika:

  • Subset tersebut bebas linear;
  • Subset tersebut himpunan merentang dari V.

Koordinat

Misalkan V adalah ruang vektor berdimensi n (hingga) atas lapangan F, danB={𝐛1,,𝐛n}adalah basis dari V. Berdasarkan definisi dari basis, setiap 𝐯 di V dapat ditulis secara unik sebagai𝐯=λ1𝐛1++λn𝐛n,dengan koefisien-koefisien λ1,,λn adalah skalar (yaitu, elemen-elemen dari F), yang disebut sebagai koordinat dari 𝐯 atas B. Akan tetapi, pembahasan terkait himpunan koefisien akan menghilangkan hubungan antara koefisien-koefisien dari elemen-elemen basis, dan beberapa vektor berbeda dapat memiliki himpunan koefisien yang sama. Sebagai contoh, vektor 3𝐛1+2𝐛2 dan 2𝐛1+3𝐛2 yang berbeda memiliki himpunan koefisien {2,3} yang sama. Oleh karena itu, konsep basis terurut umum digunakan untuk mempermudah pembahasan. Hal ini dilakukan dengan mengindeks elemen-elemen basis menggunakan bilangan asli. Koordinat dari vektor juga diindeks dengan cara yang sama, sehingga vektor dapat dikarakterisasi seutuhnya dari barisan koordinat mereka.

Misalkan, seperti biasa, Fn adalah himpunan rangkap-n dari elemen-elemen di F). Himpunan ini adalah ruang vektor-F, dengan operasi penjumlahan dan perkalian skalar-nya dilakukan secara komponen-demi-komponen. Pemetaanφ:(λ1,,λn)λ1𝐛1++λn𝐛nadalah suatu isomorfisme linear dari ruang vektor Fn pada (onto) V. Dalam kata lain, Fn adalah ruang koordinat dari V, dan rangkap-n φ1(𝐯) adalah vektor koordinat dari 𝐯. Secara khusus, invers bayangan dari 𝐛i oleh φ adalah vektor 𝐞i, yang setiap komponennya bernilai 0, kecuali komponen ke-i yang bernilai 1. Himpunan 𝐞i membentuk suatu basis terurut bagi Fn, yang disebut dengan basis standar atau basis kanonik.

Perubahan basis

Misalkan V adalah ruang vektor berdimensi n atas lapangan . Untuk dua basis (terurut) Blama=(𝐯1,,𝐯n) dan Bbaru=(𝐰1,,𝐰n), terkadang menguntungkan untuk menyatakan koordinat dari suatu vektor 𝐳 atas Blama, dalam bentuk koordinat atas Bbaru. Hal ini secara umum dilakukan karena pembahasan melibatkan ekspresi matematika yang menggunakan koordinat lama.

Umumnya, koordinat vektor-vektor basis baru dinyatakan atas basis lama, yakni,𝐰j=i=1nai,j𝐯i.Jika (x1,,xn) dan (y1,,yn) adalah koordinat vektor 𝐳, masing-masing atas basis lama dan atas basis baru, maka rumus perubahan basis adalahxi=j=1nai,jyj,Untuk i=1,,n. Rumus tersebut dapat ditulis lebih ringkas dengan menggunakan notasi matriks. Misalkan 𝐀 adalah matriks dengan entri-entri dan𝐱=[x1xn]dan𝐲=[y1yn]adalah vektor kolom dari koordinat 𝐳 masing-masing atas basis lama dan atas basis baru. Rumus perubahan basis dapat ditulis sebagax=𝐀y.Rumus ini dapat dibuktikan dengan menguraikan vektor 𝐳 pada kedua basis: di satu sisi kita memiliki𝐳=i=1nxi𝐯i,dan di sisi lain,𝐳=j=1nyj𝐰j=j=1nyji=1nai,j𝐯i=i=1n(j=1nai,jyj)𝐯i.Karena penguraian vektor atas suatu basis bersifat unik, kita dapatkan hubunganxi=j=1nai,jyj,untuk .

Bukti bahwa semua ruang vektor memiliki basis

Misalkan V adalah sebarang ruang vektor atas lapangan F, dan X adalah himpunan semua subset yang bebas linear di V. Himpunan X tidak kosong karena berisi himpunan kosong (yang merupakan subset dari V dan bebas linear). Himpunan X juga terurut parsial oleh operasi inklusi, yang dinyatakan secara umum dengan .

Misalkan Y adalah suatu subset dari X yang terurut total oleh , dan misalkan LY adalah gabungan dari semua elemen di Y. Karena (Y,) terurut total, setiap subset terhingga dari LY adalah suatu subset dari suatu elemen di Y, yang merupakan suatu subset bebas linear dari V. Akibatnya, LY juga bersifat bebas linear, sehingga termasuk elemen dari X. Hal ini mengartikan LY adalah batas atas bagi Y dalam (X,): himpunan itu adalah elemen dari X, dan berisi semua elemen dari Y.

Karena X tak-kosong, dan semua subset terurut total dari (X,) memiliki batas atas dalam X, lema Zorn menyatakan bahwa X memiliki elemen maksimal. Dalam kata lain, terdapat elemen Lmax di X yang memenuhi kondisi: kapanpun LmaxL untuk suatu elemen L dari X, maka L=Lmax.

Karena Lmax elemen dari X, kita menyimpulkan Lmax adalah subset yang bebas linear di V. Sekarang kita cukup membuktikan Lmax adalah basis dari V.

Anggap ada suatu vektor 𝐰 di V yang tidak berada dalam rentang (span) dari Lmax, maka 𝐰 bukan menjadi elemen dari Lmax. Misalkan L𝐰=Lmax{w}. Himpunan ini adalah elemen dari X (karena 𝐰 tidak berada dalam rentang Lmax, dan Lmax bebas linear) mengakibatkannya merupakan subset yang bebas linear di V. Karena LmaxL𝐰 tetapi LmaxL𝐰 (karena L𝐰 mengandung 𝐰 yang tidak ada di Lmax), hal ini berkontradiksi dengan maksimalitas dari Lmax. Alhasil, Lmax merentang V.

Kita dapatkan Lmax bebas linear dan merentang V, menjadikannya sebagai basis bagi V dan membuktikan bahwa semua ruang vektor memiliki basis. Bukti ini membutuhkan lema Zorn, yang setara dengan aksioma pemilihan. Kebalikan dari hubungan di atas juga telah dibuktikan, bahwa jika semua ruang vektor memiliki basis, maka aksioma pemilihan benar.[2] Akibatnya, dua pernyataan ini bersifat setara.

Pranala luar

Referensi

  1. Paul Richard Halmos. Finite-Dimensional Vector Spaces. Springer. 1987. hlm. 10. ISBN 978-0-387-90093-3.
  2. sumber pada Wikipedia bahasa Indonesia

Sumber dan atribusi

Konten artikel ini diadaptasi dari Wikipedia bahasa Indonesia, revisi 28473814 (2025-11-14T03:59:14Z), yang tersedia berdasarkan lisensi Creative Commons Atribusi-BerbagiSerupa (CC BY-SA). Gambar pada artikel ini bersumber dari Wikimedia Commons dan mengikuti ketentuan lisensi masing-masing berkas. Mohon gunakan konten dan media secara bijak serta sesuai dengan ketentuan lisensi yang berlaku.