ma 2251 matematika diskrit · pdf filekombinatorika, teori graf, teori peluang (diskrit)....

Selamat Datang

di

MA 2251 Matematika Diskrit

Semester II, 2016/2017

1

Rinovia Simanjuntak & Saladin Uttunggadewa

Referensi

PustakaKenneth H. Rosen,

Discrete Mathematics and its Applications,

7th edition, 2007.

On the Webhttp://rinosimanjuntak.wordpress.com/teaching

(Berisi informasi perkuliahan, slide, bahan kuliah, dan tugas.)

2

Evaluasi

• Ujian: Test 1 dan Test 2 50%

• Diskusi Kelompok: 3 kali 15%

• Kuis/Tugas Individu: 3 kali 15%

• Tugas Pemrograman (Kelompok): 2 kali 20%

3

Matematika Diskrit?Cabang matematika yang mempelajari tentang obyek diskrit. (Diskrit berarti memuat elemen yang berbeda dan tak terhubung).

Berbagai masalah yang dapat dipecahkan dengan menggunakan matematikadiskrit: – Ada berapa cara untuk memilih password yang valid untuk suatu sistem

komputer?– Berapa peluang untuk menang dalam suatu undian?– Apakah ada link antara dua komputer dalam suatu jaringan komputer?– Bagaimana mengenali e-mail spam?– Bagaimana cara mengenkripsi pesan sehingga hanya orang tertentu dapat

membacanya?– Bagaimana menentukan lintasan terpendek antara dua kota dengan

menggunakan sistem angkutan umum?– Bagaimana mengurutkan suatu kumpulan data?– Berapa langkah yang diperlukan untuk melakukan pengurutan tersebut?– Ada berapa alamat internet yang valid?– Bagaimana memetakan genetik manusia? (Genome project)– Bagaimana mengatur jadwal take-off/landing/parkir pesawat-pesawat di

bandara? 4

Mengapa Belajar Matematika Diskrit ?

• Dapat dibangun kedewasaan dalam bermatematika, yaitukemampuan untuk memahami dan membuat argumen matematis.

• Merupakan landasan berbagai bidang matematika: logika, teorihimpunan, teori bilangan, aljabar linier dan abstrak, kombinatorika, teori graf, teori peluang (diskrit).

• Merupakan landasan ilmu komputer: struktur data, algoritma, teori basis data, bahasa formal, teori automata, teori compiler, sistem operasi, dan pengamanan komputer (computer security).

• Memuat latar belakang matematis yang diperlukan untukmemecahkan masalah dalam riset operasi (optimasi diskrit), kimia, ilmu rekayasa, biologi, dsb.

5

Silabus

• Logika (1.1-1.5)

• Bukti (1.6-1.8)

• Struktur Disktrit – Himpunan (2.1-2.2, 2.5)

– Fungsi (2.3)

– Barisan dan Deret (2.4)

– Matriks (2.6)

• Algoritma (3.1-3.3)

• Induksi (5.1-5.2)

• Rekursi (5.3)

• Counting– Dasar counting (6.1)

– Prinsip Sarang Merpati (6.2)

– Permutasi dan Kombinasi (6.3)

– Koefisien Binomial (6.4)

• Peluang Diskrit (7.1-7.2)

• Teknik Counting Lanjut – Relasi recurrence (8.1-8.2)

– Fungsi pembangkit (8.4)

– Inklusi-Ekslusi (8.5-8.6)

• Relasi (9.1, 9.3-9.6)

6

1.1. PROPOSITIONAL LOGIC

Bab 1The Foundations: Logic and Proofs

7

Logika dan Proposisi

• Logika merupakan dasar dari semua penalaran matematis.

• Aturan logika memberikan arti pada pernyataan matematika dandigunakan untuk membedakan pernyataan yang valid dan tidakvalid.

• Blok pembangun logika adalah proposisi.

Proposisi: pernyataan yang bernilai benar atau salah, tapi tidakkeduanya.

• Untuk menotasikan proposisi, digunakan alfabet seperti p, q, r, s

• Kita katakan bahwa nilai kebenaran dari suatu proposisi adalahbenar (T) atau salah (F).

• Berkorespondensi dengan 1 dan 0 dalam dunia digital.

8

Contoh Proposisi

“Gajah lebih besar daripada kucing.”

9

Ini suatu pernyataan ? ya

Ini suatu proposisi ? ya

Apa nilai kebenaran dari

proposisi ini ? T

Contoh Proposisi (2)

“1089 < 101”

10

Ini pernyataan ? ya

Ini proposisi ? ya

Apa nilai kebenaran dari

proposisi ini ? F

Contoh Proposisi (3)

“y > 15”

11

Ini pernyataan ? ya

Ini proposisi ? tidak

Nilai kebenaran bergantung pada nilai y yang

tidak spesifik.

Pernyataan seperti ini kita sebut fungsi

proposisi atau kalimat terbuka.

Contoh Proposisi (4)

“Bulan ini Februari dan 24 < 5.”

12

Ini pernyataan ? ya

Ini proposisi ? ya

Nilai kebenaran dari

proposisi tersebut ? F

Contoh Proposisi (5)

“Jangan tidur di kelas.”

13

Ini pernyataan ? tidak

Ini proposisi ? tidak

Hanya pernyataan yang dapat menjadi

proposisi.

Perintah dan pertanyaan bukanlah proposisi.

Ini permintaan.

Contoh Proposisi (6)

“Jika gajah berwarna merah,

mereka dapat berlindung di bawah pohon cabe.”

14

Ini pernyataan ? ya

Ini proposisi ? ya

Apa nilai kebenaran

proposisi tersebut ? F (?)

Contoh Proposisi (7)

“x < y jika dan hanya jika y > x.”

15

Ini pernyataan ? ya

Ini proposisi ? ya

Apa nilai kebenaran dari

proposisi tsb ? T

… sebab nilai kebenarannya

tidak bergantung pada nilai

x dan y.

Proposisi Majemuk

Satu atau lebih proposisi dapat digabung membentuk sebuah proposisi majemuk dengan menggunakan beberapa operator logika.

– Negasi (NOT)

– Konjungsi - Conjunction (AND)

– Disjungsi - Disjunction (OR)

– Eksklusif Or (XOR)

– Implikasi (IF-THEN)

– Bikondisional (IF AND ONLY IF)

Tabel kebenaran dapat digunakan untuk menunjukkan nilai kebenaran dari proposisi majemuk.

16

Negasi (NOT)

Operator Uner, Simbol:

17

p p

true false

false true

Konjungsi (AND)

Operator Biner, Simbol:

18

p q pq

true true true

true false false

false true false

false false false

Disjungsi (OR)

Operator Biner, Simbol:

19

p q pq

true true true

true false true

false true true

false false false

Exclusive Or (XOR)

Operator Biner, Simbol:

20

p q pq

true true false

true false true

false true true

false false false

Implikasi (IF-THEN)

Implikasi p q adalah proposisi yang bernilai salahjika p benar dan q salah, dan bernilai benar jika lainnya.

21

falsefalsetrue

truetruefalse

truefalsefalse

truetruetrue

pqqp

Implikasi p q

• Jika p, maka q

• Jika p, q

• p mengakibatkan q

• p hanya jika q

• p cukup untuk q

• Syarat perlu untuk p adalah q

• q jika p

• q ketika p

• q diakibatkan p

• q setiap kali p

• q perlu untuk p

• Syarat cukup untuk q adalah p

22

Contoh Implikasi

Implikasi

“Jika hari ini hari Jumat maka 2+3 > 7.”

bernilai benar untuk semua hari kecuali hari Jumat, walaupun 2+3 > 7 bernilai salah.

Kapan pernyataan berikut bernilai benar?

“Jika hari tidak hujan maka saya akan pergi ke Lembang.”

23

Konversi, Kontrapositif, dan Invers

• q p disebut konversi dari p q

• q p disebut kontrapositif dari p q

• p q disebut invers dari p q

Contoh.

Berikan konversi, kontrapositif, dan invers daripernyataan berikut:

“Persib menang setiap kali hari hujan.”

24

Bikondisional (IF AND ONLY IF)

Operator Biner, Simbol:

25

p q pq

true true true

true false false

false true false

false false true

Bikondisional pq

• p perlu dan cukup untuk q

• jika p maka q, dan sebaliknya

• p iff q

Contoh.

Seseorang dapat naik pesawat jika dan hanyajika ia membeli tiket.

26

Soal

1.1.5

1.1.6

1.1.10

1.1.39

27

1.2. APPLICATIONS OF PROPOSITIONAL LOGIC

28

Bahasa dalam Ekspresi Logika (1)

Contoh. Ubah ke dalam ekspresi logika:

“Anda mempunyai akses internet hanya jika anda mahasiswaMatematika ITB atau anda bukan mahasiswa TPB”

Solusi. Misal a : “Anda punya akses internet”

m: “Anda mhs Matematika ITB”

f: “Anda mhs TPB”

a (m f)

29

Bahasa dalam Ekspresi Logika (2)

Soal 1. Ubah kedalam ekspresi logika.

“Anda tidak boleh naik roller coaster jika tinggi anda kurang dari 100 cm, kecuali usia anda sudah melebihi 16 th.”

“Saya akan ingat tentang kuliah besok hanya jika kamu mengirim sms.”

“Pantai akan erosi ketika ada badai”

30

Spesifikasi Sistem

Contoh.

“The automated reply cannot be sent when the file system is full.”

Spesifikasi sistem disebut konsisten jika spesifikasi tersebut tidak memuat pernyataan yang mengakibatkan kontradiksi.

Contoh. Tentukan apakah spesifikasi sistem berikut konsisten.

“The diagnostic message is stored in the buffer or it is retransmitted.”

“The diagnostic message is not stored in the buffer.”

“If the diagnostic message is stored in the buffer, then it is retransmitted.”

“The diagnostic message is not retransmitted”

31

Puzzle Logika (1)

32

(Smullyan, ‘98)

Suatu pulau mempunyai dua macam penghuni, yaitu penjujur (orang yg selalu berkata benar) dan pembohong (orang yg selalu berkata salah/bohong).

Anda bertemu dua orang A dan B di pulau itu. Jika A berkata bhw “B penjujur” dan B berkata bhw “kami berdua mempunyai tipe yg berlainan”, maka apa yang dapat anda simpulkan tentang A dan B.

Puzzle Logika (2)

§1.1 No. 60

Alice: Carlos did it. Carlos: Diana did it.

Diana: Carlos is lying. John: I didn’t do it.

Oracle: Only one of them is telling the truth.

Problem: Who did it?

33

Dengan menggunakan tabel kebenaran, caribaris di mana hanya 1 pernyataan yang benar

34

Latihan

1.2.5

1.2.17

1.2.34

35

1.3. PROPOSITIONAL EQUIVALENCES

36

Salah satu langkah penting dalam argumentasi matematis adalah mengganti suatu pernyataan dengan pernyataan lain yang memiliki nilai kebenaran yang sama.

37

Tautologi

Tautologi adalah suatu pernyataan majemuk yang selalu benar.

Contoh:

• R(R)

• (PQ)(P)(Q)

Jika ST suatu tautologi, kita tulis ST.

Jika ST suatu tautologi, kita tulis ST.

38

Kontradiksi

Kontradiksi adalah pernyataan majemuk yang selalu bernilaisalah.

Contoh:

• R(R)

• ((PQ)(P)(Q))

Negasi dari suatu tautologi adalah suatu kontradiksi, negasi darikontradiksi adalah suatu tautologi.

39

Pernyataan yang Ekivalen (1)

40

P Q PQ (PQ) (P)(Q)

true true true false false

true false false true true

false true false true true

false false false true true

Pernyataan yang Ekivalen (2)

Pernyataan (PQ) dan (P)(Q) ekivalen

(Note: (PQ)(P)(Q) selalu benar) 41

P Q (PQ) (P)(Q) (PQ)(P)(Q)

true true false false true

true false true true true

false true true true true

false false true true true

Dua pernyataan majemuk yang memiliki nilai kebenaran yang sama untuk semua kasus yang mungkin disebut ekivalen secara logika. Notasi p ≡ q berarti p dan q ekivalen secara logika.

Ekivalen secara Logika

42

Contoh

Tunjukkan bahwa￢(p ∨ (￢p ∧ q)) dan

￢p ∧￢q adalah ekivalen secara logika.

Solusi.

METODA 1 dengan menggunakan Tabel Kebenaran

METODA 2 dengan menggunakan sekumpulan ekivalensi

43

Solusi dengan Metoda 2

￢(p ∨ (￢p ∧ q)) ≡ ￢p ∧￢(￢p ∧ q) Hukum De Morgan

≡ ￢p ∧ [￢(￢p)∨￢q] Hukum De Morgan

≡ ￢p ∧ (p ∨￢q)

≡ (￢p ∧ p) ∨ (￢p ∧￢q) Sifat distributif

≡ F ∨ (￢p ∧￢q) ￢p ∧ p ≡ F

≡ (￢p ∧￢q) ∨ F Sifat komutatif

≡ ￢p ∧￢q

44

1.4. PREDICATES AND QUANTIFIERS

45

Predikat dan Kuantifier

Pernyataan “x > 3” punya 2 bagian, yakni “x” sebagai subjek dan “ adalah lebih besar 3” sebagai predikat P.

Kita dpt simbolkan pernyataan “x > 3” dengan P(x). Sehingga kita dapat mengevaluasi nilai kebenaran dari P(4) dan P(1).

Subjek dari suatu pernyataan dapat berjumlah lebih dari satu.

Contoh. Q(x,y): x - 2y > x + y

46

Kuantifikasi Universal“P(x) benar untuk semua nilai x dalam domain pembicaraan”

x P(x).

Soal 2. Tentukan nilai kebenaran x (x2 x) jika:

x bilangan real x bilangan bulat

Untuk menunjukkan x P(x) salah, cukup dengan mencari satu nilai x dalam domain shg P(x) salah.

Nilai x tersebut dikatakan contoh penyangkal (counter example) dari pernyataan x P(x). 47

Kuantifikasi Eksistensi

“Ada nilai x dalam domain pembicaraan sehingga P(x) bernilai benar”

x P(x).

Soal 3.

Tentukan nilai kebenaran dari x P(x) bila P(x) menyatakan “x2 > 12” dan domain pembicaraan meliputi semua bilangan bulat positif tidak lebih dari 4.

48

Negasi

“Setiap mhs dalam kelas ini telah mengambil Kalkulus IA”

x P(x)

Apakah negasi dari pernyataan ini….?

“Ada seorang mhs dalam kelas ini yang belum mengambil Kalkulus IA”

x P(x)

Jadi, x P(x) x P(x). 49

Negasi (2)

Soal 4.

Carilah negasi dari pernyataan berikut:

“Ada politikus yang jujur”

“Semua orang Indonesia makan pecel lele”

Soal 5.

Tentukan negasi dari:

x(x2 > x)

x (x2 = 2)

50

1.5. NESTED QUANTIFIERS

51

Kuantifier Bersusun

x y (x+y = y+x)

berarti x+y = y+x berlaku untuk semua bilangan real x dan y.

x y (x+y = 0)

berarti untuk setiap x ada nilai y sehingga x+y = 0.

x y z (x+(y+z) = (x+y)+z)

berarti untuk setiap x, y dan z berlaku hukum asosiatif x+(y+z) = (x+y)+z.

52

Soal

Soal 6. Artikan kalimat ini dalam bhs Indonesia:

x (C(x) y ( C(y) F(x,y))),

bila C(x) : “x mempunyai komputer”,

F(x,y): “x dan y berteman”,

dan domainnya adalah semua mhs di kampus.

Soal 7. Bagaimana dengan berikut ini:

x y z((F(x,y) F(x,z) (y z) F(y,z))

Soal 8. Nyatakan negasi dari pernyataan

x y (xy=1).

53