INDUKSI
MATEMATIKA
Induksi
matematika merupakan
materi yang menjadi perluasan dari logika matematika. Logika matematika sendiri mempelajari pernyataan yang bisa
bernilai benar atau salah, ekivalen atau ingkaran sebuah pernyataan, dan juga
berisi penarikan kesimpulan.
Induksi matematika menjadi
sebuah metode pembuktian secara deduktif yang digunakan untuk membuktikan suatu
pernyataan benar atau salah. Dimana merupakan suatu proses atau aktivitas
berpikir untuk menarik kesimpulan berdasarkan pada kebenaran pernyataan yang
berlaku secara umum sehingga pada pernyataan khusus atau tertentu juga bisa
berlaku benar. Dalam induksi matematika ini, variabel dari suatu perumusan
dibuktikan sebagai anggota dari himpunan bilangan asli.
Ada
tiga langkah dalam induksi matematika yang diperlukan untuk membuktikan suatu
rumus atau pernyataan. Langkah-langkah tersebut adalah :
1. Membuktikan bahwa rumus atau pernyataan tersebut
benar untuk n = 1.
2. Mengasumsikan bahwa rumus atau pernyataan
tersebut benar untuk n = k.
3.
Membuktikan bahwa rumus
atau pernyataan tersebut benar untuk n = k + 1.
Untuk
menerapkan induksi matematika, kita harus bisa menyatakan pernyataan P (k + 1)
ke dalam pernyataan P(k) yang diberikan. Untuk meyatakan persamaan P (k + 1),
substitusikan kuantitas k + 1 kedalam pernyataan P(k).
METODE PEMBUKTIAN LANGSUNG DAN TIDAK LANGSUNG
A.
METODE PEMBUKTIAN LANGSUNG
Dalam
kamus besar bahasa Indonesia dijelaskan bahwa bukti langsung adalah bukti sesuai
fakta tanpa kesimpulan ataupun anggapan, bukti ini menjelaskan suatu fakta atau
materi yang dipersoalkan; suatu bukti dapat dikatakan langsung jika didukung
dengan pihak yang mempunyai pengetahuan nyata mengenai persoalan yang
bersangkutan dengan menyaksikannya sendiri, contoh untuk membuktikan adanya
uang suap (kickbacks), bukti langsung yang diperlukan adalah check dari
pemasok. (glosarium)
Sedangkan dalam
matematika bukti langsung adalah pembuktian yang berawal dari
premis pada teorema kemudian menghasilkan kesimpulan.
Pertama yang harus kita ketahui adalah bahwa kebanyakan teorema berbentuk pernyataan kondisional, yakni dalam bentuk jika-maka (p→q) atau bisa dibawa ke bentuk tersebut. Untuk membuktikan pernyataan seperti ini, perhatikan table kebenaran berikut (B untuk benar dan S untuk salah).
Pertama yang harus kita ketahui adalah bahwa kebanyakan teorema berbentuk pernyataan kondisional, yakni dalam bentuk jika-maka (p→q) atau bisa dibawa ke bentuk tersebut. Untuk membuktikan pernyataan seperti ini, perhatikan table kebenaran berikut (B untuk benar dan S untuk salah).
dari tabel ini kita lihat bahwa kalau p salah, implikasi p→q akan selalu benar.
Dengan kata lain, yang perlu kita lihat adalah saat p bernilai benar. Apabila kita
mengasumsikan p benar lalu
didapat hasil q benar,
bukti kita selesai. untuk contoh selanjutnya kita akan membutuhkan definisi.
Definisi Bilangan bulat n adalah bilangan genap jika terdapat bilangan
bulat k sedemikian sehingga n=2k dan nn adalah bilangan ganjil jika terdapat bilangan
bulat k sedemikian sehingga n=2k+1. Dua buah
bilangan bulat dikatakan sama paritasnya jika keduanya ganjil atau keduanya
genap, dan berbeda paritas jika salah satunya ganjil dan yang lain genap.
Berikutnya kita akan mencoba
membuktikan sebuah proposisi.
Contoh
Dalam contoh ini kita akan
mulai dari kerangka pembuktian, lalu mengisi kekosongan yang ada di antaranya.
Yang akan kita buktikan adalah kuadrat dari bilangan ganjil pasti bilangan
ganjil juga.
Proposisi Jika n adalah bilangan
ganjil maka n2 adalah bilangan ganjil.
Bukti
Asumsikan n ganjil.
sehingga n2 ganjil.
Bukti
Asumsikan n ganjil.
sehingga n2 ganjil.
Bagian pertama dan
terakhir sudah terisi. Sekarang tinggal mengisi bagian tengah dari buktinya
(sebenernya ini bagian yang paling susah). Yang akan kita gunakan di sini
adalah definisi di awal tadi dan beberapa pengoperasian yang diperlukan.
Proposisi Jika n adalah bilangan ganjil maka n2 adalah bilangan ganjil.
Bukti
Asumsikan n ganjil.
Karena n ganjil, maka terdapat bilangan bulat k sedemikian sehingga n=2k+1
sehingga n2 ganjil.
Sekarang yang menjadi
tujuan kita adalah n2 merupakan bilangan
ganjil, yg kita butuhkah adalah definisi. n2 ganjil
jika dapat dinyatakan ke dalam bentuk sebelumnya. Jadi, sebelum baris terakhir
kita tambahkan hal ini sehingga menjadi
Proposisi Jika n adalah bilangan
ganjil maka n2 adalah bilangan ganjil.
Bukti
Asumsikan n ganjil.
Karena n ganjil, maka terdapat bilangan bulat k sedemikian sehingga n=2k+1
maka n2=2m+1 untuk suatu bilangan bulat m
sehingga n2 ganjil.
Bukti
Asumsikan n ganjil.
Karena n ganjil, maka terdapat bilangan bulat k sedemikian sehingga n=2k+1
maka n2=2m+1 untuk suatu bilangan bulat m
sehingga n2 ganjil.
Hampir selesai. hanya
sedikit lagi yang perlu di isi. Kita bisa mengisi kekosongan ini dengan
melakukan penguadratan pada n agar
dihasilkan n2.
Proposisi Jika n adalah bilangan ganjil maka n2 adalah bilangan ganjil.
Bukti
Asumsikan n ganjil.
Karena nn ganjil, maka terdapat bilangan bulat k sedemikian sehingga n=2k+1
dengan menguadratkan diperoleh
n2=(2k+1)2
=4k2+4k+1
=2(2k2+2k)+1
maka n2=2m+1 untuk suatu bilangan bulat m=2k2+2k
sehingga n2 ganjil.
sehingga n2 ganjil.
Bukti
selesai.
B.
Metode pembuktian tidak langsung
Bukti tidak langsung adalah bukti yang bergantung pada inferensi untuk
menghubungkannya ke sebuah kesimpulan fakta, seperti sidik jari di tempat
kejadian perkara. Sebaliknya, bukti langsung mendukung kebenaran dari asersi
secara langsung, tanpa perlu bukti tambahan atau inferensi apapun.
Bukti tidak langsung memungkinkan lebih dari satu penjelasan.
Bagian-bagian yang berbeda dari bukti tidak langsung mungkin diperlukan,
sehingga masing-masing bagian saling menguatkan kesimpulan yang ditarik.
Bersama-sama, bagian-bagian itu mungkin lebih kuat mendukung satu inferensi
tertentu di antara yang lain. (Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas)
Seperti apa
pembuktian tidak langsung dalam matematika. Untuk memahaminya perhatikan ulasan
berikut :
Pada pembahasan sebelumnya
kita telah membuktikan salah satu proposisi, yaitu
Untuk n bilangan bulat, Jika n ganjil, maka n2
ganjil.
Tapi bagaimana dengan pernyataan sebaliknya?
Yakni pernyataan
Untuk n bilangan bulat, Jika n2 ganjil maka n ganjil
Kita lihat beberapa
kemungkinan 32=9 ganjil maka 3 ganjil, (−5)2=25 ganjil
maka −5 ganjil, dan 72=49 maka 7 ganjil. Sepertinya proposisi benar, akan kita coba
buktikan dengan bukti langsung.
Asumsikan n2 genap, maka terdapat bilangan bulat k
sedemikian sehingga n2=2k+1. Sekarang kita
menemui jalan buntu. Akan kita apa kan? Bagaimana caranya menunjukkan n juga ganjil? Yang kita ketahui hanyalah kayanya tidak membawa ke mana-mana. Kita akan mencoba
bukti tak langsung.
Pertama perhatikan
table berikut
Perhatikan bahwa p→q dan ∼q→∼p memiliki nilai kebenaran yang sama untuk tiap kemungkinan.
Jadi, ketimbang membuktikan p→q secara
langsung, lebih baik kita buktikan ∼q→∼p dengan demikian, p→q juga akan
terbukti.
Pembuktian ini disebut bukti dengan kontraposisi. Bukti dengan kontraposisi merupakan bukti tak langsung, yaitu bukti yang tidak mulai dari premis dari suatu teorema namun berakhir pada kesimpulan teorema tersebut.
Pembuktian ini disebut bukti dengan kontraposisi. Bukti dengan kontraposisi merupakan bukti tak langsung, yaitu bukti yang tidak mulai dari premis dari suatu teorema namun berakhir pada kesimpulan teorema tersebut.
Untuk membuktikan yang pertama tadi, cukup buktikan
Untuk bilangan asli n, jika n genap maka n2 genap
Kita akan buktikan di
sini
Proposisi Jika n genap
maka n2 genap.
Bukti Asumsikan n
genap. Maka ada bilangan bulat k
sedemikian sehingga n=2k. Dengan menguadratkan diperoleh
n2=(2k)2=4k2=2(2k2)
Dengan kata lain, n2=2m
untuk suatu bilangan bulat m.
Sehingga n2
genap.