Analisis real alternatif
-
Upload
alex-haris-fauzi -
Category
Documents
-
view
309 -
download
9
Transcript of Analisis real alternatif
PENGANTAR ANALISIS REAL
MATERI:
- Sistem Bilangan Real
- Barisan Bilangan Real
- Limit Fungsi
- Fungsi Kontinu
REFERENSI:
- Introduction to Real Analysis : Robert G. Bartle, Donald IR Sherbert
- Pengantar Analisis Real : Prof. Dr. Soeparna. D
SISTEM BILANGAN REAL
Definisi : Sistem bilangan R adalah suatu sistem aljabar yang terhadap
operasi jumlahan (+) & operasi perkalian ( ) mempunyai sifat-sifat sebagai berikut:
A. (R, +) Grup komutatif, yaitu:
(A1). (Tertutup)
(A2). (Assosiatif)
(A.3). (Punya/ada elemen Netral )
(A.4). (Ada elemen Invers )
(A.5). (Komutatif)
B. (R-{0}, ) Grup Komutatif, yaitu
(M1). (Tertutup)
(M2). (Assosiatif)
(M3). (Ada elemen satuan)
(M4). (Ada el invers ditulis )
(M5). (komutatif)
C. distributif
Selanjutnya anggota disebut bilangan Real / bilangan nyata.
Teorema 1.
(a). Jika z dan maka z = 0
(b). Jika dengan dan maka
Bukti:
(a). Diketahui
Menurut (A4)
(A2)
(A4)
(A3)
(b).
(M4)
(M2)
(M4)
(M3)
Teorema 2.
(a). Jika maka
(b). Jika maka
Bukti :
(a).
(A4)
(A2)
(A4)
(A3)
(b). Latihan
Teorema 3:
Misal , maka
(a). Persamaan mempunyai penyelesaian tunggal
(b). Jika persamaan mempunyai penyelesaian tunggal
Bukti:
(a). Dengan (A2) (A4) & (A3) didapat
mempunyai penyelesaian
Misal juga penyelesaian, maka
(A4)
(A2)
(A4)
(A3)
(b). Latihan
Teorema 4.
Jika sebarang, maka
(a). (c).
(b). (d).
Bukti:
(a).
(b).
(c). Dari A4
(d). Dari diganti
Teorema 5
(a). Jika maka dan
(b). Jika maka
(c). Jika , maka atau
Bukti:
(a). ada
Andaikan , maka Kontradiksi.
Jadi
(b). sehingga dari yang diketahui:
(c). Misalkan harus dibuktikan .
Karena , maka . Oleh karena itu (diketahui)
SIFAT URUTAN DARI :
Terdapat sehingga memenuhi:
(1).
(2).
(3). , tepat satu berlaku : (sifat Trichotomi)
Selanjutnya P disebut himpunan bilangan riil positif.
Kesepakatan :
disebut bilangan Riil Positif, ditulis
disebut bilangan Riil Negatif, ditulis
disebut bilangan real non negatif, ditulis
disebut bilangan real non positif, ditulis
ditulis atau
atau
dan
dan
Teorema :
(1). dan
(2). Tepat satu berlaku :
(3). dan
Bukti:
(1). Karena dan , maka dan , sehingga menurut (1)
didapat . D.k.l
(2). Dengan Trichotomi, tepat satu berlaku :
(3). Andaikan , maka Kontradiksi dengan yang diketahui.
Teorema :
(1).
(2).
(3).
Bukti:
(1). Menurut sifat Trichotomi, untuk , maka atau
Dengan sifat urutan (2) atau Jadi
(2). Dari (1) : Jadi
(3). Dengan induksi matematika:
i) benar karena (2)
ii) Dianggap benar untuk
Karena maka dengan sifat urutan (1) :
.
Jadi
Teorema:
(1).
(2).
(3).
(4).
Bukti:
(1). Dari maka
(2). Karena maka dan
Dengan sifat urutan (1) :
(3). Dari dan , maka dan
Dengan sifat urutan (2) :
(4). Latihan.
Teorema :
Jika maka
Bukti :
Diketahui
Teorema:
Jika dan , untuk sebarang bilangan maka
Bukti:
Andaikan . Dengan Teorema sebelumnya, . Diambil bilangan ,
maka . Kontradiksi dengan yang diketahui :
Pengandaian salah
Teorema (Teorema Ketidaksamaan Bernoulli)
dan maka
Bukti:
Dengan induksi matematika:
i) benar
ii) Dianggap benar untuk
iii)
.
HARGA MUTLAK
Definisi:
, Harga mutlak dari :
Teorema:
1.
2.
3.
4.
5.
Bukti:
1. Jelas dari definisi
2.
i)
ii)
iii)
3.
i) Jika salah satu 0a atau 0b , maka mudah dipahami
ii) Jika , maka
iii) Jika , maka
4. Dari diperoleh yang berakibat
yang ekuivalen dengan
5. Jelas bahwa dan oleh karena itu menurut (4) diperoleh
KETAKSAMAAN SEGITIGA
Bukti: Untuk
Diperoleh :
Akibat:
(1).
(2).
Bukti:
1). Untuk
(i)
(ii)
Sehingga
dari (i)
atau dari (ii)
Jadi
D.k.l
2).
Contoh:
Tentukan sehingga dengan
Jawab:
.
SIFAT KELENGKAPAN
Definisi:
(1). disebut batas atas (upper bound) dari S jika
(2). disebut batas bawah (lower bound) dari S jika
Jadi bukan batas atas dari jika
Contoh:
1).
1 adalah batas atas dari S karena
0 adalah batas bawah dari S karena
2).
0 batas bawah
Sebarang bilangan real u bukan batas atas karena ada
3).
1 batas atas dari
0 batas bawah dari
4).
Setiap bilangan real merupakan batas atas dan batas bawah
Definisi:
Himpunan dikatakan terbatas ke atas jika mempunyai batas atas
Himpunan dikatakan terbatas ke bawah jika mempunyai batas bawah
Himpunan dikatakan terbatas jika terbatas ke atas dan terbatas ke bawah.
Definisi:
. dikatakan batas atas terkecil (Supremum) = sup = bat dari jika
(1). atau u batas atas S.
(2). Jika v sebarang batas atas, maka
(3). Jika bukan batas atas S
(4). Jika , maka
dikatakan batas bawah terbesar (infimum) dari = bbt = inf jika =
(1). atau batas bawah S.
(2). Jika w sebarang batas bawah, maka
(3). Jika , maka bukan batas bawah
(4). Jika , maka
Contoh:
1).
1 Sup sebab :
i) atau 1 batas atas S.
ii) Jika sebarang bilangan , maka (v bukan batas atas )
0 inf sebab
i) atau 0 batas bawah S.
ii) Jika , maka ,
( bukan batas bawah )
2).
25 sup 1S sebab
i).
ii). Jika , maka bukan batas atas sebab
Lemma : (1)
Bukti:
( ) Diketahui .
Diambil bilangan sebarang. Akibatnya .
Karena Sup , maka bukan batas atas . Jadi
.
( Diketahui batas atas dan suSs ,0 .
Diambil sebarang . Pilih bilangan . Dari yang diketahui,
Tetapi
bukan batas atas . Dengan demikian
Lemma-2
Contoh:
O = inf sebab
(1). (0 batas bawah)
(2). (dapat dipilih )
3= Sup sebab
(1). (3 batas atas )
(2).
Catatan :
1). Inf & sup tidak perlu jadi anggota Contoh :
2). Suatu himpunan bisa jadi punya batas bawah tapi tidak punya batas atas, dan
sebaliknya punya batas atas, tidak punya batas bawah. Misal:
Punya batas bawah tapi tidak punya batas atas
Punya batas atas tapi tidak punya batas bawah
SIFAT KELENGKAPAN
1. Setiap himpunan tak kosong & terbatas di atas dalam mempunyai supremum dalam
2. Setiap himpunan tak kosong & terbatas di bawah dalam mempunyai infimum dalam
LATIHAN
1). terbatas dalam
Buktikan
Bukti:
Misalkan
Dengan sifat kelengkapan , mempunyai supremum dalam
Mislkan , sehingga berlaku . Akibatnya .
Oleh karena itu –u adalah batas bawah dari .
Dengan sifat kelengkapan, mempunyai infimum dalam
Misalkan
Dalam hal ini: ................ (1)
Di pihak lain : sehingga berlaku yaitu batas atas dari
dan ........ (2).
Dari (1) & (2) didapat atau sup
2). batas atas dengan . Buktikan
Bukti : Jika maka sehingga
3).
Buktikan : (1). bukan batas atas .
(2). batas atas ,
Bukti :
Untuk
Karena batas S, maka bukan batas atas & batas atas ,
Teorema :
(i). Jika terbatas ke atas, maka sup
(ii). Jika terbatas ke bawah, maka inf
Bukti:
(i). Karena dan terbatas ke atas, maka juga terbatas ke atas. Diambil sebarang
batas atas himpunan .
Karena , maka juga merupakan batas atas . Jadi sup merupakan batas atas
himpunan . Akibatnya :
Sup sup
(ii). Latihan
Teorema :
Jika dan terbatas, maka
(i). sup sup + sup
(ii). Inf inf + inf
Bukti :
(i). Misal = sup dan =sup . Oleh karena itu dan .
Akibatnya , batas atas sehingga sup
= sup + sup
(ii) Bukti sejalan
Tugas : (1)
, terbatas ke atas.
Didefinisikan, ,
Buktikan : sup
Sifat Archimedes :
Akibat :
dan bilangan riil positif, maka
(i).
(ii).
(iii).
Bukti : Diketahui y dan z bil riil positif.
(i). Ambil . Dengan sifat archimedes, sehingga
(ii). Khususnya , (i) menjadi atau yn 10
(iii). Misal
, karena sifat archimedes
, karena mempunyai elemen terkecil maka mempunyai elemen terkecil. Misal
elemen terkecil, maka .
Teorema (eksistensi ) : bilangan riil positif sehingga =2.
Teorema Kerapatan:
Jika dan bilangan real sehingga , maka bilangan ras sehingga
Bukti :
Misalkan . Ambil . Dengan sifat archimedes, sehingga
Jadi atau
Untuk , maka sehingga atau
Oleh karena itu : . Jadi .
Akibat :
Jika dan bilangan real sehingga , maka bilangan irasional p sehingga ypx .
Bukti:
Dari maka yang masing-masing di . Menurut teorema kerapatan, bilangan
rasional sehingga . Sehingga .
KETAKSAMAAN CAUCHY
Jika , bilangan real, maka
Lebih lanjut, jika tidak semua , maka tanda ”=” di dalam berlaku jika hanya jika
s.d.h
Bukti:
Didefinisikan
Jelas bahwa
Dengan demikian
Dengan
Sehingga tidak mungkin mempunyai 2 akar yang berbeda. Oleh karena itu
Jadi
Lebih lanjut,
Jika , maka
Dengan demikian mempunyai satu akar kembar yaitu
jika , maka
.
Tugas 2 = . Buktikan inf
Tugas 3 = . Buktikan sup , inf
Tugas 4 = . Buktikan 1 = sup , -1 = inf
Tugas 5 = . Buktikan
(i). batas atas
(ii). bukan batas atas
BARISAN BILANGAN RIIL
Definisi : Barisan bilangan riil X adalah dari N ke .
Notasi barisan : .
Bilangan-bilangan riil yang dihasilkan disebut unsur barisan, ditulis .
Contoh-Contoh barisan
1). barisan konstan (semua unsurnya ).
2). .
3). .
.
4).
Definisi :
Jika barisan bilangan riil
Didefiniskan :
Jumlah barisan
Selisih barisan
Hasil kali barisan
Jika
Jika , maka hasil bagi adalah barisan
Definisi:
Barisan bilangan riil dikatakan konvergen dalam , jika terdapat sehingga
berlaku
.
Notasi: .
Note:
Contoh:
1).
Bukti:
Diberikan sebarang bilangan
Dengan sifat archimedes,
Untuk ,
2).
Bukti =
Diberikan sebarang bilangan
Dengan sifat archimedes, ,
.
3).
Bukti :
Diberikan sebarang bilangan
Dipilih bilangan sehingga
Akibatnya untuk :
Definisi:
Barisan bilangan riil dikatakan terbatas jika sehingga
Contoh:
1.
terbatas.
2.
3.
Catatan: tidak terbatas jika
Contoh1)
(sifat archimedes)Jadi sehingga
Dengan kata lain tak terbatas.
2)
Tidak ada sehingga
Jadi tidak terbatas.
TeoremaJika konvergen, maka terbatas.
BuktiMisal . Hal ini berarti untuk , terdapat sehingga jika berakibat
Untuk :
Diambil M = maks Akibatnya:
TeoremaJika dan konvergen, maka
(1) konvergen dan
(2) konvergen dan
(3) konvergen dan
(4) konvergen dan
BuktiMisal dan
(1)
Diberikan bilangan sebarang. Karena , maka terdapat bilangan sehingga jika berlaku
Akibatnya
konvergen ke .
(2)Diberikan bilangan sebarang Karena , maka terdapat sehingga jika berlaku
Karena , maka terdapat sehingga jika berlaku
Pilih k = maks , akibatnya untuk berlaku
.
(3)
Diberikan sebarangKarena , maka terdapat sehingga untuk setiap :
.
konvergen, maka terbatas. Jadi ada sehingga .
Karena maka terdapat sehingga untuk setiap :
.
Dipilih k = maks . Akibatnya jika :
.
Contoh:
Teorema (Uji Rasio)
Diberikan barisan bilangan riil positif sehingga (ada). Jika maka
konvergen dan 0lim~
n
nx .
Contoh:
1). .
Jadi konvergen dan .
2).
Jadi tidak konvergen.
TeoremaJika maka Bukti:Andaikan , maka .Diketahui . Diambil bilangan , maka terdapat sehingga jika :
Kontradiksi dengan .
TeoremaJika maka Bukti:Diketahui , maka . Akibatnya
.
Teorema ApitJika .Bukti:Dengan teorema sebelumnya:
Jadi .
Definisi:Barisan dikatakan :
(a) Naik monoton (monotonic increasing/non decreasing/tidak turun) jika .(b) Turun monoton (monotonic decreasing/non increasing/tidak naik) jika .
(c) Monoton jika naik monoton/turun monoton.
Contoh:
1).
Jadi turun monoton.
2).
. Jadi naik monoton.
3).
tidak monoton
Teorema Kekonvergenan MonotonMisal barisan monoton.
konvergen jika dan hanya jika terbatas.Dalam hal ini:
(a). Jika naik monoton, maka .
(b). Jika turun monoton, maka .
Bukti: Diketahui konvergen. Menurut teorema sebelumnya, terbatas.
Diketahui monoton dan terbatas.
Misal naik monoton , jadi
Misalkan x = sup , maka untuk setiap , terdapat sehingga
Karena naik monoton, maka untuk :
Diperoleh untuk :
Jadi .
Catatan:Untuk menyelidiki kekonvergenan suatu barisan, maka kita cukup memperhatikan ekor dari barisan tersebut, yaitu barisan bagian dari barisan tersebut yang dimulai dari suatu urutan tertentu.
Definisi:Misal barisan bilangan riil.M : bilangan asli, Ekor – M dari Y adalah barisan:
Contoh:
.
Teorema:Misal barisan bilangan riil dan .
Ekor – M dari Y, konvergen Y konvergen.
Dalam hal ini .
Contoh:
1).
terbatas dan turun monoton, maka menurut TKM :
2). Diketahui barisan dengan
Tunjukkan konvergen.
Bukti:
Claim (naik monoton).Dibuktikan dengan induksi matematika
(benar)Dianggap benar untuk n = k. Jadi Dibuktikan benar untuk n = k + 1
Jadi .
Claim (terbatas) (benar)
Dianggap benar untuk n = k. Jadi Dibuktikan benar untuk n = k + 1
.
Jadi D.k.l terbatas.
Karena naik monoton dan terbatas, maka menurut TKM, konvergen dan
. Ekor – 1 dari .
Karena konvergen ke y, maka juga konvergen ke y. Jadi,
.
.
Definisi :Diketahui barisan bilangan real dan barisan bilangan asli naik monoton, yaitu
.
disebut barisan bagian dari X .
Contoh:
barisan bagian X
barisan bagian X
bukan barisan bagian X
Catatan: Ekor barisan merupakan barisan bagian.
Teorema: Jika konvergen ke x, maka sebarang barisan bagian X konvergen ke x.
Bukti:Diambil sebarang. Karena , maka Karena barisan bilangan asli naik, maka . Akibatnya sehingga
.
Teorema (Kriteria Divergen)
Jika barisan bilangan real, maka pernyataan-pernyataan berikut ekuivalen:
(i). divergen (tidak konvergen ke )
(ii).
(iii).
Contoh: divergen
Bukti: Andaikan konvergen ke x, maka barisan bagian konvergen ke x, tetapi
n1 divergen
Ingat : konvergen terbatas
terbatas belum tentu konvergen, contoh terbatas tetapi tidak konvergen.
Teorema Bolzano Weierstrass:
Setiap barisan bilangan real terbatas mempunyai barisan bagian konvergen.
Contoh: X terbatas
.
Teorema : Diketahui terbatas. Jika , maka . (#)
BARISAN CAUCHY (BC)
Definisi : Barisan disebut BC jika :
Contoh:
1).
Diambil sebarang
Dipilih sehingga
Akibatnya untuk
.
2).
Diambil sebarang
Dipilih sehingga
Akibatnya
.
3).
Diambil
Diperoleh:
Teorema:(a). terbatas
(b). Bukti:(a). Karena maka untuk ,
Akibatnya
Diambil M = maks Diperoleh
.
(b). Diambil sebarang. Karena
.
, maka terbatas. Menurut teorema BW, barisan bagian dari sehingga
.
Karena :
.
Akibatnya untuk :
.
Contoh:
Diketahui
Tunjukkan konvergen dan selanjutnya tentukan konvergen ke mana.
Jawab:
Perhatikan bahwa:
: :
(cek dengan induksi).
Diperoleh:
Diberikan sebarang. Pilih .
Akibatnya
. Menurut teorema sebelumnya, konvergen.
Perhatikan untuk barisan bagian suku ganjil
Jadi menurut teorema (#)
LIMIT FUNGSI
Definisi
c disebut titik limit A jika ,
dimana = persekitaran titik c.
Contoh1)
sehingga titik limit A, 2 bukan titik limit A sebab ada
sehingga
2)
.
Untuk .
Jadi 0 Limit A.
Teorema
c titik limit .
Bukti Diketahui c titik limit A
. Jadi .
Akibatnya dan , atau
Dengan demikian diperoleh .
Karena dan , maka menurut teorema apit: .
Jadi
Diketahui . Hal ini berarti untuk setiap , terdapat
sehingga untuk setiap
Jadi . Dengan demikian, atau
.
Definisi, c titik limit A.
Fungsi f dikatakan mempunyai limit di c jika terdapat dengan sifat untuk setiap , terdapat sehingga untuk setiap berlaku :
.Ditulis:
Contoh
1)
BuktiDiberikan bilangan sebarang.
Dipilih . Akibatnya untuk setiap berlaku:
.
2)
Bukti
Diberikan sebarang.Dipilih . Akibatnya untuk setiap berlaku:
3)
Bukti
Untuk :
Sehingga
Diberikan sebarang.
Pilih
Akibatnya untuk :
Teorema (kriteria barisan untuk limit)
Bukti
Diketahui , artinya
Diambil sebarang .Untuk diatas, terdapat sehingga jika berakibat
.Akibatnya untuk :
Andaikan . Hal ini berarti
tetapi .
. Jadi barisan dan tetapi
D.k.l L. Kontradiksi yang diketahui.
Kriteria Divergen Diberikan dan titik limit A.
(a) tetapi L.
(b) tidak ada tetapi divergen.
Contoh
1)
Ambil
Tetapi
tidak ada
2)
Ambil dan
Tetapi
tidak ada.
3)
Ambil
= - 8
tidak ada.
Teorema Limit Fungsi
c titik limit A
Jika dan , maka
(1)
(2)
(3)
(4)
Definisi
(1)
(2)
(3)
Bukti(1) Ambil sebarang barisan sehingga
Akibatnya
(2) Ambil sebarang barisan
Karena maka
dan Akibatnya
Contoh1)
dan tidak ada
2) tidak ada
tidak ada,
tidak ada
3)
tidak ada
Karena tidak ada, ada, tidak ada
Karena ada, tidak ada.
Teorema
ada
Bukti
Misalkan . Andaikan
Diambil . Terdapat sehingga untuk setiap berlaku
Kontradiksi dengan
Teorema apitDiberikan
c titik limit A.Jika dan
, maka .
FUNGSI KONTINU
Definisi:
Atau:Fungsi kontinu di c jika
(1). ada
(2).
(3).
Contoh:
1).
Kesimpulan : kontinu di 1.
2).
Kesimpulan : tidak kontinu di 1.
Fungsi dikatakan kontinu pada jika kontinu di setiap titik anggota .Fungsi yang tidak kontinu dinamakan fungsi diskontinu.
Teorema:
kontinu di .
Teorema:
diskontinu di
Contoh:
1).
Untuk c rasional, Diambil barisan bilangan irrasional dengan
irrasional . Akibatnya Jadi diskontinu di c rasional.Untuk c irrasional, Diambil barisan bilangan rasional dengan
rasional . Akibatnya Jadi diskontinu di c irrasional.
2). kontinu rasional
Buktikan
Bukti:Cukup dibuktikan Diambil sebarang x irrasional. Karena kontinu pada , maka kontinu di x. Diambil barisan bilangan rasional . Akibatnya .
Di lain pihak, . Jadi Dengan ketunggalan limit, maka , irrasional.
3).
Tentukan titik-titik kekontinuan dari
Jawab:Misal kontinu di c.Diambil sebarang barisan
Karena maka rasional dan irrasional juga konvergen ke c.Dengan demikian:
Di lain pihak, dan barisan bagian dari . Karena kontinu di c, maka
Dengan ketunggalan limit barisan :
.
Teorema:
Jika dan masing-masing kontinu di c, maka (i). (ii). (iii).
(iV0.
Teorema:
Misal
adalah fungsi-fungsi dengan .Jika kontinu di dan kontinu di , maka kontinu di .
Bukti:Diambil sebarang barisan
Karena kontinu di , maka
Karena kontinu di maka yang berarti .
Contoh:
1).
kontinu di 0 kontinu di
kontinu di 0
2).
Fungsi kontinu di 0 tetapi fungsi diskontinu di
diskontinu di 0.