Teorema binomial: Perbedaan antara revisi
Konten dihapus Konten ditambahkan
k r2.7.1) (bot Menambah: fi:Binomilause |
Fitur saranan suntingan: 3 pranala ditambahkan. Tag: VisualEditor Suntingan perangkat seluler Suntingan peramban seluler Tugas pengguna baru Disarankan: tambahkan pranala |
||
| (22 revisi perantara oleh 17 pengguna tidak ditampilkan) | |||
Baris 1:
[[Berkas:Pascal's triangle 5.svg|ka|jmpl|200px|[[Koefisien binomial]] dapat dilihat pada [[segitiga Pascal]] dimana setiap entri adalah hasil penjumlahan dua angka di atasnya.]]
Dalam [[aljabar elementer]], '''teorema binomial''' adalah [[teorema]] yang menjelaskan mengenai pengembangan [[eksponen]] dari penjumlahan antara dua variabel (binomial). Berdasarkan teorema ini, dimungkinkan untuk mengembangkan eksponen (''x'' + ''y'')<sup>''n''</sup> menjadi sebuah [[penjumlahan]] dari suku-suku dengan bentuk ''ax''<sup>''b''</sup>''y''<sup>''c''</sup>, dimana eksponen ''b'' dan ''c'' adalah [[bilangan asli|bilangan bulat non negatif]] dengan {{nowrap|''b'' + ''c'' {{=}} ''n''}}, dan [[koefisien]] ''a'' dari setiap suku adalah bilangan bulat positif tertentu tergantung pada ''n'' dan ''b''. Ketika suatu eksponen adalah nol, faktor yang bereksponen nol tersebut biasanya dihilangkan dari sukunya. Contohnya,
:<math>(x+y)^
:<math>(x+y)^4 \;=\; x^4 \,+\, 4 x^3y \,+\, 6 x^2 y^2 \,+\, 4 x y^3 \,+\, y^4.</math>
Koefisien ''a'' pada suku ''ax''<sup>''b''</sup>''y''<sup>''c''</sup> dikenal sebagai [[koefisien binomial]] <math>\tbinom nb</math> atau <math>\tbinom nc</math> (keduanya memiliki nilai yang sama). Koefisien untuk setiap variasi ''n'' dan ''b'' dapat disusun membentuk [[segitiga Pascal]]. Angka-angka ini juga muncul dalam [[kombinatorika]], dimana <math>\tbinom nb</math> menunjukkan banyaknya [[kombinasi]] yang berbeda dari [[unsur (matematika)|unsur]] ''b'' yang dapat dipilih dari suatu [[himpunan (matematika)|himpunan]] dengan unsur sebanyak ''n''.
== Sejarah ==
Peristiwa-peristiwa khusus terkait teorema binomial yang diketahui sejak zaman kuno diikhtisarkan berikut ini:
Abad ke-4 SM [[[[Matematika Yunani|matematikawan Yunani]]]] [[Euklides]] menyebutkan kasus khusus teorema binomial untuk eksponen 2.<ref name=wolfram>{{cite web|url=http://mathworld.wolfram.com/BinomialTheorem.html|title=Binomial Theorem|website=Wolfram MathWorld|last=Weisstein|first=Eric W.}}</ref><ref name="Coolidge">{{cite journal|url=http://www.jstor.org/pss/2305028|title=The Story of the Binomial Theorem|first=J. L.|last=Coolidge|journal=The American Mathematical Monthly|volume=56|issue=3|date=1949|pp=147–157|doi=10.2307/2305028}}</ref> Ada bukti bahwa teorema binomial untuk [[kubus]] telah diketahui pada abad ke-6 di [[India]].<ref name=wolfram /><ref name="Coolidge" />
Koefisien binomial, seperti jumlah kombinasi yang menunjukkan banyak cara untuk memilih ''k'' objek dari ''n'' tanpa penggantian, telah menjadi perhatian orang-orang Hindu kuno. Referensi paling awal yang diketahui mengenai permasalahan kombinasi ini adalah ''Chandaḥśāstra'' karya penulis Hindu, [[Pingala]] (sekitar 200 SM), yang memuat suatu metode untuk solusinya.<ref name=Chinese>{{cite book|title=A history of Chinese mathematics |author1=Jean-Claude Martzloff|author2=S.S. Wilson|author3=J. Gernet|author4=J. Dhombres|publisher=Springer|year=1987}}</ref>{{rp|230}} Seorang peneliti bernama [[Halayudha]] dari abad ke-10 M menjelaskan mengenai metode ini menggunakan yang kini dikenal sebagai [[segitiga Pascal]].<ref name=Chinese /> Pada abad ke-6 M, matematikawan Hindu mungkin telah mengetahui cara menunjukkannya dalam sebuah persamaan <math>\frac{n!}{(n-k)!k!}</math>,<ref name="Biggs">{{cite journal|last=Biggs|first=N. L.|title=The roots of combinatorics|journal=Historia Math. |volume=6 |date=1979 |issue=2|pp=109–136|doi=10.1016/0315-0860(79)90074-0}}</ref> dan suatu pernyataan yang jelas mengenai aturan ini dapat ditemukan dalam naskah abad ke-12 ''Lilavati'' karya [[Bhāskara II|Bhaskara]].<ref name="Biggs" />
Teorema binomial yang sama dapat ditemukan pada hasil tulisan [[Matematika Islam abad pertengahan|matematikawan Persia]] abad ke-11, [[Al-Karaji]], yang menggambarkan pola segitiga dari koefisien binomial.<ref name=Karaji>{{MacTutor|id=Al-Karaji|title=Abu Bekr ibn Muhammad ibn al-Husayn Al-Karaji}}</ref> Ia juga memberikan [[pembuktian matematika]] dari teorema binomial dan segitiga dengan menggunakan suatu bentuk sederhana dari [[induksi matematika]].<ref name=Karaji /> Penyari dan matematikawan Persia [[Umar Khayyām]] mungkin telah akrab dengan rumus-rumus dengan pangkat yang lebih tinggi, meskipun banyak karya-karya matematikanya hilang.<ref name="Coolidge" /> Ekspansi binomial dengan derajat kecil telah diketahui oleh matematikawan abad ke-13 bernama [[Yang Hui]]<ref>{{cite web
| last = Landau
| first = James A.
| title = Historia Matematica Mailing List Archive: Re: [HM] Pascal's Triangle
| work = Archives of Historia Matematica
| format = mailing list email
| accessdate = 2007-04-13
| date = 1999-05-08
| url = http://archives.math.utk.edu/hypermail/historia/may99/0073.html
| archive-date = 2021-02-24
| archive-url = https://web.archive.org/web/20210224081637/http://archives.math.utk.edu/hypermail/historia/may99/0073.html
| dead-url = yes
}}</ref> dan [[Zhu Shijie]].<ref name="Coolidge" /> Yang Hui menghubungkan metode itu dengan naskah yang jauh lebih awal berasal dari abad ke-11 tulisan [[Jia Xian]], meskipun tulisan-tulisannya kini juga hilang.<ref name=Chinese />{{rp|142}}
== Pernyataan teorema ==
Berdasarkan teorema binomial, dimungkinkan untuk mengembangkan setiap eksponen dari ''x'' + ''y'' menjadi suatu penjumlahan dengan bentuk
:<math>(x+y)^n = {n \choose 0}x^n y^0 + {n \choose 1}x^{n-1}y^1 + {n \choose 2}x^{n-2}y^2 + \cdots + {n \choose n-1}x^1 y^{n-1} + {n \choose n}x^0 y^n,
</math>
dimana setiap <math> \tbinom nk </math> adalah bilangan bulat positif tertentu yang dikenal sebagai [[koefisien binomial]]. Rumus ini dikenal juga sebagai '''rumus binomial''' atau '''identitas binomial'''. Dengan menggunakan [[penjumlahan|notasi penjumlahan]], rumus itu dapat ditulis
:<math>(x+y)^n = \sum_{k=0}^n {n \choose k}x^{n-k}y^k = \sum_{k=0}^n {n \choose k}x^{k}y^{n-k}.
</math>
Ekspresi akhir mengikuti ekspresi sebelumnya dengan cara menukar letak ''x'' dan ''y'' dari ekspresi pertama, dan dengan perbandingan keduanya diketahui bahwa urutan koefisien binomial dalam rumus tersebut adalah simetris.
Sebuah varian sederhana dari rumus binomial diperoleh dengan [[perubahan variabel|mensubstitusi]] ''y'' dengan 1, sehingga hanya terdapat satu [[variable (matematika)|variabel]]. Dengan bentuk ini, rumus akan menjadi
:<math>(1+x)^n = {n \choose 0}x^0 + {n \choose 1}x^1 + {n \choose 2}x^2 + \cdots + {n \choose {n-1}}x^{n-1} + {n \choose n}x^n,</math>
atau ekuivalen
:<math>(1+x)^n = \sum_{k=0}^n {n \choose k}x^k.</math>
== Contoh ==
[[Berkas:Pascal triangle small.png|jmpl|ka|300px|Segitiga Pascal]]
Contoh paling dasar teorema binomial adalah rumus untuk ''x'' + ''y'' [[kuadrat (aljabar)|kuadrat]]
:<math>(x + y)^2 = x^2 + 2xy + y^2.\!</math>
Koefisien binomial 1, 2, 1 muncul dalam pengembangan ini sesuai dengan baris ketiga dari segitiga Pascal. Koefisien tingkat yang lebih tinggi dari ''x'' + ''y'' sesuai dengan baris selanjutnya dari segitiga itu:
:<math>
\begin{align}
\\[8pt]
(x+y)^3 & = x^3 + 3x^2y + 3xy^2 + y^3, \\[8pt]
(x+y)^4 & = x^4 + 4x^3y + 6x^2y^2 + 4xy^3 + y^4, \\[8pt]
(x+y)^5 & = x^5 + 5x^4y + 10x^3y^2 + 10x^2y^3 + 5xy^4 + y^5, \\[8pt]
(x+y)^6 & = x^6 + 6x^5y + 15x^4y^2 + 20x^3y^3 + 15x^2y^4 + 6xy^5 + y^6, \\[8pt]
(x+y)^7 & = x^7 + 7x^6y + 21x^5y^2 + 35x^4y^3 + 35x^3y^4 + 21x^2y^5 + 7xy^6 + y^7.
\end{align}
</math>
Perhatikan bahwa:
# Eksponen dari <math>x</math> menurun hingga mencapai 0 (<math>x^0=1</math>) dengan nilai awal adalah n (n pada <math>(x+y)^n</math>).
# Eksponen dari <math>y</math> naik dari 0 (<math>y^0=1</math>) hingga mencapai n (juga n pada <math>(x+y)^n</math>).
# Baris ke-n pada segitiga Pascal akan menjadi koefisien binomial yang dikembangkan (perhatikan bahwa puncaknya adalah baris 0).
# Untuk setiap baris, jumlah semua unsur (yaitu jumlah dari koefisien) sama dengan <math>2^n</math>.
# Untuk setiap baris, banyaknya unsur sama dengan <math>n+1</math>.
Teorema binomial dapat diterapkan ke eksponen dari binomial apapun. Contohnya,
:<math>\begin{align}
(x+4)^3 &= x^3 + 3x^2(4) + 3x(4)^2 + 4^3 \\
&= x^3 + 12x^2 + 48x + 64.\end{align}</math>
Untuk binomial dalam pengurangan, teorema binomial dapat diterapkan dengan menggunakan rumus {{math|1=(''x'' − ''y'')<sup>''n''</sup> = (''x'' + (−''y''))<sup>''n''</sup>}}. Rumus ini memberikan pengaruh berubahnya tanda pada setiap suku yang jika dikembangkan:
:<math>(x-y)^3 = x^3 - 3x^2y + 3xy^2 - y^3.\!</math>
=== Penjelasan geometris ===
[[Berkas:binomial expansion visualisation.svg|jmpl|300px|Visualisasi ekspansi binomial hingga pangkat 4]]
Untuk setiap ''a'' dan ''b'' bernilai positif, teorema binomial dengan ''n'' = 2 adalah fakta bukti geometris bahwa sebuah bujur sangkat dengan sisi {{nowrap|''a'' + ''b''}} dapat dipotong menjadi sebuah bujur sangkar dengan sisi ''a'', sebuah bujur sangkar dengan sisi ''b'', dan dua [[persegi panjang]] dengan sisi ''a'' dan ''b''. Dengan ''n'' = 3, teorema binomial menyatakan bahwa sebuah kubus dengan sisi {{nowrap|''a'' + ''b''}} dapat dipotong-potong menjadi sebuah kubus dengan sisi ''a'', sebuah kubus dengan sisi ''b'', tiga buah kotak persegi panjang berdimensi ''a''×''a''×''b'', dan tiga buah kotak persegi panjang berdimensi ''a''×''b''×''b''.
Dalam [[kalkulus]], gambar ini juga memberikan bukti geometris bahwa [[turunan]] <math>(x^n)'=nx^{n-1}:</math><ref name="barth2004">{{cite journal | last = Barth | first = Nils R.| title = Computing Cavalieri's Quadrature Formula by a Symmetry of the ''n''-Cube | doi = 10.2307/4145193 | jstor = 4145193 | journal = The American Mathematical Monthly| publisher = Mathematical Association of America| issn = 0002-9890| volume = 111| issue = 9| pages = 811–813 | date=2004 | pmid = | pmc =| postscript = , [http://nbarth.net/math/papers/barth-01-cavalieri.pdf salinan penulis], [http://nbarth.net/math/papers/ penjelasan dan sumber lebih lanjut]}}</ref> jika ditentukan <math>a=x</math> dan <math>b=\Delta x,</math> dengan menginterpretasi ''b'' sebagai suatu perubahan yang sangat kecil (mendekati nol) dalam ''a,'' maka gambar ini menunjukkan perubahan yang sangat kecil (mendekati nol) dalam volume sebuah hiperkubus berdimensi ''n'', <math>(x+\Delta x)^n,</math> dengan suku koefisien linearnya (dalam <math>\Delta x</math>) adalah <math>nx^{n-1},</math> wilayah dengan ''n'' permukaan, dimensi masing-masing <math>(n-1):</math>
:<math>(x+\Delta x)^n = x^n + nx^{n-1}\Delta x + \tbinom{n}{2}x^{n-2}(\Delta x)^2 + \cdots.</math>
Dengan menggantinya menjadi suatu turunan melalui suatu kuosien diferensiasi dan memasukkan limit berarti bahwa suku berpangkat lebih tinggi – <math>(\Delta x)^2</math> dan lebih tinggi – sehingga diabaikan, dan menghasilkan rumus <math>(x^n)'=nx^{n-1},</math> yang diinterpretasikan sebagai
:"tingkat perubahan sangat kecil dalam volume suatu kubus dengan panjang sisi ''n'' bervariasi pada rentang ''n'' dari permukaannya yang berdimensi <math>(n-1)</math>".
{{clear}}
== Catatan ==
{{reflist}}
== Referensi ==
{{refbegin}}
* {{cite journal|last=Bag|first=Amulya Kumar|year=1966|title=Binomial theorem in ancient India|journal=Indian J. History Sci|volume=1|issue=1|pages=68–74}}
* {{cite journal
|last1 = Barth
|first1 = N. R.
|title = Computing Cavalieri's quadrature formula by a symmetry of the n-cube
|journal = The American Mathematical Monthly
|volume = 111
|issue = 9
|pages = 811–813
|year = 2004
|doi = 10.2307/4145193
}}
* {{cite book|last1=Graham|first1=Ronald|first2=Donald |last2=Knuth|first3= Oren|last3= Patashnik|title=Concrete Mathematics|url=https://archive.org/details/concretemathemat00grah_505|publisher=Addison Wesley|year=1994|edition=2nd|pages=[https://archive.org/details/concretemathemat00grah_505/page/n166 153]–256|chapter=(5) Binomial Coefficients|isbn=0-201-55802-5|oclc=17649857}}
{{refend}}
{{Authority control}}
[[Kategori:Aljabar]]
| |||