Senin, 21 September 2026
02:29 WIB
TERKINI
Cek Fakta Kiat Cerdas Deteksi Hoaks: Hindari Jebakan Berita Palsu di Media Sosial Cek Fakta Waspada! Penipuan Undian Berhadiah Catut Nama BNI Kembali Marak Climate BMKG Ungkap Potensi Hujan Lebat Landa Sejumlah Wilayah Indonesia Pekan Ini Moto Gp Veda Ega Peringkat 16 FP2 Moto3 Austria, Hakim Danish Tembus Empat Besar Moto Gp Drama Kualifikasi Moto3 Austria: Veda Ega ke-19, Uriarte Pecahkan Rekor Hukum Selebgram JP Terjerat Vape Narkoba: Stres Picu Konsumsi Etomidate Golongan II Arsip Mengenang Multatuli: Kisah 84 Hari yang Mengukir Sejarah Lebak Arsip Max Havelaar di Sekolah Belanda: Antara Pedoman dan Kebebasan Memilih Megapolitan Aroma Tak Sedap Ganggu Pejalan Kaki Dekat Halte IRTI Monas Tren Trump Larang CNN, MS NOW, Politico dari Gedung Putih: Konflik Media Memuncak Cek Fakta Kiat Cerdas Deteksi Hoaks: Hindari Jebakan Berita Palsu di Media Sosial Cek Fakta Waspada! Penipuan Undian Berhadiah Catut Nama BNI Kembali Marak Climate BMKG Ungkap Potensi Hujan Lebat Landa Sejumlah Wilayah Indonesia Pekan Ini Moto Gp Veda Ega Peringkat 16 FP2 Moto3 Austria, Hakim Danish Tembus Empat Besar Moto Gp Drama Kualifikasi Moto3 Austria: Veda Ega ke-19, Uriarte Pecahkan Rekor Hukum Selebgram JP Terjerat Vape Narkoba: Stres Picu Konsumsi Etomidate Golongan II Arsip Mengenang Multatuli: Kisah 84 Hari yang Mengukir Sejarah Lebak Arsip Max Havelaar di Sekolah Belanda: Antara Pedoman dan Kebebasan Memilih Megapolitan Aroma Tak Sedap Ganggu Pejalan Kaki Dekat Halte IRTI Monas Tren Trump Larang CNN, MS NOW, Politico dari Gedung Putih: Konflik Media Memuncak

Matriks idempoten

Matriks yang tidak berubah ketika dikuadratkanTemplat:SHORTDESC:Matriks yang tidak berubah ketika dikuadratkan

Dalam aljabar linear, matriks idempoten adalah sebuah matriks yang tidak berubah nilainya ketika dikalikan dengan dirinya sendiri.[1][2] Dengan kata lain, matriks A {\displaystyle A} {\displaystyle A} dikatakan idempoten jika dan hanya jika A 2 = A {\displaystyle A^{2}=A} {\displaystyle A^{2}=A}. Agar hasil perkalian A 2 {\displaystyle A^{2}} {\displaystyle A^{2}} terdefinisi, A {\displaystyle A} {\displaystyle A} harus berupa matriks persegi. Matriks idempoten dapat dipandang sebagai unsur idempoten pada sebuah gelanggang matriks.

Contoh

Contoh dari matriks idempoten ukuran 2 × 2 {\displaystyle 2\times 2} {\displaystyle 2\times 2} adalah: [ 1 0 0 1 ] [ 3 − 6 1 − 2 ] {\displaystyle {\begin{bmatrix}1&0\\0&1\end{bmatrix}}\qquad {\begin{bmatrix}3&-6\\1&-2\end{bmatrix}}} {\displaystyle {\begin{bmatrix}1&0\\0&1\end{bmatrix}}\qquad {\begin{bmatrix}3&-6\\1&-2\end{bmatrix}}}

Contoh dari matriks idempoten ukuran 3 × 3 {\displaystyle 3\times 3} {\displaystyle 3\times 3} adalah: [ 1 0 0 0 1 0 0 0 1 ] [ 2 − 2 − 4 − 1 3 4 1 − 2 − 3 ] {\displaystyle {\begin{bmatrix}1&0&0\\0&1&0\\0&0&1\end{bmatrix}}\qquad {\begin{bmatrix}2&-2&-4\\-1&3&4\\1&-2&-3\end{bmatrix}}} {\displaystyle {\begin{bmatrix}1&0&0\\0&1&0\\0&0&1\end{bmatrix}}\qquad {\begin{bmatrix}2&-2&-4\\-1&3&4\\1&-2&-3\end{bmatrix}}}

Matriks riil ukuran 2 × 2

Jika sebuah matriks riil idempoten ( a b c d ) {\displaystyle {\begin{pmatrix}a&b\\c&d\end{pmatrix}}} {\displaystyle {\begin{pmatrix}a&b\\c&d\end{pmatrix}}}, maka entri-entrinya memiliki hubungan berikut:

  • a = a 2 + b c , {\displaystyle a=a^{2}+bc,} {\displaystyle a=a^{2}+bc,}
  • b = a b + b d , {\displaystyle b=ab+bd,} {\displaystyle b=ab+bd,} mensyaratkan b ( 1 − a − d ) = 0 {\displaystyle b(1-a-d)=0} {\displaystyle b(1-a-d)=0} sehingga b = 0 {\displaystyle b=0} {\displaystyle b=0} atau d = 1 − a , {\displaystyle d=1-a,} {\displaystyle d=1-a,}
  • c = c a + c d , {\displaystyle c=ca+cd,} {\displaystyle c=ca+cd,} mensyaratkan c ( 1 − a − d ) = 0 {\displaystyle c(1-a-d)=0} {\displaystyle c(1-a-d)=0} sehingga c = 0 {\displaystyle c=0} {\displaystyle c=0} atau d = 1 − a , {\displaystyle d=1-a,} {\displaystyle d=1-a,}
  • d = b c + d 2 . {\displaystyle d=bc+d^{2}.} {\displaystyle d=bc+d^{2}.}

Dengan demikian, syarat perlu bagi matriks 2 × 2 dikatakan idempoten adalah berupa matriks diagonal atau terasnya bernilai 1. Untuk matriks diagonal idempoten, nilai a {\displaystyle a} {\displaystyle a} dan d {\displaystyle d} {\displaystyle d} harus bernilai 1 atau bernilai 0.

Jika b = c {\displaystyle b=c} {\displaystyle b=c}, matriks ( a b b 1 − a ) {\displaystyle {\begin{pmatrix}a&b\\b&1-a\end{pmatrix}}} {\displaystyle {\begin{pmatrix}a&b\\b&1-a\end{pmatrix}}} akan idempoten ketika a 2 + b 2 = a {\displaystyle a^{2}+b^{2}=a} {\displaystyle a^{2}+b^{2}=a}. Persamaan kuadrat tersebut dapat diubah bentuknya menjadi

a 2 − a + b 2 = 0 , {\displaystyle a^{2}-a+b^{2}=0,} {\displaystyle a^{2}-a+b^{2}=0,} atau ( a − 1 2 ) 2 + b 2 = 1 4 {\displaystyle \left(a-{\frac {1}{2}}\right)^{2}+b^{2}={\frac {1}{4}}} {\displaystyle \left(a-{\frac {1}{2}}\right)^{2}+b^{2}={\frac {1}{4}}},

yakni persamaan lingkaran dengan titik pusat (1/2, 0) dan radius 1/2. Menuliskan solusi dalam bentuk derajat θ, matriks

A = 1 2 ( 1 − cos ⁡ θ sin ⁡ θ sin ⁡ θ 1 + cos ⁡ θ ) {\displaystyle A={\frac {1}{2}}{\begin{pmatrix}1-\cos \theta &\sin \theta \\\sin \theta &1+\cos \theta \end{pmatrix}}} {\displaystyle A={\frac {1}{2}}{\begin{pmatrix}1-\cos \theta &\sin \theta \\\sin \theta &1+\cos \theta \end{pmatrix}}}

bersifat idempoten. Namun, b = c {\displaystyle b=c} {\displaystyle b=c} pada matriks di atas bukanlah syarat perlu: setiap matriks

( a b c 1 − a ) {\displaystyle {\begin{pmatrix}a&b\\c&1-a\end{pmatrix}}} {\displaystyle {\begin{pmatrix}a&b\\c&1-a\end{pmatrix}}} dengan a 2 + b c = a {\displaystyle a^{2}+bc=a} {\displaystyle a^{2}+bc=a} adalah matriks idempoten.

Sifat

Singularitas dan regularitas

Satu-satunya matriks idempoten yang tidak singular adalah matriks identitas. Hal ini dapat terlihat dari menuliskan persamaan A 2 = A {\displaystyle A^{2}=A} {\displaystyle A^{2}=A}; dengan mengasumsikan A {\displaystyle A} {\displaystyle A} memiliki peringkat penuh (tidak singular), dan mengalikan kedua ruas dengan A − 1 {\displaystyle A^{-1}} {\displaystyle A^{-1}}, akan didapatkan bentuk A = I A = A − 1 A 2 = A − 1 A = I {\displaystyle A=IA=A^{-1}A^{2}=A^{-1}A=I} {\displaystyle A=IA=A^{-1}A^{2}=A^{-1}A=I}. Hal ini juga mengartikan bahwa matriks idempoten yang bukan matriks identitas, memiliki jumlah baris (dan jumlah kolom) yang saling bebas linear lebih sedikit daripada total jumlah baris (dan kolom) pada matriks.

Ketika matriks identitas dikurangi dengan matriks idempoten, hasilnya juga berupa matriks idempoten, karena

( I − A ) ( I − A ) = I − A − A + A 2 = I − A − A + A = I − A . {\displaystyle (I-A)(I-A)=I-A-A+A^{2}=I-A-A+A=I-A.} {\displaystyle (I-A)(I-A)=I-A-A+A^{2}=I-A-A+A=I-A.}

Jika sebuah matriks A {\displaystyle A} {\displaystyle A} idempoten, maka untuk setiap bilangan bulat positif n {\displaystyle n} {\displaystyle n} akan berlaku A n = A {\displaystyle A^{n}=A} {\displaystyle A^{n}=A}. Hal ini dapat dibuktikan dengan menggunakan induksi matematika: Jelas hal ini berlaku untuk n = 1 {\displaystyle n=1} {\displaystyle n=1}, karena A 1 = A {\displaystyle A^{1}=A} {\displaystyle A^{1}=A}. Anggap bahwa A k − 1 = A {\displaystyle A^{k-1}=A} {\displaystyle A^{k-1}=A}. Selanjutnya A k {\displaystyle A^{k}} {\displaystyle A^{k}} dapat dituliskan sebagai A k = A k − 1 A = A A = A {\displaystyle A^{k}=A^{k-1}A=AA=A} {\displaystyle A^{k}=A^{k-1}A=AA=A}, karena A {\displaystyle A} {\displaystyle A} idempoten. Berdasarkan prinsip induksi, pernyataan terbukti.

Nilai eigen

Matriks idempoten selalu dapat didiagonalkan dan nilai eigennya selalu bernilai 0 atau 1.[3]

Teras

Nilai teras dari sebuah matriks idempoten — yakni jumlah semua elemen pada diagonal utamanya — sama dengan nilai peringkat dari matriks dan selalu berupa bilangan bulat. Hal ini memberikan cara mudah untuk menghitung nilai peringkat, atau sebagai cara alternatif menghitung teras dari matriks yang entri-entrinya tidak diketahui secara pasti. Dalam statistika, sebagai contoh, hal tersebut dipakai dalam menentukan derajat bias ketika menggunakan variansi sampel sebagai estimator variansi populasi.

Aplikasi

Matriks idempoten sering muncul dalam analisis regresi dan ekonometrika. Sebagai contoh, dalam ordinary least squares, permasalahan regresi adalah mencari vektor koefisien β {\displaystyle \beta } {\displaystyle \beta } sehingga dapat meminimunkan kuadrat residu e i {\displaystyle e_{i}} {\displaystyle e_{i}} (prediksi yang salah). Permasalahan ini dapat ditulis dalam bentuk matriks,

Minimumkan ( y − X β ) T ( y − X β ) {\displaystyle (y-X\beta )^{\textsf {T}}(y-X\beta )} {\displaystyle (y-X\beta )^{\textsf {T}}(y-X\beta )}

dengan y {\displaystyle y} {\displaystyle y} adalah vektor dari variabel terikat hasil observasi, dan X {\displaystyle X} {\displaystyle X} adalah sebuah matriks dengan setiap kolomnya adalah variabel-variabel bebas dalam observasi. Estimator untuk vektor β {\displaystyle \beta } {\displaystyle \beta } adalah

β ^ = ( X T X ) − 1 X T y {\displaystyle {\hat {\beta }}=\left(X^{\textsf {T}}X\right)^{-1}X^{\textsf {T}}y} {\displaystyle {\hat {\beta }}=\left(X^{\textsf {T}}X\right)^{-1}X^{\textsf {T}}y}

dengan simbol T {\displaystyle {\textsf {T}}} {\displaystyle {\textsf {T}}} menunjukkan operasi transpos; vektor residu dari observasi adalah[2]

e ^ = y − X β ^ = y − X ( X T X ) − 1 X T y = [ I − X ( X T X ) − 1 X T ] y = M y . {\displaystyle {\hat {e}}=y-X{\hat {\beta }}=y-X\left(X^{\textsf {T}}X\right)^{-1}X^{\textsf {T}}y=\left[I-X\left(X^{\textsf {T}}X\right)^{-1}X^{\textsf {T}}\right]y=My.} {\displaystyle {\hat {e}}=y-X{\hat {\beta }}=y-X\left(X^{\textsf {T}}X\right)^{-1}X^{\textsf {T}}y=\left[I-X\left(X^{\textsf {T}}X\right)^{-1}X^{\textsf {T}}\right]y=My.}

Dalam persamaan ini, baik matriks M {\displaystyle M} {\displaystyle M} dan X ( X T X ) − 1 X T {\displaystyle X\left(X^{\textsf {T}}X\right)^{-1}X^{\textsf {T}}} {\displaystyle X\left(X^{\textsf {T}}X\right)^{-1}X^{\textsf {T}}} adalah matriks idempoten sekaligus matriks simetris, yang dapat digunakan untuk menyederhanakan perhitungan jumlah kuadrat residu:

e ^ T e ^ = ( M y ) T ( M y ) = y T M T M y = y T M M y = y T M y . {\displaystyle {\hat {e}}^{\textsf {T}}{\hat {e}}=(My)^{\textsf {T}}(My)=y^{\textsf {T}}M^{\textsf {T}}My=y^{\textsf {T}}MMy=y^{\textsf {T}}My.} {\displaystyle {\hat {e}}^{\textsf {T}}{\hat {e}}=(My)^{\textsf {T}}(My)=y^{\textsf {T}}M^{\textsf {T}}My=y^{\textsf {T}}MMy=y^{\textsf {T}}My.}

Sifat idempoten dari M {\displaystyle M} {\displaystyle M} juga dipakai untuk menyederhanakan perhitungan lainnya, contohnya dalam menentukan variansi dari estimator β ^ {\displaystyle {\hat {\beta }}} {\displaystyle {\hat {\beta }}}.

Referensi

  1. Chiang, Alpha C. (1984). Fundamental Methods of Mathematical Economics (Edisi 3rd). New York: McGraw–Hill. hlm. 80. ISBN 0070108137.
  2. 1 2 Greene, William H. (2003). Econometric Analysis (Edisi 5th). Upper Saddle River, NJ: Prentice–Hall. hlm. 808–809. ISBN 0130661899.
  3. Horn, Roger A.; Johnson, Charles R. (1990). Matrix analysis. Cambridge University Press. hlm. 148. ISBN 0521386322. every idempotent matrix is diagonalizable{{cite book}}: Pemeliharaan CS1: Status URL (link)
Kelas-kelas matriks
Batasan pada elemen matriks
Konstan
Batasan pada nilai eigen dan vektor eigen-nya
Batasan pada hasil perkalian atau inversnya
Dengan aplikasi tertentu
Digunakan dalam statistika
Digunakan dalam teori graf
Digunakan dalam sains dan teknik
Istilah yang berhubungan
Konten disalin dari Wikipedia Bahasa Indonesia (lisensi CC BY-SA) Lihat versi asli di Wikipedia

Rekomendasi Pilihan