Persamaan kubik

Dari Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas
Loncat ke navigasi Loncat ke pencarian
Grafik fungsi kubik dengan 3 akar nyata (di mana kurva memotong sumbu horizontal pada y = 0). Kasing yang ditunjukkan memiliki dua titik kritis. Di sini fungsinya adalah f(x) = (x3 + 3x2 − 6x − 8)/4.

Dalam aljabar, persamaan kubik dalam satu variabel adalah persamaan yang berbentuk

di mana adalah tak nol.

Solusi dari persamaan ini disebut akar fungsi dari fungsi kubik yang didefinisikan oleh sisi kiri persamaan. Jika semua koefisien , , , dan dari persamaan kubik adalah bilangan riil, maka ia memiliki setidaknya satu akar nyata (ini berlaku untuk semua fungsi polinomial derajat ganjil). Semua akar persamaan kubik dapat ditemukan dengan cara berikut:

Koefisien tidak perlu bilangan riil. Banyak dari apa yang dibahas di bawah ini berlaku untuk koefisien dalam medan apa pun dengan karakteristik selain 2 dan 3. Solusi dari persamaan kubik tidak harus milik bidang yang sama dengan koefisien. Sebagai contoh, beberapa persamaan kubik dengan koefisien rasional memiliki akar yang bilangan kompleks irasional (dan bahkan tidak nyata).

Sejarah[sunting | sunting sumber]

Persamaan kubik dikenal oleh orang-orang Babilonia, Yunani, Tionghoa, India, dan Mesir kuno.[1][2][3] Papan aksara paku Babilonia (abad ke-20 sampai ke-16 SM) telah ditemukan berisi tabel untuk menghitung kubik dan akar kubik.[4][5] Orang-orang Babilonia mungkin telah menggunakan tabel-tabel tersebut untuk menyelesaikan persamaan kubik, tetapi tidak ada bukti yang mengonfirmasinya.[6] Masalah menggandakan kubus melibatkan persamaan kubik yang paling sederhana dan tua, dan dipercayai oleh orang-orang Mesir kuno tidak memiliki penyelesaian.[7] Pada abad ke-5 SM, Hippokrates mereduksi masalah ini menjadi masalah mencari rata-rata geometri antara suatu garis dengan garis lain yang dua kali lipat panjangnya, tetapi tidak bisa menyelesaikan ini menggunakan sebuah konstruksi jangka dan penggaris,[8] cara yang sekarang diketahui tidak mungkin dilakukan. Metode untuk menyelesaikan persamaan kubik muncul dalam The Nine Chapters on the Mathematical Art, sebuah teks matematika Tiongkok yang dikumpulkan pada sekitar abad ke-2 SM dan dikomentari oleh Liu Hui pada abad ke-3.[2] Pada abad ke-3 Masehi, matematikawan Yunani Diofantos menemukan penyelesaian bilangan bulat atau rasional untuk beberapa persamaan bivariat (persamaan Diophantine).[3][9] Hippokrates, Menaikhmos dan Archimedes dipercaya telah hampir menyelesaikan permasalahan menggandakan kubus menggunakan irisan kerucut yang berpotongan,[8] meskipun sejarawan seperti Reviel Netz mempertanyakan apakah para orang Yunani memikirkan tentang persamaan kubik atau hanya masalah yang bisa menghasilkan persamaan kubik. Sebagian yang lain seperti T. L. Heath, yang menerjemahkan semua karya Archimedes, tidak setuju, memberikan bukti bahwa Archimedes benar-benar menyelesaikan persamaan kubik menggunakan perpotongan dua irisan kerucut, tetapi juga mendiskusikan apabila akarnya ada 0, 1 atau 2.[10]

Grafik fungsi kubik f(x) = 2x3 − 3x2 − 3x + 2 = (x + 1) (2x − 1) (x − 2)

Pada abad ke-7, astronom-matematikawan dinasti Tang Wang Xiaotong dalam risalah matematikanya yang berjudul Jigu Suanjing secara sistematis menetapkan dan menyelesaikan secara numerik 25 persamaan kubik dengan bentuk x3 + px2 + qx = N, 23 di antaranya dengan p, q ≠ 0, dan dua di antaranya dengan q = 0.[11]

Pada abad ke-11, penyair-matematikawan Persia, Umar Khayyam (1048–1131), membuat kemajuan signifikan dalam teori persamaan kubik. Dalam karangan lamanya, dia menemukan bahwa sebuah persamaan kubik bisa memiliki lebih dari satu penyelesaiaan dan menyatakan bahwa persamaan kubik tidak bisa diselesaikan menggunakan konstruksi jangka dan penggaris. Dia juga menemukan sebuah penyelesaian geometris.[12][13] Dalam karya lainnya kemudian, Treatise on Demonstration of Problems of Algebra, dia menulis sebuah pengelompokan lengkap persamaan kubik dengan penyelesaian geometris umum yang ditemukan dengan cara memotongkan irisan kerucut.[14][15]

Pada abad ke-12, matematikawan India Bhaskara II mencoba menyelesaikan persamaan kubik tetapi secara umum tidak berhasil. Akan tetapi, dia memberikan satu contoh persamaan kubik: x3 + 12x = 6x2 + 35.[16] Pada abad ke-12, matematikawan Persia lainnya, Sharaf al-Din al-Tusi (1135–1213), menulis Al-Muʿādalāt (Treatise on Equations), yang berurusan dengan delapan jenis persamaan kubik dengan penyelesaian positif dan lima jenis persamaan kubik yang mungkin tidak punya penyelesaian positif. Dia menggunakan apa yang kemudian dikenal sebagai "metode Ruffini-Horner" untuk memperkirakan secara numerik akar persamaan kubik. Dia juga menggunakan konsep maksimum dan minimum kurva untuk menyelesaikan persamaan kubik yang mungkin tidak punya penyelesaian positif.[17] Dia memahami pentingnya diskriminan suatu persamaan kubik dalam mencari penyelesaiaan aljabar dari jenis-jenis persamaan kubik tertentu.[18]

Dalam bukunya Flos, Leonardo de Pisa, juga dikenal sebagai Fibonacci (1170–1250), mampu memperkirakan dengan dekat penyelesaian positif untuk persamaan kubik x3 + 2x2 + 10x = 20. Menulis dengan angka-angka Babilonia dia memberikan hasil 1.22.7.42.33.4.40 (ekuivalen dengan 1 + 22/60 + 7/602 + 42/603 + 33/604 + 4/605 + 40/606), yang memiliki galat hampiran sekitar 10−9.[19]

Pada awal abad ke-16, matematikawan Italia Scipione del Ferro (1465–1526) menemukan metode untuk menyelesaikan sebuah jenis persamaan kubik, yaitu yang berbentuk x3 + mx = n. Sebenarnya, semua persamaan kubik bisa direduksi menjadi bentuk ini jika kita membolehkan m dan n bernilai negatif, tetapi bilangan negatif belum diketahuinya pada saat itu. Del Ferro merahasiakan pencapaiannya sampai kematiannya, pada mana dia memberi tahu muridnya Antonio Fior tentang itu.

Niccolò Fontana Tartaglia

Pada tahun 1530, Niccolò Tartaglia (1500–1557) menerima dua permasalahan persamaan kubik dari Zuanne da Coi dan mengumumkan bahwa dia bisa menyelesaikannya. Dia kemudian ditantang oleh Fior, yang menghasilkan pertandingan terkenal di antara keduanya. Masing-masing kontestan harus menaruh sejumlah uang dan mengusulkan banyak permasalahan yang lawannya harus selesaikan. Siapapun yang menyelesaikan lebih banyak permasalahan dalam waktu 30 hari akan mendapatkan semua uangnya. Tartaglia menerima pertanyaan dalam bentuk x3 + mx = n, yang dia telah kembangkan metode umumnya. Fior menerima pertanyaan dalam bentuk x3 + mx2 = n, yang rupanya terlalu sulit untuk dia selesaikan, dan Tartaglia memenangkan pertandingannya.

Kemudian, Tartaglia dibujuk oleh Gerolamo Cardano (1501–1576) untuk mengungkapkan rahasianya dalam menyelesaikan persamaan kubik. Pada tahun 1539, Tartaglia melakukannya tetapi dengan syarat Cardano tidak boleh memberitahukannya dan apabila dia menulis buku mengenai kubik, dia harus memberikan Tartaglia untuk membuat terbitannya. Beberapa tahun kemudian, Cardano mempelajari tentang karya del Ferro dan menerbitkan metode del Ferro dalam bukunya Ars Magna pada tahun 1545, jadi Cardano memberikan Tartaglia enam tahun untuk menerbitkan hasilnya (dengan kredit diberikan kepada Tartaglia untuk penyelesaiannya sendiri). Janji Cardano kepada Tartaglia mengatakan bahwa dia tidak akan menerbitkan hasil pekerjaan Tartaglia, dan Cardano merasa dia menerbitkan hasil pekerjaan del Ferro, jadi perjanjiannya tidak dilanggar. Meskipun begitu, ini menyebabkan Cardano mendapatkan tantangan dari Tartaglia, yang Cardano tolak. Tantangannya akhirnya diterima oleh murid Cardano Lodovico Ferrari (1522–1565). Ferrari mendapatkan hasil yang lebih baik daripada Tartaglia dalam pertandingan mereka, dan Tartaglia kehilangan gengsi dan pendapatannya.[20]

Cardano memperhatikan bahwa metode Tartaglia terkadang perlu melibatkan akar kuadrat dari bilangan negatif. Dia bahkan memasukkan sebuah penghitungan bilangan-bilangan kompleks tersebut dalam Ars Magna, tetapi dia tidak benar-benar memahaminya. Rafael Bombelli mempelajai masalah ini secara rinci[21] dan dianggap sebagai penemu bilangan kompleks.

François Viète (1540–1603) secara mandiri menurunkan penyelesiaan trigonometri untuk kubik dengan tidak akar real, dan René Descartes (1596–1650) memperluas karya Viète.[22]

Faktorisasi[sunting | sunting sumber]

Bila koefisien persamaan kubik adalah bilangan rasional, kita dapat memperoleh persamaan ekivalen dengan koefisien bilangan bulat, dengan mengalikan semua koefisien dengan kelipatan persekutuan:

dengan koefisien bilangan bulat, dikatakan dapat direduksi jika polinomial ruas kiri adalah hasil kali polinomial derajat yang lebih rendah. Dengan Lemma Gauss, jika persamaan dapat direduksi, orang dapat menganggap bahwa faktor faktor tersebut memiliki koefisien integer.

Menemukan akar dari persamaan kubik yang dapat direduksi lebih mudah daripada menyelesaikan kasus umum. Faktanya, jika persamaan tersebut dapat direduksi, salah satu faktor pasti memiliki derajat satu, dan memiliki bentuk demikian

dengan q dan p menjadi coprime integers. Uji akar rasional memungkinkan penemuan q dan p dengan memeriksa jumlah kasus yang terbatas (karena q harus menjadi pembagi dari a, dan p harus menjadi pembagi dari d).

Jadi, satu root adalah dan akar lainnya adalah akar dari faktor lainnya, yang dapat ditemukan dengan pembagian polinomial. Faktor lainnya adalah

(Koefisien tampaknya bukan bilangan bulat, tetapi harus bilangan bulat jika p / q adalah root.)

Kemudian, akar lainnya adalah akar dari polinomial kuadrat ini dan dapat ditemukan dengan menggunakan rumus kuadrat.

Kubik tertekan[sunting | sunting sumber]

Bentuk kubik

dikatakan depresi. Mereka jauh lebih sederhana daripada kubik umum, tetapi fundamental, karena studi tentang kubik apa pun dapat dikurangi dengan perubahan variabel sederhana menjadi kubik yang tertekan.

Maka

menjadi persamaan kubik. Perubahan variabel

mengarah ke kubik yang tidak memiliki istilah dalam t2. Setelah membaginya dengan a seseorang mendapat persamaan kubik tertekan

bersama

akar dari persamaan asli terkait dengan akar dari persamaan tertekan oleh hubungan

for .

Diskriminan dan sifat akar[sunting | sunting sumber]

Sifat (nyata atau tidak, berbeda atau tidak) dari akar kubik dapat ditentukan tanpa menghitungnya secara eksplisit, dengan menggunakan diskriminan.

Diskriminan[sunting | sunting sumber]

Diskriminan dari polinomial adalah fungsi dari koefisiennya yang nol jika dan hanya jika polinomial tersebut memiliki banyak akar, atau, jika habis habis dibagi kuadrat dari non konstansa. Dengan kata lain, diskriminan adalah bukan nol jika dan hanya jika polinomial bebas kuadrat.

Bila r1, r2, r3 adalah tiga akar (tidak harus berbeda atau nyata) dari kubik maka diskriminannya

Diskriminan kubik yang tertekan adalah

Diskriminan kubik umum adalah

Ini adalah produk dari dan diskriminan kubik tertekan yang sesuai. Oleh karena itu, salah satu dari dua diskriminan ini adalah nol jika dan hanya jika yang lain juga nol, dan, jika koefisien dari bilangan asli, kedua diskriminan tersebut memiliki tanda yang sama. Singkatnya, informasi yang sama dapat disimpulkan dari salah satu dari dua diskriminan ini.

Untuk membuktikan rumus sebelumnya, seseorang dapat menggunakan rumus Vieta untuk menyatakan semuanya sebagai polinomial di r1, r2, r3, dan a. Buktinya kemudian menghasilkan verifikasi persamaan dua polinomial.

Rumus Cardano[sunting | sunting sumber]

Gerolamo Cardano dikreditkan dengan menerbitkan rumus pertama untuk menyelesaikan persamaan kubik, menghubungkannya dengan Scipione del Ferro. Rumusnya berlaku untuk kubik tertekan, tetapi, seperti yang diperlihatkan di § Kubik tertekan, itu memungkinkan menyelesaikan semua persamaan kubik.

Hasil Cardano adalah, bila

adalah persamaan kubik sehingga p dan q adalah bilangan real sedemikian rupa maka persamaan tersebut memiliki akar yang sebenarnya

Lihat § Penurunan akar, di bawah, untuk beberapa metode untuk mendapatkan hasil ini.

Seperti yang ditunjukkan di § Sifat akar, dua akar lainnya adalah bilangan non-nyata konjugasi kompleks, dalam kasus ini. Itu kemudian ditunjukkan (Cardano tidak tahu bilangan kompleks) bahwa dua akar lainnya diperoleh dengan mengalikan salah satu akar pangkat tiga dengan akar pangkat tiga primitif kesatuan dan akar pangkat tiga lainnya oleh


Catatan[sunting | sunting sumber]

  1. ^ Høyrup, Jens (1992), "The Babylonian Cellar Text BM 85200 + VAT 6599 Retranslation and Analysis", Amphora: Festschrift for Hans Wussing on the Occasion of his 65th Birthday, Birkhäuser, hlm. 315–358, doi:10.1007/978-3-0348-8599-7_16, ISBN 978-3-0348-8599-7 
  2. ^ a b Kesalahan pengutipan: Tag <ref> tidak sah; tidak ditemukan teks untuk ref bernama oxf
  3. ^ a b Kesalahan pengutipan: Tag <ref> tidak sah; tidak ditemukan teks untuk ref bernama wae
  4. ^ Cooke, Roger (8 November 2012). The History of Mathematics. John Wiley & Sons. hlm. 63. ISBN 978-1-118-46029-0. 
  5. ^ Kesalahan pengutipan: Tag <ref> tidak sah; tidak ditemukan teks untuk ref bernama nen
  6. ^ Kesalahan pengutipan: Tag <ref> tidak sah; tidak ditemukan teks untuk ref bernama co
  7. ^ (Guilbeau 1930, hlm. 8) menyatakan bahwa "orang-orang Mesir menganggap bahwa tidak mungkin ada penyelesaiannya, tetapi orang-orang Yunani lebih dekat menemukan penyelesaian."
  8. ^ a b (Guilbeau 1930, hlm. 8–9)
  9. ^ Heath, Thomas L. (April 30, 2009). Diophantus of Alexandria: A Study in the History of Greek Algebra. Martino Pub. hlm. 87–91. ISBN 978-1578987542. 
  10. ^ Archimedes (October 8, 2007). The works of Archimedes. Translation by T. L. Heath. Rough Draft Printing. ISBN 978-1603860512. 
  11. ^ Kesalahan pengutipan: Tag <ref> tidak sah; tidak ditemukan teks untuk ref bernama Mikami1974
  12. ^ A paper of Omar Khayyam, Scripta Math. 26 (1963), pages 323–337
  13. ^ In O'Connor, John J.; Robertson, Edmund F., "Omar Khayyam", Arsip Sejarah Matematika MacTutor, Universitas St Andrews . one may read This problem in turn led Khayyam to solve the cubic equation x3 + 200x = 20x2 + 2000 and he found a positive root of this cubic by considering the intersection of a rectangular hyperbola and a circle. An approximate numerical solution was then found by interpolation in trigonometric tables. The then in the last assertion is erroneous and should, at least, be replaced by also. The geometric construction was perfectly suitable for Omar Khayyam, as it occurs for solving a problem of geometric construction. At the end of his article he says only that, for this geometrical problem, if approximations are sufficient, then a simpler solution may be obtained by consulting trigonometric tables. Textually: If the seeker is satisfied with an estimate, it is up to him to look into the table of chords of Almagest, or the table of sines and versed sines of Mothmed Observatory. This is followed by a short description of this alternate method (seven lines).
  14. ^ J. J. O'Connor and E. F. Robertson (1999), Omar Khayyam, MacTutor History of Mathematics archive, states, "Khayyam himself seems to have been the first to conceive a general theory of cubic equations."
  15. ^ (Guilbeau 1930, hlm. 9) states, "Omar Al Hay of Chorassan, about 1079 AD did most to elevate to a method the solution of the algebraic equations by intersecting conics."
  16. ^ Datta, Bibhutibhushan; Singh, Avadhesh Narayan (2004), "Equation of Higher Degree", History of Hindu Mathematics: A Source Book, 2, Delhi, India: Bharattya Kala Prakashan, hlm. 76, ISBN 81-86050-86-8 
  17. ^ O'Connor, John J.; Robertson, Edmund F., "Sharaf al-Din al-Muzaffar al-Tusi", Arsip Sejarah Matematika MacTutor, Universitas St Andrews .
  18. ^ Berggren, J. L. (1990), "Innovation and Tradition in Sharaf al-Dīn al-Ṭūsī's Muʿādalāt", Journal of the American Oriental Society, 110 (2): 304–309, doi:10.2307/604533, JSTOR 604533 
  19. ^ O'Connor, John J.; Robertson, Edmund F., "Fibonacci", Arsip Sejarah Matematika MacTutor, Universitas St Andrews .
  20. ^ Katz, Victor (2004). A History of Mathematics. Boston: Addison Wesley. hlm. 220. ISBN 9780321016188. 
  21. ^ La Nave, Federica; Mazur, Barry (2002), "Reading Bombelli", The Mathematical Intelligencer, 24 (1): 12–21, doi:10.1007/BF03025306 
  22. ^ Kesalahan pengutipan: Tag <ref> tidak sah; tidak ditemukan teks untuk ref bernama Nickalls

Referensi[sunting | sunting sumber]

Bacaan lebih lanjut[sunting | sunting sumber]

Pranala luar[sunting | sunting sumber]

Referensi[sunting | sunting sumber]

Kesalahan pengutipan: Tag <ref> yang didefinisikan di <references> memiliki atribut kelompok "" yang tidak ditampilkan di teks sebelumnya.
Kesalahan pengutipan: Tag <ref> yang didefinisikan di <references> memiliki atribut kelompok "" yang tidak ditampilkan di teks sebelumnya.
Kesalahan pengutipan: Tag <ref> yang didefinisikan di <references> memiliki atribut kelompok "" yang tidak ditampilkan di teks sebelumnya.
Kesalahan pengutipan: Tag <ref> yang didefinisikan di <references> memiliki atribut kelompok "" yang tidak ditampilkan di teks sebelumnya.
Kesalahan pengutipan: Tag <ref> yang didefinisikan di <references> memiliki atribut kelompok "" yang tidak ditampilkan di teks sebelumnya.

Kesalahan pengutipan: Tag <ref> yang didefinisikan di <references> memiliki atribut kelompok "" yang tidak ditampilkan di teks sebelumnya.

Pranala luar[sunting | sunting sumber]