Matematika Sekolah Dasar dan Menengah · Grades 1–9
66Aljabar dan Persamaan
Huruf mewakili bilangan, dan berhitung dengan huruf membuktikan kenyataan tentang semua bilangan sekaligus. Bab ini melatih penjabaran dan pemfaktoran — termasuk ketiga kesamaan yang akan mengikutimu di seluruh matematika — lalu menyelesaikan persamaan berderajat satu, persamaan hasil kali, dan pertidaksamaan sederhana, selalu satu langkah beralasan setiap kalinya.
66.1 Menjabarkan
Definisi 66.1 (Menjabarkan)
Menjabarkan berarti mengubah sebuah hasil kali menjadi sebuah jumlah, dengan memakai sifat distributif:
Contoh 66.2
Tiap suku tanda kurung pertamanya mengalikan tiap suku yang kedua:
Tandanya ikut bepergian bersama sukunya:
Teorema 66.3 (Ketiga kesamaannya)
Untuk semua bilangan dan :
Bukti. Jabarkan tiap ruas kirinya. Untuk yang pertama: . Untuk yang kedua, gantilah dengan pada yang pertama. Untuk yang ketiga: (suku silangnya saling meniadakan). ∎
Contoh 66.4
Berhitung di kepala: , dan .
66.2 Memfaktorkan
Metode 66.5 (Memfaktorkan)
Untuk memfaktorkan sebuah bentuk, cobalah berurutan:
- faktor bersama: , dengan boleh berupa tanda kurung juga;
- selisih kuadrat: ;
- kuadrat sempurna: (dan dengan , menjadi ).
Periksalah selalu dengan menjabarkan hasilnya.
Contoh 66.6
Faktor bersama: .
Tanda kurung bersama:
Selisih kuadrat: , dan
Tiap faktornya masih punya faktor bersama: .
66.3 Persamaan
Metode 66.7 (Persamaan berderajat satu)
Untuk menyelesaikan persamaan seperti :
- kumpulkan suku pada satu ruas dan bilangannya pada ruas yang lain, dengan menambahkan besaran yang sama pada kedua ruasnya;
- sederhanakan tiap ruasnya;
- bagilah kedua ruasnya dengan koefisien ;
- periksalah penyelesaiannya pada persamaan aslinya.
Contoh 66.8
Periksa: dan . Penyelesaiannya adalah .
Dengan tanda kurung, jabarkan lebih dahulu: menjadi , jadi dan .
Teorema 66.9 (Aturan hasil kali nol)
Sebuah hasil kali bernilai nol jika dan hanya jika sedikitnya satu faktornya nol:
Bukti. Kalau sebuah faktornya nol, jelas hasil kalinya nol. Sebaliknya kalau dengan , membagi kedua ruasnya dengan memberi . ∎
Contoh 66.10
Selesaikan : entah entah , jadi penyelesaiannya adalah dan .
Selesaikan : faktorkan lebih dahulu, , penyelesaiannya dan .
Selesaikan : jangan pernah membagi dengan ! Pindahkan lalu faktorkan: , penyelesaiannya dan .
66.4 Pertidaksamaan
Proposisi 66.11 (Aturan untuk pertidaksamaan)
Sebuah pertidaksamaan terpelihara ketika bilangan yang sama ditambahkan pada kedua ruasnya, dan ketika kedua ruasnya dikalikan dengan bilangan positif yang sama. Mengalikan kedua ruasnya dengan bilangan negatif membalikkan tanda pertidaksamaannya.
Bukti. Kalau maka . Dengan menambahkan : , jadi . Dengan mengalikan dengan : , jadi . Dengan mengalikan dengan : , jadi : urutannya terbalik. ∎
Contoh 66.12
Selesaikan :
Penyelesaiannya adalah semua bilangan yang lebih besar daripada : pada garis bilangan, sebuah titik berongga di dan arsiran ke kanan.
66.5 Latihan
Latihan 66.1 ★
Jabarkan lalu sederhanakan:
Solusi
Solusi Latihan 66.1.
.
.
.
.
Latihan 66.2 ★
Jabarkan dengan memakai kesamaannya:
Solusi
Solusi Latihan 66.2.
.
.
.
.
Latihan 66.3 ★
Hitunglah di kepala, dengan memakai sebuah kesamaan: ; (tulislah ); .
Solusi
Solusi Latihan 66.3.
.
.
.
Latihan 66.4 ★
Faktorkan:
Solusi
Solusi Latihan 66.4.
.
.
.
.
Latihan 66.5 ★
Selesaikan, dengan menulis tiap langkahnya:
Solusi
Solusi Latihan 66.5.
: , jadi .
: , jadi .
: , jadi dan .
Latihan 66.6 ★★
Selesaikan dengan memakai aturan hasil kali nol:
Solusi
Solusi Latihan 66.6.
: atau .
: atau .
: satu-satunya penyelesaiannya .
: , jadi atau .
Latihan 66.7 ★★
Faktorkan , lalu selesaikan .
Solusi
Solusi Latihan 66.7.
Selisih kuadrat dengan dan :
Aturan hasil kali nol: memberi , dan memberi .
Latihan 66.8 ★★
Selesaikan pertidaksamaannya lalu gambarkan penyelesaiannya pada garis bilangan:
Solusi
Solusi Latihan 66.8.
: , jadi (titik penuh di , arsir ke kanan).
: , membaginya dengan membalikkan tandanya: (titik berongga di , arsir ke kiri).
: , jadi , jadi (titik penuh di , arsir ke kiri).
Latihan 66.9 ★★
Aku memikirkan sebuah bilangan, mengalikannya dengan , menambahkan , dan memperoleh hasil yang sama seperti kalau aku mengalikannya dengan lalu mengurangkan . Berapa bilanganku? (Susunlah sebuah persamaan lalu selesaikan.)
Solusi
Solusi Latihan 66.9.
Misalkan bilangannya: . Lalu , jadi . Periksa: dan .
Latihan 66.10 ★★★
Misalkan sebuah bilangan bulat.
- Jabarkan lalu simpulkan bahwa hasil kali kedua tetangga selalu (misalnya ).
- Tunjukkan bahwa jumlah tiga bilangan bulat yang berurutan selalu kelipatan .
Solusi
Solusi Latihan 66.10.
1. (kesamaan ketiga). Tetangga adalah dan , jadi hasil kalinya : misalnya .
2. Tiga bilangan bulat berurutan dapat ditulis , , . Jumlahnya adalah
yaitu kelipatan (tiga kali yang di tengahnya).
66.6 Soal: Aljabar angka
Soal 66.1
Soal akhir pekan — mengapa aturan keterbagian berhasil, trik 1089 yang dibongkar, dan berhitung di kepala yang tampak seperti sihir
Sekolah dasar mengajarimu aturan (sebuah bilangan habis dibagi ketika jumlah angkanya juga demikian); pesulap memainkan trik (semua orang berakhir di ); pasar mengetahui jalan pintas (, seketika). Semuanya rahasia yang sama: bilangan dengan angka , , adalah bentuk , dan aljabar bab ini (Teorema 66.3, penjabaran, pemfaktoran) dapat membongkarnya. Pada akhir soal ini kamu akan sudah membuktikan aturannya, membongkar triknya, dan mempelajari sihirnya.
Bagian I — Angka di bawah mikroskop.
- Bilangan dua angka dengan angka puluhan dan angka satuan adalah . Jabarkan lalu faktorkan selisih antara bilangannya dan bilangan baliknya, , lalu nyatakan penemuanmu. Periksalah pada .
Buktikan aturan sembilan untuk bilangan tiga angka: periksalah kesamaan
lalu jelaskan mengapa kesamaan itu menunjukkan bahwa sebuah bilangan dan jumlah angkanya meninggalkan sisa yang sama pada pembagian dengan — jadi yang satu habis dibagi persis ketika yang lain juga (Proposisi 64.3, yang kini terbukti).
- Simpulkan aturan tiga dari kesamaan yang sama, dalam satu kalimat.
- “Membuang sembilan”, pemeriksaan milik para akuntan: untuk menguji , gantilah tiap bilangannya dengan jumlah angka dari jumlah angkanya: , , dan ; lalu : cocok. Jelaskan mengapa hasil kali yang benar pasti lulus ujian itu (tulislah , lalu jabarkan), lalu carilah hasil yang salah yang gagal ditangkap ujiannya (mengapa angka yang tertukar tidak terlihat olehnya?).
Buktikan aturan sebelas untuk bilangan empat angka: periksalah
lalu pakailah untuk memutuskan apakah habis dibagi .
Bagian II — Trik 1089. Triknya: pikirkan bilangan tiga angka yang angka pertama dan terakhirnya berbeda sedikitnya ; baliklah urutannya; kurangkan yang lebih kecil dari yang lebih besar; baliklah urutan hasilnya; jumlahkan kedua bilangan terakhirnya. Pesulapnya mengumumkan: 1089.
- Mainkan triknya pada dan pada satu bilangan pilihanmu sendiri.
- Misalkan bilangannya punya angka , , dengan . Faktorkan pengurangan pertamanya, , lalu sebutkan semua nilai yang dapat diambilnya ketika berjalan dari sampai .
Masing-masing kelipatan itu punya pola angka yang mencolok. Dengan menulis , periksalah kesamaan
lalu bacalah ketiga angka .
- Jumlahkan dengan bilangan baliknya sendiri, dengan memakai angka pada pertanyaan 8, lalu buktikan bahwa jumlahnya — berapa pun . Triknya mati; hiduplah aljabarnya.
- Mengapa pesulapnya menuntut angka pertama dan terakhirnya berbeda sedikitnya ? Periksalah keadaan dan (yang pengurangannya memberi , yang harus ditulis agar pembalikannya berhasil), lalu nyatakan catatan kecil yang menjaga triknya tetap jujur.
Bagian III — Sihir untuk pemakaian sehari-hari.
- Trik ulang tahun: “kalikan bulan kelahiranmu dengan , tambahkan , kalikan dua, tambahkan tanggal kelahiranmu, kurangkan .” Tunjukkan bahwa hasilnya selalu — yaitu bulan dan tanggalnya, terbaca sekilas. (Cobalah pada seseorang.)
- Kamu merancang ulang triknya menjadi: “kalikan bulannya dengan , tambahkan , kalikan dua, tambahkan tanggalnya.” Bilangan berapa yang kini harus dikurangkan penontonnya pada akhirnya agar bacaan bulan–tanggalnya sama?
- Trik angka yang hilang: penontonnya memilih bilangan apa pun, mengurangkan jumlah angkanya (pertanyaan 2 berkata hasilnya selalu kelipatan — jelaskan mengapa untuk bilangan tiga angka), lalu mencoret satu angka yang bukan nol lalu membacakan angka yang tersisa kepadamu. Jelaskan bagaimana kamu memulihkan angka yang dicoretnya, dan mengapa harus dikecualikan.
- Sihir pasar: buktikan kesamaan , nyatakan aturan untuk mengkuadratkan bilangan mana pun yang berakhir dengan , lalu hitunglah , dan di kepalamu.
- Penutupnya, yang memperluas Latihan 66.10: buktikan bahwa jumlah lima bilangan bulat berurutan selalu kelipatan , tetapi jumlah empat bilangan bulat berurutan tidak pernah kelipatan . (Dua perhitungan pendek — dan satu pesan moral tentang apa yang dilakukan aljabar pada kata “selalu” dan “tidak pernah”.)
Solusi
Solusi Soal 66.1.
1. : jadi selisih antara bilangan dua angka dan bilangan baliknya selalu kelipatan . Periksa: , dan .
2. Dengan menjabarkan ruas kanannya: . Jadi bilangannya sama dengan kelipatan ditambah jumlah angkanya: kalau dibagi , keduanya meninggalkan sisa yang sama. Khususnya sisa untuk yang satu berarti sisa untuk yang lain: itulah aturan sembilan, yang terbukti.
3. juga kelipatan , jadi kesamaan yang sama menunjukkan bahwa bilangannya dan jumlah angkanya meninggalkan sisa yang sama pada pembagian dengan : itulah aturan tiga.
4. Tulislah dan . Lalu
hasil kalinya meninggalkan sisa yang sama seperti , yaitu . Karena itu hasil yang benar pun harus meninggalkan sisa — dan memang begitu. Tetapi ujiannya hanya melihat sisanya: dan (yang angkanya tertukar) lulus dengan cara yang sama, jadi lulus tidak membuktikan apa pun — gagal itulah yang menghukum.
5. Dengan menjabarkan: . Jadi bilangannya habis dibagi persis ketika jumlah bergantinya juga demikian. Untuk : , yang habis dibagi : jadi ya, .
6. ; . Contoh yang sah mana pun mendarat di juga.
7. . Untuk :
8. . Jadi ketiga angka adalah , lalu , lalu (periksa : memberi , , ).
9. Bilangan balik punya angka , , , jadi nilainya . Dengan menjumlahkan:
yang tidak bergantung pada . Berapa pun bilangan awalnya, pesulapnya aman.
10. Kalau , pengurangannya memberi dan triknya mati seketika. Kalau , pengurangannya memberi , yang harus diperlakukan sebagai untai tiga angka (baliknya , : terselamatkan!). Catatan kecilnya: selisih berhasil hanya kalau penontonnya menulis hasil pengurangannya dengan tiga angka, termasuk nol di depannya — menuntut jarak sedikitnya menghindari perdebatannya.
11. : puluhannya (dan ratusannya, untuk Oktober–Desember) menunjukkan bulannya, satuannya (dan puluhannya) tanggalnya.
12. : kurangkan .
13. Menurut pertanyaan 2, untuk tiga angka: jadi selalu kelipatan (kesamaan serupa berlaku untuk panjang berapa pun). Kelipatan punya jumlah angka yang juga kelipatan (pertanyaan 2 lagi), jadi angka yang dibacakan penontonnya harus dilengkapi sampai kelipatan berikutnya: angka yang hilang adalah pelengkap itu. Kekaburannya: kalau angka yang dibacakan sudah berjumlah kelipatan , angka yang dicoret dapat atau — mengecualikan menghapus keraguannya.
14. : tulislah , lalu tempelkan di belakangnya. : , jadi . : , jadi . : , jadi .
15. Lima yang berurutan: : yaitu kelipatan , selalu. Empat yang berurutan: : yaitu sisa pada pembagian dengan , jadi tidak pernah menjadi kelipatannya. Aljabar mengubah “tampaknya berhasil” menjadi selalu, dan “aku tidak menemukan contohnya” menjadi tidak pernah — dua kata yang tidak dapat dicapai pengujian sebanyak apa pun (Metode 48.8).