Article
-
Upload
dwiki-ananda-putra -
Category
Documents
-
view
16 -
download
6
description
Transcript of Article
TEOREMA TITIK TETAP DI RUANG BANACH
Amanatul Husnia, Hairur Rahman
Jurusan Matematika Universitas Islam Negeri Maulana Malik Ibrahim Malang
e-mail: [email protected]
ABSTRAK
Ruang Banach merupakan suatu konsep penting dalam analisis fungsional. Pada tahun 1992, seorang ahli matematika berasal dari Polandia membuktikan teorema yang menyatakan ketunggalan titik tetap. Teorema tersebut disebut juga dengan teorema titik tetap Banach. Teorema titik tetap Banach (teorema kontraksi) merupakan teorema ketunggalan dari suatu titik tetap pada suatu pemetaan yang disebut kontraksi dari ruang metrik lengkap ke dalam dirinya sendiri. Pengertian ruang Banach sendiri adalah ruang norm yang lengkap, dikatakan lengkap jika barisan Cauchy tersebut konvergen. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pembuktian titik tetap di ruang Banach dengan kondisi yang diberikan yaitu pada pemetaan Kannan dan pemetaan Fisher. Berdasarkan hasil pembahasan, diperoleh bahwa pemetaan Kannan dan pemetaan Fisher mempunyai titik tetap yang tunggal π(π₯) = π₯ dan pemetaan tersebut merupakan pemetaan titik tetap terhadap dirinya sendiri di ruang metrik lengkap.
Kata Kunci: Titik Tetap, Pemetaan Kontraksi, Ruang Metrik Lengkap, Ruang Banach
ABSTRACT
Banach space is an important concept in functional analysis. In 1992, a mathematician from Poland proved the uniqueness of fixed point. The theorem is also called Banach fixed point theorem. Banach fixed point theorem (contraction theorem) is a unique fixed point theorem on a mapping called the contraction of a complete metric space into itself. The definition of Banach space itself is a complete norm space, to be said complete if the Cauchy sequence is convergent. This study aims to determine the evidence of fixed point in Banach space with the given conditions, namely Kannan mapping and Fisher mapping. Based on the results of the discussion, it is obtained that Kannan mapping and Fisher mapping has a single fixed point π(π₯) = π₯ and the mapping is a fixed point mapping to itself in a complete metric space.
Keywords: Fixed Point, Contraction Mapping, Complete Metric Space, Banach Space
PENDAHULUAN
Matematika merupakan abstraksi dari dunia nyata. Abstraksi secara bahasa berarti proses pengabstrakan. Abstraksi sendiri dapat diartikan sebagai upaya untuk menciptakan definisi dengan jalan memusatkan perhatian pada sifat yang umum dari berbagai objek dan mengabaikan sifat-sifat yang berlainan. Untuk menyatakan hasil abstraksi, diperlukan suatu media komunikasi atau bahasa. Bahasa yang digunakan dalam matematika adalah bahasa simbol. Penggunaan bahasa simbol mempunyai dua keuntungan yaitu sederhana dan universal. Sederhana di sini berarti sangat singkat dan universal berarti bahwa ahli matematika di belahan bumi manapun akan dapat memahaminya (Abdussakir, 2009).
Menurut Kreyzig (1978:1-2) misalnya dalam analisis fungsional memusatkan perhatian pada βruangβ. Hal ini merupakan dasar penting untuk mengkaji ruang Banach, ruang norma,
ruang metrik, dan ruang Hilbert dengan sangat rinci.
Dalam hubungan ini konsep βruangβ yang digunakan dalam ruang Banach mempunyai arti yang sangat luas. Ruang Banach adalah ruang norma yang lengkap, artinya bahwa ruang Banach adalah ruang norma, ruang yang memenuhi sifat-sifat ruang norma, dikatakan lengkap bahwa barisan Cauchy tersebut konvergen (Wilde, 2003:84).
Ruang Banach merupakan suatu konsep penting dalam analisis fungsional. Pada tahun 1992, seorang ahli matematika berasal dari Polandia membuktikan teorema yang menyatakan keberadaan dan ketunggalan suatu titik tetap. Teorema tersebut disebut juga dengan teorema titik tetap Banach atau prinsip kontraksi Banach. Teorema ini menyediakan teknik untuk memecahkan berbagai masalah yang diterapkan dalam matematika sains (ilmu matematika) dan ilmu teknik. Teorema titik tetap Banach (teorema kontraksi) merupakan teorema ketunggalan dari
Teorema Titik Tetap di Ruang Banach
Cauchy β ISSN: 2086-0382 117
suatu titik tetap pada suatu pemetaan yang disebut kontraksi dari ruang metrik lengkap ke dalam dirinya sendiri.
KAJIAN TEORI
1. Ruang Metrik
Ruang metrik memperjelas konsep jarak. Definisi dari metrik bermanfaat untuk mengetahui aplikasi yang lebih umum dari konsep jarak. Di dalam kalkulus dipelajari tentang fungsi-fungsi yang terdefinisi dalam garis bilangan real β. Di dalam bilangan real β terdefinisi fungsi jarak, yaitu memasangankan π(π₯, π¦) = |π₯ β π¦| dengan setiap pasangan titik π₯, π¦ β β, jadi β mempunyai fungsi jarak atau disebut dengan π, dimana jarak π (π₯, π¦) = |π₯ β π¦| dengan setiap pasangan titik π₯, π¦ β β (Kreyszig, 1978:2-3).
Definisi 2.1.1
Ruang metrik (π, π), dimana π merupakan himpunan dan π merupakan metrik di π (fungsi jarak π) yaitu fungsi yang didefinisikan pada π Γπ untuk setiap π₯, π¦, π§ β π, sehingga diperoleh
1. π(π₯, π¦) β₯ 0 (π adalah bernilai real, terbatas, dan
tidak negatif)
2. π(π₯, π¦) = 0 β π₯ = π¦
3. π(π₯, π¦) = π(π¦, π₯) (simetri)
4. π(π₯, π¦) β€ π(π₯, π§) + π(π§, π¦) (ketaksamaan
segitiga) (Kreyszig, 1978:3).
Contoh
Didefinisikan fungsi π: β2 Γ β2 β β yaitu
π(π, π) = β(π₯1 β π¦1)2 + (π₯2 β π¦2)2
dengan π = (π₯1, π₯2) dan π = (π¦1, π¦2). Tunjukkan
bahwa fungsi π adalah metrik!
Definisi 2.1.2 (Persekitaran)
Misalkan (π, π) adalah ruang metrik, maka untuk suatu ν > 0, persekitaran titik di π₯0 β π merupakan himpunan
π£π(π₯0) = {π₯ β π: π(π₯0, π₯) < ν} (Sherbert dan
Bartle, 2000:329).
2. Himpunan Terbuka dan Himpunan Tertutup
Definisi 2.2.1
Misalkan (π, π) adalah ruang metrik, untuk sebarang π₯ β π dan setiap π > 0, himpunan-himpunan
1. π΅π₯(π) = (π¦ β π β π(π₯, π¦) < π) disebut bola
terbuka
2. π΅π₯(π) = (π¦ β π β π(π₯, π¦) β€ π) disebut bola
tertutup (Rynne dan Youngson, 2008:13).
Contoh
a. Diketahui ruang metrik (π, π) dengan metrik π(π₯, π¦) = |π₯ β π¦|
b. π΅(0,1) = (π¦ β π β β 1 < π¦ < 1) disebut bola terbuka berpusat di 0 dengan jari-jari 1 pada ruang metrik (π, π).
c. Diketahui ruang metrik (π, π) dengan metrik π(π₯, π¦) = |π₯ β π¦|
d. π΅(0,1) = (π¦ β π β β 1 β€ π¦ β€ 1) disebut bola tertutup berpusat di 0 dengan jari-jari 1 pada ruang metrik (π, π).
Definisi 2.2.2 (Titik Interior)
Titik π disebut suatu titik interior himpunan πΈ jika terdapat suatu persekitaran dari π yang merupakan subset dari πΈ (Soemantri, 1988).
Definisi 2.2.3 (Himpunan Terbuka)
Himpunan πΈ disebut himpunan terbuka jika setiap anggotanya merupakan titik interior himpunan πΈ (Soemantri, 1988).
Definisi 2.2.4 (Titik Limit)
Misalkan π΄ β β, suatu titik π β β disebut titik limit jika untuk setiap πΏ > 0 terdapat paling sedikit satu titik π₯ β π΄, π₯ β π sedemikian sehingga |π₯ β π| < πΏ (Bartle dan Sherbert, 2000:97).
Menurut Soemantri (1988) titik π β π disebut titik limit himpunan πΈ subset π, bila setiap sekitar titik π memuat paling sedikit satu titik π β π dan π β π.
Definisi 2.2.5 (Himpunan Tertutup)
Himpunan πΈ disebut tertutup jika semua titik limitnya termuat di dalam πΈ (Soemantri, 1988).
Definisi 2.2.6 (Himpunan Terbatas)
Himpunan πΈ dalam ruang metrik (π) disebut terbatas jika terdapat titik π β π dan bilangan π > 0 sehingga untuk setiap π₯ β π, maka jarak π(π, π₯) β€ π (Soemantri, 1988).
3. Kekonvergenan dan Kelengkapan
Definisi 2.3.1 (Barisan Terbatas)
Barisan β¨π₯πβ© di ruang metrik π = (π, π)
disebut barisan terbatas jika daerah jangkauan
(range) dari barisan tersebut merupakan himpunan
bagian terbatas di π (Soemantri, 1988).
Amanatul Husnia, Hairur Rahman
118 Volume 3 No. 2 Mei 2014
Definisi 2.3.2 (Barisan Konvergen)
Barisan β¨π₯πβ© di ruang metrik π = (π, π) dikatakan konvergen jika ada π₯ β π, maka
limπββ
π(π₯π , π₯) = 0
π₯ disebut limit dari β¨π₯πβ© dapat juga ditulis dengan
limπββ
π₯π = π₯
atau
π₯π β π₯
Barisan β¨π₯πβ© yang tidak konvergen disebut divergen
(Kreyszig, 1978:25).
Teorema 2.3.3
Jika barisan β¨π₯πβ© konvergen di dalam ruang metrik (π, π), maka barisan β¨π₯πβ© tersebut terbatas dan limit barisan β¨π₯πβ© tunggal.
Definisi 2.3.4 (Barisan Cauchy)
Barisan β¨π₯πβ© di dalam ruang metrik (π, π) dikatakan barisan Cauchy jika untuk setiap ν > 0, terdapat π β β sedemikian sehingga untuk semua π, π > π berlaku
π(π₯π , π₯π) < ν (Ghozali, 2010:12).
Teorema 2.3.5
Setiap barisan yang konvergen dalam suatu metrik (π, π) merupakan barisan Cauchy
Definisi 2.3.6 (Ruang Metrik Lengkap)
Ruang metrik (π, π) dikatakan lengkap jika setiap barisan Cauchy konvergen di dalam π (Sherbet dan Bartle, 2000:330).
4. Ruang Vektor Bernorma
Definisi 2.4.1 (Ruang Vektor Bernorma)
Ruang vektor bernorma adalah ruang vektor π dengan pemetaan β₯ β₯: π β π +, dengan sifat-sifat
1. β₯ π₯ β₯= 0 jika dan hanya jika π₯ = 0 (π₯ β π)
2. βπΌπ₯β = |πΌ|βπ₯β untuk setiap π₯ β π dan skalar πΌ
3. βπ₯ + π¦β β€ βπ₯β + βπ¦β untuk setiap π₯, π¦ β π
Ruang vektor bernorma ini dinotasikan dengan (π₯, β₯ β₯) dan pemetaan ini β₯ β₯ disebut βnormaβ pada ruang (Cohen, 2003:174).
Contoh
Misalkan π merupakan ruang vektor berdimensi hingga di π½ dengan basis {π1, π2, π3, β¦ , ππ} yang mana π₯ β π dapat juga ditulis dengan π₯ = β ππππ
ππ=1 dengan
π1, π2, π3, β¦ , ππ β π½. Maka fungsi βπ₯β: π β β didefinisikan dengan
βπ₯β = (β|ππ|2)
12
π
π=1
Merupakan norma di π
5. Kekonvergenan dalam Ruang Bernorma
Menurut Cohen (2003:178) dalam mempertimbangkan ruang bernorma menjadi ruang metrik dapat diketahui dengan satu cara. Kemudian gagasan yang terkait pada kekonvergenan barisan di ruang metrik dapat dipindahkan ke ruang bernorma. Oleh sebab itu, dapat disimpulkan dengan barisan β¨π₯πβ© di ruang norma konvergen jika terdapat bilangan ν > 0 dan terdapat elemen π₯ β π serta terdapat bilangan bulat positif π seperti
βπ₯π β π₯β < ν dimana π > π
dapat ditulis dengan π₯π β π₯ atau ππππ₯π= π₯ dan
π₯ disebut limit pada barisan.
Definisi 2.5.1 (Ruang Banach)
Setiap ruang vektor bernorma yang lengkap disebut ruang Banach (Cohen, 2003:178).
6. Teorema Titik Tetap
Definisi 2.6.1
Misalkan π merupakan pemetaan dari ruang metrik (π, π) ke dalam dirinya sendiri
a. Sebuah titik π₯ β π sedemikian sehingga π(π₯) =π₯ maka π₯ disebut titik tetap pada pemetaan π
b. Jika ada πΌ, dengan 0 < πΌ < 1, maka untuk setiap
pasangan dari titik π₯, π¦ β π diperoleh
π(ππ₯ , ππ¦) β€ πΌ π(π₯, π¦)
Kemudian π disebut pemetaan kontraksi atau kontraksi sederhana, sedangkan πΌ disebut kontraksi konstan di π (Cohen, 2003:116).
Teorema 2.6.2
Jika π adalah pemetaan kontraksi di ruang metrik π maka π kontinu di π.
Teorema 2.6.3 (Teorema Titik Tetap/ Titik Tetap
Banach)
Setiap pemetaan kontraksi di ruang metrik lengkap hanya mempunyai titik tetap tunggal.
7. Pemetaan
Definisi 2.7.1 (Pemetaan)
Misalkan π dan π¦ adalah ruang metrik. Pemetaan π dari himpunan π ke himpunan π dinotasikan dengan π: π β π adalah suatu
Teorema Titik Tetap di Ruang Banach
Cauchy β ISSN: 2086-0382 119
pengawanan setiap π₯ β π dikawankan secara tunggal dengan π¦ β π dan ditulis π¦ = π(π₯).
Definisi 2.7.2 (Pemetaan Kontinu)
Misalkan π = (π, π1) dan π = (π, π2) adalah ruang metrik. Pemetaan π: π β π dikatakan kontinu di titik π₯0 β π jika untuk setiap ν > 0 terdapat πΏ > 0 sedemikian sehingga untuk setiap π₯ β π dengan π1(π₯, π₯0) < πΏ maka berlaku
π2(π(π₯), π(π₯0)) < ν
Pemetaan π dikatakan kontinu pada π jika π kontinu di setiap titik anggota π.
Definisi 2.7.3 (Komposisi Pemetaan)
Misalkan π΄, π΅ dan πΆ adalah ruang metrik. jika π: π΄ β π΅ dan π: π΅ β πΆ maka komposisi pemetaan πππ merupakan pemetaan dari π΄ β πΆ yang didefinisikan
(πππ)(π₯) = π(π(π₯)) untuk setiap π₯ β π
Komposisi (πππ)(π₯) = π(π(π₯)) = π2(π₯) dan jika
komposisi sebanyak π suku, maka (ππππππ β¦ ππ) = ππ(π₯)
Definisi 2.7.4 (Pemetaan Kontraksi)
Misalkan (π, π) merupakan ruang metrik. Pemetaan π: π β π dikatakan pemetaan kontraksi, jika ada konstanta π dengan 0 β€ π β€ 1 berlaku
π(π(π₯)π(π¦)) β€ ππ(π₯, π¦)
untuk setiap π₯, π¦ β π
PEMBAHASAN
Dalam matematika teorema titik tetap Banach juga dikenal sebagai teorema pemetaan kontraksi yang merupakan alat penting dalam teori ruang metrik, untuk menjamin keberadaan dan ketunggalan titik tetap pemetaan diri pada ruang metrik, dan menyediakan metode kontraksi untuk menemukan titik tetap (Banach, 1992:133).
Teorema 3.1.2
Misalkan π adalah pemetaan kontraksi pada ruang metrik (π, π) ke dalam dirinya sendiri. Maka ππ adalah pemetaan Kannan, untuk setiap π adalah bilangan bulat positif (Kannan, 1969:71-78).
Bukti
Menurut definisi pemetaan kontraksi (definisi 2.7.4) bahwa misalkan (π, π) merupakan ruang metrik. Pemetaan π: π β π dikatakan pemetaan kontraksi, jika ada konstanta π dengan 0 β€ π β€ 1 sehingga
π(π(π₯)π(π¦)) β€ ππ(π₯, π¦)
untuk setiap π₯, π¦ β π.
Sekarang akan ditunjukkan bahwa ππ adalah pemetaan Kannan, jika ada konstanta π dengan 0 β€ π β€ 1 sehingga
π(ππ(π₯), ππ(π¦)) β€ π[π(π(π₯), π₯) + π(π(π¦), π¦)]
untuk setiap π₯, π¦ β π.
π(ππ(π₯), ππ(π¦)) = π(πππβ1(π₯), πππβ1(π¦))
β€ ππ(ππβ1(π₯), ππβ1(π¦))
= ππ(πππβ2(π₯), πππβ2(π¦))
β€ π2π(ππβ2(π₯), ππβ2(π¦))
Sehingga diperoleh
π(ππ(π₯), ππ(π¦)) β€ πππ(π₯, π¦) (3.1)
untuk setiap π₯, π¦ β π.
Karena π(π₯, π¦) β€ π(ππ(π₯), π₯) +
π(ππ(π₯), ππ(π¦)) + π(ππ(π¦), π¦)
Dengan menggunakan ketaksamaan (3.1), maka diperoleh
π(ππ(π₯), ππ(π¦)) β€ πππ(π₯, π¦)
β€ ππ[π(ππ(π₯), π₯) +
π(ππ(π₯), ππ(π¦)) +
π(ππ(π¦), π¦)] = πππ(ππ(π₯), π₯) +
πππ(ππ(π₯), ππ(π¦)) +
πππ(ππ(π¦), π¦)
Sehingga mengakibatkan
(1 β ππ)π(ππ(π₯), ππ(π¦)) β€ ππ[π(ππ(π₯), π₯) +
π(ππ(π¦), π¦)]
π(ππ(π₯), ππ(π¦)) β€ππ
(1βππ)[π(ππ(π₯), π₯) +
π(ππ(π¦), π¦)] (3.2)
untuk setiap π₯, π¦ β π.
Karena π < 1, maka dapat diambil π
sebarang dengan ππ <1
3, sehingga
(1 β ππ) > 1 β1
3
(1 β ππ) >2
3 atau
1
(1βππ)<
3
2
Oleh karena itu ππ
(1βππ)<
1
2
Dimana ππ
(1βππ)= π, dengan menggunakan
ketaksamaan (3.2) diperoleh
π(ππ(π₯), ππ(π¦)) β€ [π(ππ(π₯), π₯) + π(ππ(π¦), π¦)]
untuk setiap π₯, π¦ β π, dimana 0 β€ π β€1
2.
Sehingga terbukti bahwa ππ adalah pemetaan Kannan.
Contoh
Amanatul Husnia, Hairur Rahman
120 Volume 3 No. 2 Mei 2014
Misalkan π adalah himpunan bilangan real dengan β2 < π₯ < 2 dan didefinisikan metrik dengan
π(π₯, π¦) = |π₯ β π¦|
π adalah pemetaan pada ruang metrik (π, π) ke dalam dirinya sendiri dengan
ππ₯ = {β
π₯
4, |π₯| β€ 1
π₯
4, 1 < |π₯| < 2
Maka
π(ππ₯, ππ¦) = |ππ₯ β ππ¦|
β€ |ππ₯| + |ππ¦| = |π₯
4| + |
π₯
4|
Sehingga mengakibatkan
π(ππ₯, ππ¦) β€1
4|π₯| + |π¦| (3.3)
untuk setiap π₯, π¦ β π.
π(π₯, ππ₯) = |π₯ β ππ₯| β₯ |π₯| β |ππ₯| dan
π(π¦, ππ¦) = |π¦ β ππ¦| β₯ |π¦| β |ππ¦|
Sehingga
π(π₯, ππ₯) + π(π¦, ππ¦) β₯ |π₯| β |ππ₯| + |π¦| β |ππ¦|
= |π₯| β |π₯
4| + |π¦| β |
π¦
4|
= |π₯| (1 β1
4) + |π¦|(1 β
1
4)
= |π₯| (3
4) + |π¦|(
3
4)
=3
4(|π₯| + |π¦|)
Maka
π(π₯, ππ₯) + π(π¦, ππ¦) β₯3
4(|π₯| + |π¦|) (3.4)
Oleh karena itu, dengan menggunakan ketaksamaan (3.3) dan (3.4) diperoleh
π(ππ₯, ππ¦) β€1
3[π(π₯, ππ₯) + π(π¦, ππ¦)]
untuk setiap π₯, π¦ β π.
Jadi, terbukti bahwa π adalah pemetaan Kannan.
Dari teorema dan contoh di atas akan ditunjukkan bahwa pemetaan Kannan mempunyai titik tetap yang tunggal.
Pertama akan ditunjukkan bahwa ruang metrik (π, π) adalah lengkap, dapat diketahui bahwa kondisi pemetaan Kannan adalah
π(π(π₯), π(π¦)) β€ π[π(π(π₯), π₯) + π(π(π¦), π¦)] (3.5)
untuk setiap π₯, π¦ β π, dimana 0 β€ π <1
2.
π(ππ(π₯), ππ+1(π₯)) = π(πππβ1(π₯), πππ(π₯))
Dengan menggunakan ketaksamaan (3.5), diperoleh
π(ππ(π₯), ππ+1(π₯))
β€ π[π(ππβ1(π₯), ππ(π₯))
+ π(ππ(π₯), ππ+1(π₯))]
Mengakibatkan
(1 β π)π(ππ(π₯), ππ+1(π₯)) β€ ππ(ππβ1(π₯), ππ(π₯))
π(ππ(π₯), ππ+1(π₯)) β€π
(1βπ)π(ππβ1(π₯), ππ(π₯))
(3.6)
Dengan mengubah π menjadi π β 1 dari persamaan di atas, diperoleh
π(ππβ1(π₯), ππ(π₯))
β€π
(1 β π)π(ππβ2(π₯), ππβ1(π₯))
Maka dari ketaksamaan (3.6), diperoleh
π(ππ(π₯), ππ+1(π₯)) β€
π
(1βπ)
π
(1βπ)π(ππβ2(π₯), ππβ1(π₯))
= (π
(1βπ))2π(ππβ2(π₯), ππβ1(π₯))
β€ (π
(1βπ))ππ((π₯), π(π₯))
untuk setiap π₯, π¦ β π, dimana 0 β€ π <1
2.
π(ππ(π₯), ππ+π(π₯)) β€ π(ππ(π₯), ππ+(π₯)) +
π(ππ+1(π₯), ππ+2(π₯)) + β― +
π(ππ+πβ1(π₯), ππ+π(π₯))
Dengan menggunakan ketaksamaan segitiga, diperoleh
π(ππ(π₯), ππ+π(π₯)) β€ (π
(1βπ))
π
π((π₯), π(π₯))+β€
(π
(1βπ))
π+1
π((π₯), π(π₯)) +
β¦ +β€
(π
(1βπ))π+πβ1π((π₯), π(π₯))
= (π
(1βπ))
π
[1 + (π
(1βπ)) + (
π
(1βπ))
2
+ β― +
(π
(1βπ))
π+πβ1
] π((π₯), π(π₯))
β€ (π
(1βπ))
π
[1 + (π
(1βπ)) + (
π
(1βπ))
2
+ β― +
β] π((π₯), π(π₯))
Dengan rasio π
(1βπ)< 1, maka barisan tersebut
konvergen yaitu konvergen terhadap 1
1β(π
(1βπ)).
Maka
1 + (π
(1 β π)) + (
π
(1 β π))
2
+ β― + β
=1
1 β (π
(1 β π))=
1 β π
1 β 2π
Dari persamaan di atas diperoleh
Teorema Titik Tetap di Ruang Banach
Cauchy β ISSN: 2086-0382 121
π(ππ(π₯), ππ+π(π₯))
β€ (π
(1 β π))
π
(1 β π
1 β 2π) π((π₯), π(π₯))
Karena barisan β¨ππ(π₯)β© adalah barisan Cauchy yang konvergen maka π₯ mempunyai titik tetap tunggal yaitu π(π₯) = π₯.
Teorema 3.1.4
Misalkan π₯, π¦ β π dan πΌ, π½ β [0,1
2] dengan
π(π(π₯), π(π¦)) β€ πΌ[π(π(π₯), π₯) + π(π(π¦), π¦)
+ π½π(π₯, π¦)]
Maka π mempunyai titik tetap tunggal di π (Fisher, 1976:193-194).
Bukti
Ambil titik π₯0 β π dan β¨π₯πβ© barisan di π didefinisikan dengan
π₯π = ππ₯πβ1, π β π
Maka
π₯0, π₯1 = π(π₯0), π₯2 = π(π₯1), π₯3 = π(π₯2), β¦ , π₯πβ1 = π(π₯πβ2), π₯π = π(π₯πβ1)
Akan ditunjukkan bahwa β¨π₯πβ© adalah barisan Cauchy
π(π₯1, π₯2) = π(π(π₯0), π(π₯1))
β€ πΌ[π(π(π₯0), π₯0) + π(π(π₯1), π₯1)] + π½π(π₯0, π₯1) =πΌ[π(π₯1, π₯0) + π(π₯2, π₯1)] + π½π(π₯0, π₯1)
= πΌ[π(π₯1, π₯2) + π(π₯0, π₯1)] + π½π(π₯0, π₯1)
β€πΌ
1βπΌπ(π₯0, π₯1) + π½π(π₯0, π₯1)
π(π₯2, π₯3) = π(π(π₯1), π(π₯2))
β€ πΌ[π(π(π₯1), π₯1) + π(π(π₯2), π₯2)] + π½π(π₯1, π₯2)
= πΌ[π(π₯2, π₯1) + π(π₯3, π₯2)] + π½π(π₯1, π₯2)
= πΌ[π(π₯2, π₯3) + π(π₯1, π₯2)] + π½π(π₯1, π₯2)
β€πΌ
1βπΌπ(π₯1, π₯2) + π½π(π₯1, π₯2)
β€ (πΌ
1βπΌ)2π(π₯0, π₯1) + π½2π(π₯0, π₯1)
π(π₯3, π₯4) = π(π(π₯2), π(π₯3))
β€ πΌ[π(π(π₯2), π₯2) + π(π(π₯3), π₯3)] + π½π(π₯2, π₯3)
= πΌ[π(π₯3, π₯2) + π(π₯4, π₯3)] + π½π(π₯2, π₯3)
= πΌ[π(π₯3, π₯4) + π(π₯2, π₯3)] + π½π(π₯2, π₯3)
β€πΌ
1βπΌπ(π₯2, π₯3) + π½π(π₯2, π₯3)
β€ (πΌ
1βπΌ)3π(π₯0, π₯1) + π½3π(π₯0, π₯1)
.
.
.
π(π₯π , π₯πβ1) = π(π(π₯π), π(π₯πβ1))
β€ πΌ[π(π(π₯π), π₯π) + π(π(π₯πβ1), π₯πβ1)] + π½π(π₯π, π₯πβ1)
= πΌ[π(π₯π, π₯πβ1) + π(π₯π+1, π₯π)] + π½π(π₯π , π₯πβ1)
= πΌ[π(π₯πβ1, π₯π+1) + π(π₯π , π₯πβ1)] + π½π(π₯π , π₯πβ1)
β€πΌ
1βπΌπ(π₯π , π₯πβ1) + π½π(π₯π , π₯πβ1)
β€ (πΌ
1βπΌ)ππ(π₯π, π₯πβ1) + π½ππ(π₯π, π₯πβ1)
Secara umum diperoleh jika π merupakan bilangan bulat positif maka berlaku
π(π₯π , π₯π+1) β€ (πΌ
1βπΌ)ππ(π₯0, π₯1) + π½ππ(π₯0, π₯1)
= (π)ππ(π₯0, π₯1) + πππ(π₯0, π₯1) (3.7)
dengan π =πΌ
1βπΌ dan π = π½.
Karena πΌ, π½ β [0,1
2], jelas bahwa 0 < π < 1 dan
0 < π < 1
Ambil ν > 0 dan ambil bilangan π, π β β dengan sifat ketaksamaan segitiga pada metrik dan jumlah dari barisan geometri, didapatkan untuk π > π
π(π₯π , π₯π) β€ π(π₯π , π₯π+1) + π(π₯π+1, π₯π+2) + π(π₯π+2, π₯π+3) + β― + π(π₯πβ1, π₯π) β€(ππ + ππ+1 + ππ+2 + ππ+3 + β― + ππβ1)π(π₯0, π₯1) + (ππ + ππ+1 + ππ+2 + ππ+3 + β― + ππβ1)π(π₯0, π₯1)
β€ ππ(1 + π + π2 + π3 + β― + ππβπβ1)π(π₯0, π₯1) +
ππ(1 + π + π2 + π3 + β― + ππβπβ1) π(π₯0, π₯1) =ππ β πππβπβ1
π=0 π(π₯0, π₯1) + ππ β πππβπβ1π=0
π(π₯0, π₯1)
= ππ β ππβπ=0 π(π₯0, π₯1) + ππ β ππβ
π=0 π(π₯0, π₯1)
(3.8)
Karena 0 < π < 1 dan 0 < π < 1, maka deret β ππβ
π=0 pada ketaksamaan (3.8) konvergen
ke 1
1βπ dan deret β ππβ
π=0 konvergen ke 1
1βπ
Sehingga diperoleh
π(π₯π , π₯π) β€ππ
1 β ππ(π₯0, π₯1) +
ππ
1 β ππ(π₯0, π₯1)
untuk π > π > π.
Karena ππππββππ = 0 dan ππππββππ = 0, maka
ππππββπ(π₯π, π₯π) = 0
maka β¨π₯πβ© adalah barisan Cauchy.
Karena π lengkap, maka β¨π₯πβ© konvergen.
Katakan π₯π β π₯. Artinya sedemikian sehingga jika π β β, untuk setiap π β₯ π berlaku
π(π₯π , π₯) <π
2
Akan ditunjukkan bahwa π₯ adalah titik tetap dari pemetaan π. Dari sifat ketaksamaan segitiga dan prinsip Fisher, didapatkan
π(π₯, π(π₯)) β€ π(π₯, π₯π) + π(π₯π , π(π₯))
= π(π₯, π₯π) + (π(π₯πβ1), π(π₯))
β€ π(π₯, π₯π) + πΌ[π(π(π₯πβ1), π₯πβ1) + π(π(π₯), π₯)] + π½π(π₯πβ1, π₯)
Karena π₯π β π₯ diperoleh ketaksamaan
π(π₯, π(π₯)) <π
2+ πΌ[π(π(π₯πβ1), π₯πβ1) +
π(π(π₯), π₯)] + π½π(π₯πβ1, π₯)
Amanatul Husnia, Hairur Rahman
122 Volume 3 No. 2 Mei 2014
<π
2(1βπΌ)+ (
πΌ
1βπΌ) π(π(π₯πβ1), π₯πβ1) + π½π(π₯πβ1, π₯)
=π
2(1βπΌ)+ (
πΌ
1βπΌ) π(π₯πβ1, π₯π) + π½π(π₯πβ1, π₯)
Menurut ketaksamaan (3.8)
π(π₯πβ1, π₯π) β€ (πΌ
1 β πΌ)
πβ1
π(π₯0, π₯1)
+ (π½)πβ1 π(π₯0, π₯1)
Sehingga diperoleh
π β€π
2(1βπΌ)+ (
πΌ
1βπΌ) (
πΌ
1βπΌ)
πβ1
π(π₯0, π₯1) +
(π½
1βπ½)
πβ1
π(π₯0, π₯1) + π½π(π₯πβ1, π₯)
=π
2(1βπΌ)+ (
πΌ
1βπΌ)
π
π(π₯0, π₯1) + (π½
1βπ½)
π
π(π₯0, π₯1)
=π
2(1βπΌ)+ ππ π(π₯0, π₯1) + (π)πβ1 π(π₯0, π₯1)
Untuk π β β, maka ππ β 0 dan ππ β 0, sehingga
π(π₯, π(π₯)) <ν
2(1 β πΌ)
Karena ν sebarang, maka π(π₯, π(π₯)) = 0
atau π(π₯) = π₯, dengan demikian terbukti bahwa pemetaan Fisher pada π yang lengkap mempunyai titik tetap tunggal.
Contoh
Misalkan β¨π₯πβ© adalah barisan Cauchy di π2
Akan ditunjukkan bahwa barisan di π2 tersebut konvergen, untuk setiap π β π dan π₯π =(π₯π1, π₯π2, π₯π3, β¦ ) yang telah didefinisikan pada ruang π2 atau β |π₯ππ|2β
π=1 konvergen terhadap π.
Dimana β¨π₯πβ© adalah barisan Cauchy, untuk setiap
ν > 0 terdapat bilangan bulat positif π, sehingga
ββ|π₯ππ β π₯ππ|2
β
π=1
< ν
dengan π, π > π. Dengan menggunakan definisi π2, diperoleh
β |π₯ππ β π₯ππ|2βπ=1 < ν2, π, π > π
sehingga
|π₯ππ β π₯ππ| < ν, π, π > π
untuk setiap π β π. Maka untuk setiap π, (π₯ππ) adalah barisan Cauchy di πΆ sehingga ππππββπ₯ππ ada ketika πΆ merupakan ruang metrik lengkap.
ππππββπ₯ππ dimana π₯ = (π₯1, π₯2, π₯3, β¦ )
Akan ditunjukkan bahwa π₯ β π2 dan β¨π₯πβ© konvergen terhadap π₯. Maka π2 dapat dikatakan lengkap
β |π₯ππ β π₯ππ|2ππ=1 < ν2, π, π > π
Dapat diperhatikan bahwa π = 1,2,3, β¦
Maka π merupakan titik dan ππππββπ₯ππ = π₯ Β· π
β |π₯ππ β π₯ Β· π|2ππ=1 < ν2, π > π
Ambil titik
(π1, π2, π3, β¦ , ππ), (π1, π2, π3, β¦ , ππ), (π1, π2, π3, β¦ , ππ)β πΆπ
dengan menggunakan ketaksamaan segitiga di πΆπ, diperoleh
ββ|ππ β ππ|2
π
π=1
β€ ββ|ππ β ππ|2
π
π=1
+ ββ|ππ β ππ|2
π
π=1
Misalkan ππ = π₯ Β· π, ππ = π₯ππ dan ππ = 0, sehingga
diperoleh
ββ|π₯ Β· π|2
π
π=1
β€ ββ|π₯ Β· π β π₯ππ|2
π
π=1
+ ββ|π₯ππ|2
π
π=1
β€ ν + ββ |π₯ππ|2ππ=1 β€ ν + ββ |π₯ππ|2β
π=1
Jika π > π dan konvergen terhadap β |π₯ππ|2βπ=1 ,
tentu π₯ β π2. Oleh karena itu, dapat dilihat pada ketaksamaan segitiga sebelumnya
ββ|π₯ππ β π₯ Β· π|2
β
π=1
< ν, π > π
Yang mengakibatkan bahwa barisan β¨π₯πβ© konvergen terhadap π₯ dan π2 adalah lengkap.
PENUTUP
Dari pembahasan pada bab sebelumnya, dapat ditarik kesimpulan bahwa teorema titik tetap Banach juga dikenal sebagai teorema pemetaan kontraksi, sebelum mencari ketunggalan titik tetap dapat dicari kelengkapan ruang metrik, dikatakan lengkap jika suatu barisan Cauchy tersebut konvergen, sehingga dapat dibuktikan bahwa teorema titik tetap di ruang Banach mempunyai titik tetap yang tunggal. Dalam membuktikan teorema titik tetap di ruang Banach, diperlukan suatu teorema yaitu:
Pemetaan Kannan π(π(π₯), π(π¦)) β€π[π(π(π₯), π₯) + π(π(π¦), π¦)] untuk setiap π₯, π¦ β π
dan πΌ β [0,1
2], maka π mempunyai titik tetap tunggal
di π. Dan Pemetaan Fisher π(π(π₯), π(π¦)) β€
πΌ[π(π(π₯), π₯) + π(π(π¦), π¦) + π½π(π₯, π¦)] untuk
setiap π₯, π¦ β π dan πΌ, π½ β [0,1
2], maka π mempunyai
titik tetap tunggal di π.
Teorema Titik Tetap di Ruang Banach
Cauchy β ISSN: 2086-0382 123
1. Saran
Dalam penulisan skripsi ini, penulis menggunakan pemetaan Kannan dan pemetaan Fisher untuk membuktikan titik tetap di ruang Banach. Oleh karena itu penulis memberikan saran
kepada pembaca yang tertarik pada permasalahan ini
supaya mengembangkannya dengan menggunakan
pada fungsi ruang yang lainnya
BIBLIOGRAPHY
[1] Abdussakir. 2009. Pentingnya Matematika
dalam Pemikiran Islam: State Islamic
University of Malang. (Online:
http://abdussakir.wordpress.com/artikel/
diakses 20 Desember 2013).
[2] Al-Mahali, M.J.A. dan As-Suyuthi, A.J.A.. 2010.
Tafsir Jalalain 1. Surabaya: Bina Ilmu
Surabaya
[3] Al-Maraghi, M.A.. 1993. Tafsir Al-Maraghi 2.
Mesir: Musthafa Al-Babi Al-Halabi
[4] Banach, S.. 1992. Sur Les Operations Dans Les
Ensembles Abstraits Et Leur Application Aux
Equations Integrales, Fund. Math. 133-181.
[5] Bartle, R.G. and Sherbert, D.R.. (2000).
Introduction to Real Analysis, Third Edition.
New York: John Wiley and Sons.
[6] Cohen, G.. 2003. A Course in Modern Analysis
and Its Applications. United States of America:
Cambridge University Press.
[7] Fisher. 1976. A fixed Point Theorem for
Compact Metric space. Publ. Inst. Math. 25,
193-194.
[8] Ghozali, M.S.. 2010. Analisis Real 1. Bandung.
Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan
[9] Kreyzig, E.. 1989. Introductory Functional
Analysis with Application. United States of
America.
[10] Kannan, R.. 1969. Some Result on Fixed Point
Theorems, Bull. Calcutta. Math. Soc, Vol. 60,
71-78.
[11] Nasoetion, A.H.. 1980. Landasan Matematika.
Jakarta: PT. Bharatara Karya Aksara.
[12] Quth, S.. 2002. Tafsir Fi Dzilalil Qurβan jilid
24. Jakarta: Bina Insani
[13] Rynne, B.P. and Youngson, M.A.. 2008. Linear
Functional Analysis. New York: Springger-
Verlag.
[14] Soemantri. 1988. Analisis Real 1. Jakarta:
Universitas Terbuka
[15] Wijaya, B.T.. 2011. Spectrum Detour Graf m-
Partisi Komplit. Skripsi S1. Malang: UIN
Maulana Malik Ibrahim Malang.
[16] Wilde, F.I.. 2003. Topological Vector Space.
London.