Contoh Soal Pembahasan Bilangan Kompleks
Bilangan kompleks adalah salah satu topik yang sering muncul dalam pembelajaran matematika di tingkat SMA dan perguruan tinggi. Bilangan ini terdiri dari dua bagian, yaitu bagian real dan bagian imajiner. Menggunakan notasi umum, bilangan kompleks ditulis sebagai \( z = a + bi \), dengan \( a \) dan \( b \) adalah bilangan real, serta \( i \) adalah unit imajiner dengan sifat \( i^2 = -1 \). Artikel ini akan membahas beberapa contoh soal dan pembahasannya mengenai bilangan kompleks, mulai dari operasi dasar hingga aplikasi dalam pemecahan masalah.
Contoh Soal dan Pembahasan
1. Penjumlahan dan Pengurangan Bilangan Kompleks
Soal 1
Misalkan \( z_1 = 3 + 4i \) dan \( z_2 = 1 – 2i \). Hitunglah \( z_1 + z_2 \) dan \( z_1 – z_2 \).
Pembahasan
Untuk menjumlahkan atau mengurangkan bilangan kompleks, kita cukup mengoperasikan bagian real dengan real dan bagian imajiner dengan imajiner.
Penjumlahan:
\[
z_1 + z_2 = (3 + 4i) + (1 – 2i) = (3 + 1) + (4i – 2i) = 4 + 2i
\]
Pengurangan:
\[
z_1 – z_2 = (3 + 4i) – (1 – 2i) = (3 – 1) + (4i + 2i) = 2 + 6i
\]
Jadi, \( z_1 + z_2 = 4 + 2i \) dan \( z_1 – z_2 = 2 + 6i \).
2. Perkalian Bilangan Kompleks
Soal 2
Hitunglah hasil kali dari \( z_1 = 2 + 3i \) dengan \( z_2 = 4 – i \).
Pembahasan
Untuk mengalikan dua bilangan kompleks, kita gunakan sifat distributif aljabar:
\[
z_1 \cdot z_2 = (2 + 3i)(4 – i)
\]
Kita kalikan setiap komponen:
\[
2 \cdot 4 + 2 \cdot (-i) + 3i \cdot 4 + 3i \cdot (-i)
\]
\[
= 8 – 2i + 12i – 3i^2
\]
Karena \( i^2 = -1 \), maka:
\[
= 8 – 2i + 12i + 3 = 11 + 10i
\]
Jadi, hasil kali \( z_1 \cdot z_2 \) adalah \( 11 + 10i \).
3. Pembagian Bilangan Kompleks
Soal 3
Hitunglah hasil bagi dari \( z_1 = 3 + 4i \) dengan \( z_2 = 1 – i \).
Pembahasan
Untuk membagi bilangan kompleks, kita mengalikan pembilang dan penyebut dengan konjugat dari penyebut bilangan kompleks. Konjugat dari \( 1 – i \) adalah \( 1 + i \).
\[
\frac{3 + 4i}{1 – i} \cdot \frac{1 + i}{1 + i} = \frac{(3 + 4i)(1 + i)}{(1 – i)(1 + i)}
\]
Kita hitung penyebut terlebih dahulu:
\[
(1 – i)(1 + i) = 1 – i^2 = 1 – (-1) = 2
\]
Sekarang kita hitung pembilang:
\[
(3 + 4i)(1 + i) = 3 + 3i + 4i + 4i^2 = 3 + 7i + 4(-1) = 3 + 7i – 4 = -1 + 7i
\]
Jadi, hasil bagi:
\[
\frac{-1 + 7i}{2} = -\frac{1}{2} + \frac{7}{2}i
\]
4. Modulus dan Argument Bilangan Kompleks
Soal 4
Tentukan modulus dan argument dari \( z = 1 + i \).
Pembahasan
Modulus dari bilangan kompleks \( z = a + bi \) adalah:
\[
|z| = \sqrt{a^2 + b^2}
\]
Untuk \( z = 1 + i \), kita punya \( a = 1 \) dan \( b = 1 \):
\[
|z| = \sqrt{1^2 + 1^2} = \sqrt{2}
\]
Argument (argumen) dari bilangan kompleks adalah sudut \( \theta \) yang dibentuk dengan sumbu real positif, dihitung dari asal menuju titik \( (a, b) \).
\[
\theta = \tan^{-1}\left(\frac{b}{a}\right)
\]
\[
\theta = \tan^{-1}(1) = \frac{\pi}{4}
\]
Jadi, modulus dari \( z = 1 + i \) adalah \( \sqrt{2} \) dan argumentnya adalah \( \frac{\pi}{4} \).
5. Bentuk Eksponensial dan Polae Euler
Soal 5
Konversikan bilangan kompleks \( z = 1 + i \) ke dalam bentuk eksponensial.
Pembahasan
Bentuk eksponensial dari bilangan kompleks menggunakan rumus Euler:
\[
z = re^{i\theta}
\]
Dengan \( r \) adalah modulus dan \( \theta \) adalah argument. Dari pembahasan sebelumnya, kita tahu bahwa:
\[
r = \sqrt{2}, \quad \theta = \frac{\pi}{4}
\]
Maka, bentuk eksponensialnya adalah:
\[
z = \sqrt{2}e^{i\pi/4}
\]
6. Akar-Akar Bilangan Kompleks
Soal 6
Temukan akar-akar kuadrat dari bilangan kompleks \( z = -1 \).
Pembahasan
Akar-akar kuadrat dari bilangan kompleks dapat ditemukan dengan menggunakan bentuk polar atau eksponensial. Kita ubah \( z = -1 \) ke dalam bentuk eksponensial:
\[
z = -1 = e^{i\pi}
\]
Akar kuadrat dari \( e^{i\pi} \) dapat dituliskan sebagai:
\[
z_k = \sqrt{r} \cdot e^{i(\theta + 2k\pi)/n}
\]
Dengan \( r = 1 \), \( \theta = \pi \), \( n = 2 \), dan \( k = 0, 1 \):
\[
z_0 = e^{i(\pi + 2 \cdot 0 \cdot \pi)/2} = e^{i\pi/2} = i
\]
\[
z_1 = e^{i(\pi + 2 \cdot 1 \cdot \pi)/2} = e^{i3\pi/2} = -i
\]
Jadi, akar-akar kuadrat dari \( -1 \) adalah \( i \) dan \( -i \).
7. Aplikasi dalam Persamaan Quadratic
Soal 7
Selesaikan persamaan kuadrat \( z^2 + 4z + 13 = 0 \).
Pembahasan
Kita dapat menggunakan rumus kuadrat:
\[
z = \frac{-b \pm \sqrt{b^2 – 4ac}}{2a}
\]
Untuk persamaan \( z^2 + 4z + 13 = 0 \):
\[
a = 1, b = 4, c = 13
\]
\[
z = \frac{-4 \pm \sqrt{16 – 52}}{2 \cdot 1} = \frac{-4 \pm \sqrt{-36}}{2} = \frac{-4 \pm 6i}{2} = -2 \pm 3i
\]
Jadi, solusi dari \( z^2 + 4z + 13 = 0 \) adalah \( z = -2 + 3i \) dan \( z = -2 – 3i \).
Kesimpulan
Bilangan kompleks merupakan konsep matematika yang sangat luas dan banyak aplikasinya. Dengan memahami operasi dasar seperti penjumlahan, pengurangan, perkalian, dan pembagian, serta cara menghitung modulus dan argument, kita dapat memecahkan berbagai masalah yang melibatkan bilangan kompleks. Semoga contoh-contoh soal di atas dapat membantu dalam memahami dan menguasai topik ini lebih baik.
