bab iii teorema gleason dan t-desain - β¦ suatu grup hingga π’ dari matriks-matriks ... teorema...
TRANSCRIPT
13
BAB III
TEOREMA GLEASON DAN t-DESAIN
Dalam subbab 3.1, kita akan mempelajari salah satu sifat penting dari kode swa-dual
genap. Sifat tersebut diberikan oleh Teorema 3.1(Teorema Gleason), Teorema ini secara
mengesankan telah menentukan bentuk pencacah bobot dari sebarang kode swa-dual genap.
Di samping itu, pada subbab 3.2 kita akan mempelajari teori t-desain. Kemudian kita
tunjukan bahwa untuk sebarang kode linier C, jika banyaknya bobot tak nol pada C kurang
dari atau sama dengan jarak minimum pada kode dual πΆβ₯ , maka setiap katakode di C
membentuk t-desain.
Dua hasil yang disebutkan di atas merupakan dua hal penting yang akan digunakan
dalam menentukan batas atas bagi jarak minimum kode swa-dual genap. Penentuan batas atas
tersebut dibahas pada bab IV.
3.1 Teorema Gleason
Teorema 3.1.1 Teorema Gleason(Gleason, 1970). Pencacah bobot sebarang kode swa-dual
genap merupakan polinom dalam π1 π₯,π¦ = π₯8 + 14π₯4π¦4 + π¦8 dan π2 π₯,π¦ =
π₯4π¦4 π₯4 β π¦4 4.
Bukti: Misal πΆ kode swa-dual biner dengan panjang n dan dimensi 2
nk , serta setiap
bobot dari semua kata kode di C merupakan kelipatan 4. Misalkan ,CW x y adalah
pencacah bobot kode swa-dual tersebut, karena C swa-dual ,CW x y = ,C
W x y .
Berdasarkan teorema Mac Williams, ,C
W x y dapat dihitung sebagai berikut :
,C
W x y =2
1
2n
,CW x y x y
14
=2
1
2n
0
nn j j
j
j
A x y x y
=
0 22
n j jn
j
nj
A x y x y
=
0 22 22
n j jn
j jn jj
x y x yA
=1/2 1/2
0 2 2
n j jn
j
j
x y x yA
=0 2 2
n j jn
j
j
x y x yA
= ,2 2
x y x yW
Sehingga diperoleh ,CW x y = ,C
W x y = ,2 2
x y x yW
. (3.1.a)
Kita tinjau ,CW x y berdasarkan definisi pencacah bobot, bentuk ,CW x y dapat
dituliskan sebagai :
,CW x y0
n
n j j
j
j
A x y
; jA banyaknya kata kode berbobot j .
Karena setiap bobot dari semua kata kode di πΆ merupakan kelipatan 4, ,CW x y hanya
memuat pangkat dari 4y . Sehingga ,CW x y dapat kita tulis sebagai :
,CW x y = 0
1n jn j
j
j
A x y
= ,CW x iy , dengan i = 1 . (3.2.b)
Persamaan (3.2.a) menunjukan ,CW x y tidak berubah atau invarian terhadap
transformasi linier 1T :
15
Ganti x dengan 2
x y
Ganti y dengan 2
x y
Atau dalam bentuk matriks 1T : ganti x
y
dengan 1
2
1 1
1 1
x
y
.
Sejalan dengan hal di atas, persamaan (3.2.b) menunjukan bahwa ,CW x y juga
tidak berubah atau invarian terhadap transformasi linier 2T :
Ganti x dengan x
Ganti y dengan iy
Atau dalam bentuk matriks 2T : ganti x
y
dengan 1 0
0 i
x
y
.
Selain hal di atas, ,CW x y
tentulah invarian terhadap sebarang kombinasi
2
1 2 1 1 2 1, , ,....T T T TT T dari transformasi ini. Tidaklah sulit untuk menunjukan bahwa matriks
transformasi 1T dan 2T ketika dikalikan dalam semua kemungkinan, menghasilkan sebuah
grup 1G yang memuat 192 matriks.
Sehingga permasalahan kita adalah mencari semua polinom ,CW x y yang invarian
terhadap setiap matriks dari 1G . Polinom-polinom tersebut kita sebut sebagai polinom-
polinom yang invarian terhadap grup 1G . Akan tetapi, kita tidak akan mendapatkan
jawaban yang tunggal. Karena jika polinom f dan g invarian terhadap setiap matriks dari 1G
, maka cf untuk semua c elemen πΉ, f+g, f-g, dan fg juga invarian terhadap setiap matriks dari
1G . Oleh karena itu, cukuplah kita cari banyaknya polinom homogen yang bebas linier dan
invarian terhadap semua matriks dari 1G untuk setiap derajat d, sebut sebagai da .
16
Salah satu cara sederhana untuk menangani bilangan-bilangan 0 1 2, , ,...a a a adalah
dengan mengombinasikan 0 1 2, , ,...a a a dalam bentuk deret pangkat atau fungsi pembangkit
π π = 2
0 1 2 ...a a a .
Sebaliknya, jika kita tahu Ξ¦ π , kita bisa mendapatkan da . Sampai pada tahap ini kita akan
memanfaatkan teorema Molien berikut ini :
Teorema 3.2.2 Teorema Molien. Untuk suatu grup hingga π’ dari matriks-matriks
kompleks π Γ π, π π diberikan oleh :
π π =1
π’
1
πππ‘ πΌβππ΄ π΄βπ’
dimana π’ adalah banyaknya matriks di π’, det adalah determinan, πΌ adalah matriks
identitas, dan A merupakan matriks-matriks di π’.
Bukti Teorema Molien tidak dituliskan dalam Tugas Akhir ini, demi menjaga
kefokusan Tugas Akhir ini. Bukti Teorema Molien dapat dilihat di [1].
Untuk grup G1 , kita dapatkan ππΊ1 π =
1
192
1
1βπ 2 +1
1βπ2 +1
1βπ 1βππ + β― . Dengan
penghitungan langsung menggunakan program Maple, diperoleh :
ππΊ1 π =
1
1βπ8 1βπ24 (3.2.a)
Persamaan (3.2.a) diekspansi dalam pangkat dari π, menghasilkan :
ππΊ1 π = π0 + π1π + π2π
2 + β―
= 1 + π8 + π16 + π24 + β― 1 + π24 + π48 + β― (3.2.b)
Persamaan (3.2.b) menunjukan ππ sama dengan nol, kecuali untuk d kelipatan 8.
Artinya, derajat dari polinom homogen yang invariant terhadap grup G 1 haruslah
kelipatan 8. Hal ini membuktikan bahwa panjang dari sebarang kode swa-dual genap
merupakan kelipatan 8. Lebih lanjut, ruas kanan dari persamaan ini menunjukan bahwa
terdapat dua buah polinom βbasisβ berderajat 8 dan 24 yang invarian terhadap grup G 1,
sedemikian rupa sehingga semua polinom homogen yang invarian terhadap grup G 1
17
dibentuk dari penjumlahan dan perkalian dua buah polinom berderajat 8 dan 24
tersebut. Sebut dua polinom tersebut sebagai π1 π₯,π¦ dan π2 π₯,π¦ .
Karena, π1 π₯, π¦ berderajat 8 dan π2 π₯, π¦ berderajat 24, akan membangkitkan
polinom-polinom yang invarian terhadap grup G1 berikut :
derajat (d) poliom yang invarian nilai ππ
0 1 1
8 π1 π₯, π¦ 1
16 π1 π₯,π¦ 2 1
24 π1 π₯,π¦ 3 , π2 π₯, π¦ 2
32 π1 π₯, π¦ 4, π1 π₯,π¦ π2 π₯, π¦ 2
40 π1 π₯, π¦ 5 , π1 π₯,π¦ 2 π2 π₯,π¦ 2
48 π1 π₯, π¦ 6 , π1 π₯, π¦ 3 π2 π₯, π¦ ,π2 π₯, π¦ 2 3
β¦ β¦ β¦
Dari tabel di atas semua hasil kali π1 π₯, π¦ π π2 π₯, π¦ π bebas linier, dengan kata
lain π1 π₯,π¦ dan π2 π₯,π¦ bebas aljabar, dan nilai ππ pada tabel di atas merupakan
koefisien-koefisien pada persamaan
1 + π8 + π16 + 2π24 + 2π32 + 2π40 + 3π48 + β―
= 1 + π8 + π16 + π24 + β― 1 + π24 + π48 + β―
=1
1 β π8 1 β π24
yang sama dengan persamaan (3). Jadi, jika kita dapat menemukan polinom homogen
π1 π₯,π¦ berderajat 8 dan π2 π₯,π¦ berderajat 24 yang bebas aljabar, kita dapat
menyatakan bahwa sebarang polinom homogen yang invarian terhadap grup G 1
merupakan polinom dalam π1 π₯,π¦ dan π2 π₯,π¦ .
18
Pandang Ξ = π₯8 + 14π₯4π¦4 + π¦8 suatu polinom homogen berderajat 8, dan
Ξ¦ = π₯4π¦4 π₯4 β π¦4 4 suatu polinom homogen berderajat 24, Ξ dan Ξ¦ bebas aljabar. Pilih
π1 π₯,π¦ = π© dan π2 π₯,π¦ = Ξ¦, maka sebarang polinom homogen yang invarian
terhadap grup G1 merupakan polinom dalam π1 π₯,π¦ dan π2 π₯,π¦ . Pernyataan ini
Setara dengan menyatakan bahwa pencacah bobot dari sebarang kode swa-dual genap
merupakan polinom dalam π1 π₯,π¦ dan π2 π₯,π¦ .
Terbukti. β
3.2 t-desain
Definisi 3.2.1 Misal X merupakan suatu v-himpunan (himpunan dengan v buah elemen),
eleman-elemen di X disebut titik atau varietas. Suatu t(π,π,π)-desain adalah suatu koleksi
dari k-subhimpunan (dinamakan blok) dari X, yang berbeda satu sama lain, dengan sifat
sebarang t-subhimpunan dari X termuat di tepat π buah blok.
Dalam bahasa yang lebih ilustratif, t-desain merupakan koleksi dari komite-komite yang
dibentuk dari v orang, setiap komite beranggotakan k orang, sedemikian rupa sehingga
setiap t orang bekerja bersama-sama dalam tepat π komite.
Contoh 3.2.2 Perhatikan gambar di bawah ini :
Gambar 3.2
Terdapat tujuh titik dan tujuh garis (salah satunya merupakan garis lengkung) pada
gambar di atas . Jika kita mengambil garis-garis sebagai blok, kita peroleh tujuh blok yaitu :
19
013, 045, 062, 165, 412, 463, dan 325. Selanjutnya kita dapatkan 2-(7,3,1) desain, karena
setiap dua buah titik dilewati oleh sebuah garis yang tunggal.
Teorema 3.2.3 Di dalam t-(v,k ,π) desain, misalkan π1,π2,β¦ ,ππ‘ merupakan t titik yang
berbeda, misal ππ adalah banyaknya blok yang memuat π1,π2,β¦ ,ππ, untuk 1 β€ π β€ π‘, dan
misal π0 = π merupakan jumlah keseluruhan dari blok-blok. Maka ππ tidak bergantung pada
pemilihan dari π1,π2,β¦ ,ππ dan diperoleh fakta :
ππ =π π£βπ
π‘βπ
πβππ‘βπ , 1 β€ π β€ π‘
= π π£βπ π£βπβ1 β¦(π£βπ‘+1)
πβπ πβπβ1 β¦(πβπ‘+1)
Hal ini menyebabkan suatu t-(v, k , π) juga merupakan i-(v, k , ππ) untuk 1 β€ π β€ π‘.
Bukti : Teorema benar untuk π = π‘ , karena menurut definisi t-desain, setiap t titik termuat
tepat pada π blok. Kita lanjutkan dengan induksi pada i. Asumsikan ππ+1tidak bergantung
pada pemilihan π1,π2, β¦ ,ππ+1. Untuk setiap blok B yang memuat π1,π2, β¦ ,ππ, dan untuk
setiap titik Q yang berbeda dengan π1,π2, β¦ ,ππ definisikan π π,π΅ = 1 jika π β π΅, dan
π π,π΅ = 0 jika π β π΅. Maka dari hipotesis induksi kita peroleh : π π,π΅ = ππ+1(π£ βπ΅π
π) = π π,π΅ = ππ+1(π β π)π΅π , yang menunjukan bahwa ππ bebas dari pemilihan
π1,π2, β¦ ,ππ ,dan menunjukan fakta pada teorema di atas.
Terbukti. β
Misal v dan w merupakan dua vektor di nF , 1v ... nv v dan 1w ... nw w . Misalkan
I 1; 1... dan I 1; 1... .v j w ij v j n i w i n Vektor w dikatakan menyelimuti v, jika
I Iw u .
Teorema 3.2.4(MacWilliams dan Sloane [1]). Misal [C] adalah matriks Mxn dengan baris-
barisnya merupakan semua katakode di suatu kode C. Sebarang himpunan dari ' 1r d
kolom di [C] memuat setiap r-tuple sebanyak tepat M 2r kali, dan 'd merupakan bilangan
terbesar dalam kasus ini.
Bukti Teorema ini dapat dilihat pada [1].
20
Teorema 3.2.5(MacWilliams dan Sloane [1]). Misal kita pilih sebuah vektor u berbobot t di
nF , '0 t d . Untuk i t , misal ( )
iu adalah banyaknya katakode di C yang berbobot i
yang menyelimuti u. Maka ( )
iu memenuhi persamaan :
1
( )2i
si
t ji
t n tMu
j j
'2, dengan 0 1 .
n t j n tj d t
N j
(3.2.1)
Bukti : Kita gunakan Teorema 3.2.4 untuk menghitung (dalam dua arah) banyaknya
katakode berbobot t+j yang menyelimuti u dan terselimuti oleh sebuah katakode di C.
Terbukti β
Teorema 3.2.6 (Mac Williams dan Sloane[1]) Jika 's d , maka semua katakode berbobot
i di C membentuk ( , , )iit n desain, dengan ( ' )t d s , dan parameter
i diberikan
oleh 1,
. ( ) 1 ( ). ( )
i
s nn
j i
r tj j i i i
n tA S n S r
r tn N r, memberikan ' i d s .
Bukti : Karena vektor 1= 1β¦1 di nF menyelimuti semua semua vektor di nF , kita dapat
menuliskan persamaan (3.2.1) menjadi :
1
2 ( ) .
i
n t jsi
ni
t n tu A
Nj j (3.2.2)
Jika kita dapat memilih t sedemikian rupa sehingga 'd t s , maka kita dapatkan sebanyak
s persamaan yang bebas linier dalam veriabel ( )
iu . Dengan kata lain, ( )
iu
tidak
bergantung pada pemilihan u. Oleh karena itu, semua katakode berbobot i membentuk t-
desain, dengan 't d s . Parameter-paremeter dari desain ini diperoleh sebagai berikut :
Persamaan (3.2.2) memiliki solusi :
0
1( ) ( ) ( ),
i i i i
n t
t i t n tr
n tg t g r A g n t
N r
dengan
21
1,
( )i
s
t jj j i
g x t x
.
Jelas bahwa ( ) ( )i itg x t g x
, sehingga solusi dari persamaan (3.2.2) adalah :
1( ) ( ) ( ),
i i i i
n
i nr t
n tg g r A g n
N r t
atau 1,
. ( ) 1 ( ). ( )
i
s nn
j i
r tj j i i i
n tA S n S r
r tn N r. (3.2.3)
Terbukti β