Peran Tokoh-tokoh Matematika dalam Perkembangan Matematika Model
Peran Tokoh-tokoh Matematika dalam
Perkembangan Matematika Model
A. Konsep Matematika Model
Hestenes (1987) mengartikan model sebagai representasi konseptual dari hal yang nyata. Sedangkan, Zarlis (2008) menyatakan model adalah representasi dari suatu objek, benda atau ide-ide dalam bentuk lain dari entitasnya. Abrams (2001) menyatakan bahwa suatu model matematika merepresentasikan suatu situasi secara simbolik, secara grafik, dan atau secara numerik untuk menguatkan suatu aspek yang pokok dan untuk dipelajari dengan mengenyampingkan hal-hal yang kurang penting. Dengan demikian, model matematika tersebut merupakan terjemahan ide atau gagasan matematika dari suatu masalah nyata yang diungkapkan melalui lambang atau simbol matematika dalam pemecahan masalah. Berdasarkan pendapat beberapa ahli, dapat disimpulkan bahwa model matematika adalah representasi suatu fakta/fenomena/masalah dalam bentuk yang lebih sederhana, atau yang mewakili karakteristik umum dari sekelompok bentuk yang ada.
Model matematika merupakan representasi matematika yang dihasilkan dari pemodelan matematika. Pemodelan matematika merupakan suatu proses merepresentasikan dan menjelaskan permasalahan pada dunia nyata ke dalam pernyataan matematis (Widowati & Sutimin, 2007: 1). Pemodelan matematika adalah usaha menggunakan matematika untuk menggali dan menelaah topik-topik di luar matematika (Ledder, 2005, p31). Menurut Lovitt (1991) pemodelan matematika ditandai oleh dua ciri utama, yaitu (1) pemodelan bermula dan berakhir dengan dunia nyata, (2) pemodelan membentuk suatu siklus.
Gambar 1. Pemodelan Matematika oleh Lovvit
Gambar 2. Alur penggunaan Pemodelan Matematika
Masalah konkret yaitu masalah yang ada di dunia nyata. Masalah konkret dapat direpresentasikan ke dalam model matematika melalui abstraksi dan idealisasi Abstraksi yaitu pemilihan beberapa sifat yang dari setiap anggota dalam suatu himpunan dan pemilihannya berdasarkan kebutuhan. Sedangkan, idealisasi yaitu menganggap representasi dari sesuatu sebagai sesuatu yang ideal.
Sistem aksiomatik adalah suatu sistem yang memuat himpunan pernyataan yang tidak perlu dibuktikan. Keberadaan model dapat membuktikan konsistensi suatu sistem aksiomatik. Suatu sistem aksiomatik dikatakan konsisten jika dari aksioma-aksioma yang ada tidak mungkin menghasilkan teorema-teorema yang kontradiksi dengan aksioma-aksioma dengan teorema-teorema yang telah dibuktikan sebelumnya. Model matematika juga dapat digunakan untuk menunjukkan kemandirian sistem aksiomatik. Model matematika yang valid digunakan untuk setiap aksioma yang ada pada sistem adalah saling bebas atau independen. Artinya, setiap aksioma bukanlah turunan (deduksi) dari dari aksioma-aksioma yang lain. Dua model dikatakan isomorfis jika berkorespondensi satu-ke-satu. Sistem aksiomatik yang setiap modelnya isomorfis terhadap model yang lain disebut kategorial, dan sifat kategorial ini memastikan kelengkapan suatu sistem aksiomatik.
Model dibagi menjadi dua jenis yaitu model konkret dan model abstrak.
a. Model konkret yaitu objek yang bentuknya mirip dengan yang sebenarnya dan berhubungan dengan dunia nyata.
b. Model abstrak yaitu model yang didasarkan pada sistem aksiomatik lainnya.
Hilbert (1862-1943) menjelaskan matematika formal didasarkan pada logika formal; mengurangi hubungan matematis untuk pertanyaan keanggotaan himpunan; objek primitif hanya terdefinisi dalam matematika formal adalah himpunan kosong yang berisi apa-apa. Ada klaim bahwa hampir setiap abstraksi matematika yang pernah diselidiki dapat diturunkan sebagai seperangkat aksioma teori himpunan dan hampir setiap bukti matematis yang pernah dibangun dapat dibuat dengan asumsi tidak ada di luar yang aksioma.
Pada tahun 1931, Godel menentang Progam Hilbert dengan teorema ketidaklengkapannya. Kurt Godel membuktikan bahwa tidak ada prosedur keputusan tersebut adalah mungkin untuk setiap sistem logika yang terdiri dari aksioma dan proposisi cukup canggih untuk mencakup jenis masalah matematika yang hebat yang bekerja pada setiap hari; ia menunjukkan bahwa jika kita asumsikan bahwa sistem matematika konsisten, maka kita bisa menunjukkan bahwa itu tidak lengkap.
B. Ontologi dan Epistemologi Matematika Model
1. Ontologi Matematika Model
Kata ontologi berasal dari bahasa Yunani, yaitu On = being, dan Logos = logic. Jadi, ontologi adalah The Theory of Being Qua Being (teori tentang keberadaan sebagai keberadaan). (Amsal Bakhtiar, 2007:132). Sedangkan Jujun S. Suriasamantri mengatakan bahwa ontologi membahas apa yang ingin kita ketahui, seberapa jauh kita ingin tahu, atau dengan perkataan lain suatu pengkajian mengenai yang “ada”. (Jujun S. Suriasumantri, 1985:5). Menurut Marsigit (2015: 95), Ontologi matematika berusaha memahami keseluruhan dan kenyataan matematika, yaitu segala matematika yang mengada. Dalam kaitanya dengan matematika pendekatan ontologis matematika adalah dengan mencari pengertian menurut akar dan dasar terdalam dari kenyataan matematika. Ontologi matematika merupakan segala aspek yang ada dalam ilmu matematika yang bersifat kongkrit. Contoh dari ontologi matematika adalah segala sesuatu yang ada dalam matematika, seperti misalnya definisi, aksioma, dan teorema-teorema.
2. Epistemologi Matematika Model
Epistemologi adalah nama lain dari logika material atau logika mayor yang membahas dari isi pikiran manusia, yaitu pengetahuan. Epistemologi merupakan studi tentang pengetahuan, bagaimana mengetahui benda-benda. Pengetahuan ini berusaha menjawab pertanyaan-pertanyaan seperti: cara manusia memperoleh dan menangkap pengetahuan dan jenis-jenis pengetahuan. Jika kita menerima keberadaan objek matematika abstrak maka epistemologi yang memadai matematika harus menjelaskan bagaimana kita bisa tahu tentang mereka, tentu saja, bukti tampaknya menjadi sumber utama pembenaran bagi proposisi matematika tetapi bukti bergantung pada aksioma dan pertanyaan tentang bagaimana kita bisa tahu kebenaran dari aksioma tetap. Kebenaran/pengetahuan tersebut diperoleh manusia melalui akal dan panca indera dengan berbagai metode, diantaranya; metode induktif, metode deduktif, metode positivisme, metode kontemplatis dan metodedialektis.
Epistemologi matematika yaitu ilmu filsafat untuk mempelajari keaslian atau validitas dari sifat-sifat matematika. Misalnya seperti kebenaran sebuah teorema. Untuk mengetahui benar atau tidaknya sebuah teorema, maka diperlukan adanya pembuktian. Sehingga pembuktian teorema dalam matematika ini merupakan contoh dari epistemologi matematika.
C. David Hilbert
Ahli matematika besar Jerman, David Hilbert (1862-1943) berpandangan bahwa sifat alami matematika adalah sebagai sistem lambang yang formal. Matematika berhubungan dengan sifat-sifat struktural dari simbol-simbol dan proses pengolahan terhadap lambang-lambang itu. Simbol-simbol dianggap mewakili berbagai sasaran yang menjadi objek matematika. Bilangan misalakan dipandang sebagai sifat-sifat struktural yang paling sederhana. Dengan simbol abstrak yang dilepaskan dari suatu sifat tertentu dan hanya bentuknya saja, aliran ini berusaha menyelediki berbagai sistem matematika. Menurut pandangan aliran ini matematika merupakan ilmu tentang sistem-sistem formal.
Hilbert menganjurkan program ambisius untuk merumuskan sistem aksioma dan aturan inferensi yang akan mencakup semua matematika, dari dasar aritmatika ke kalkulus lanjut; mimpinya adalah menyusun metode-metode penalaran matematis dan menempatkannya dalam satu kerangka kerja. Secara khusus terangkum dalam lima pernyataan berikut ini:
(1) Perumusan semua matematika; dengan kata lain semua pernyataan matematis harus ditulis dalam bahasa formal yang tepat, dan dimanipulasi sesuai dengan aturan yang jelas.
(2) Kelengkapan: bukti bahwa semua pernyataan matematika yang benar dapat dibuktikan dalam formalisme.
(3) Konsistensi: bukti bahwa tidak ada kontradiksi yang dapat diperoleh dalam formalisme matematika. Bukti konsistensi ini sebaiknya hanya menggunakan alasan "finitistik" tentang objek matematika terbatas.
(4) Konservasi: bukti bahwa segala hasil tentang "objek nyata" yang diperoleh dengan menggunakan alasan tentang "objek ideal" (seperti set yang tidak terhitung) dapat dibuktikan tanpa menggunakan objek ideal.
(5) Decidability: harus ada algoritma untuk memutuskan kebenaran atau kesalahan pernyataan matematika apa pun.
Sejarah Bilangan
Sejarah matematika tidak lepas dari perkembangan bilangan. Operasi hitung mulai dipakai sejak masa 2000 sebelum Masehi di Mesir dan Babilonia. Penulisan sistem numerik dimulai dengan sistem hieroglipik di Mesir yang lebih menyederhanakan dari cara membuat turus-turus. Saat ini digunakan sistem desimal berbasis 10. Banyak topik yang berkembang terkait bilangan. Salah satu contoh topik yang digunakan dalam pembelajaran di SMP barisan dan deret, yaitu aritmetik dan geometri.
Barisan matematika adalah barisan bilangan yang perbedaan tiap sukunya konstan. Misalkan barisan 3, 5, 7, 9, 11, 13, … yang bedanya 2. Rumus suku ke-n dari barisan aritmetik adalah
dimana d adalah beda dan a1 adalah suku pertama.
Deret dari barisan aritmetika adalah jumlah terhingga dari suku-suku barisan.
Rumus deret aritmetika dinyatakan berikut.
Dengan menjumlahkan keduanya diperoleh,
Sehingga didapat:
Bentuk lain adalah : :
Metode ini ditemukan oleh Aryabhata, pada 499 AD seorang matematikawan dan astronomer dari India dalam bukunya Aryabhatiya.
Barisan geometri terdapat pada buku VIII dan IX dari Euclid, yaitu Element. Pada Elements, buku IX, barisan geometri adalah 1, 2, 4, 8, 16, 32, … (atau dalam sistem numerik biner 1, 10, 100, 1000, 10000, 100000, … ). Pada buku IX, proposisi 36 membuktikan bahwa jumlah suku ke-n dari bilangan-bilangan prima adalah bilangan sempurna. Sebagai contoh 5 suku pertama dari deret 1 + 2 + 4 + 8 + 16 = 31, adalah bilangan prima.
Secara singkat pemikiran tentang barisan maupun deret geometri sebenarnya sejak pada masa Yunani dan saat ini kembali diajarkan lagi.
D. Kurt Godel
1. Teorema Godel
Teorema ketidaklengkapan Gödel, yang diterbitkan pada tahun 1931, menunjukkan bahwa program Hilbert tidak dapat dicapai untuk bidang-bidang utama matematika. Godel theorem ada dua yaitu:
a. Teorema Ketaklengkapan Pertama
Setiap teori yang dihasilkan secara efektif yang mampu menyatakan aritmetika elementer tidak dapat sama-sama konsisten dan lengkap atau komplet. Khususnya, untuk setiap teori formal yang secara efektif dihasilkan dan yang konsisten, yang membuktikan kebenaran aritmetika dasar tertentu, ada suatu pernyataan aritmetika yang benar, tetapi tidak dapat dibuktikan dalam teori ini.
b. Teorema Ketaklengkapan Kedua
Untuk setiap teori T yang dihasilkan formal secara efektif memuat kebenaran aritmetika dasar dan juga kebenaran tertentuk mengenai provabilitas formal, jika T memuat suatu pernyataan mengenai konsistensinya sendiri,maka T inkonsisten.
Dalam teorema pertamanya, Gödel menunjukkan bahwa sistem apa pun yang konsisten dengan seperangkat aksioma yang dapat dikomputasi yang mampu mengekspresikan aritmatika tidak akan pernah lengkap: adalah mungkin untuk membangun pernyataan yang dapat terbukti benar, tetapi itu tidak dapat diturunkan dari aturan formal sistem. Dalam teorema keduanya, ia menunjukkan bahwa sistem semacam itu tidak dapat membuktikan konsistensinya sendiri, sehingga tentu saja tidak dapat digunakan untuk membuktikan konsistensi sesuatu yang lebih kuat dengan pasti.
Sebuah teori seperti aritmatika Peano bahkan tidak dapat membuktikan konsistensinya sendiri, sehingga subset "finitistik" yang terbatas tentu saja tidak dapat membuktikan konsistensi teori yang lebih kuat seperti teori himpunan.
2. Bilangan Godel
Godel pertama kali memperkenalkan konsep Numbering.
Diberikan S adalah himpunan yang terbatas atau dapat dihitung. Berdasarkan numbering dari S, berarti sembarang pemetaan injektif yang gambarnya dapat ditentukan. Kita memanggil nomor dari . Kita memanggil dua penomoran N dan M dari himpunan yang ekuivalen jika fungsi parsial dan dari ke bersifat rekursif parsial. Fungsi-fungsi ini secara otomatis dapat dihitung (tidak hanya semi-dapat dihitung), karena domain definisinya dapat ditentukan.
Dalam rangka untuk membuat hubungan antara implikasi logika murni dan aritmatika (Beth, 1962), dikaitkan dengan setiap formula atau angka natural g(U), yang disebut Godel number dan ditentukan oleh berikut ini:
(G1) Godel number dari atoms A, B, C, ... masing-masing,
(G2)
Pengenalan Godel number memungkinkan kita untuk menyatakan sebagai berikut aritmatika dengan ketentuan (F3") dalam bagian 1: Angka natural g adalah Godel number dari formula implikasi logika murni jika dan hanya jika ada urutan bilangan terbatas gl, g2, ..., gk seperti itu, untuk setiap j (1 <j <k), lebih baik adalah angka natural h sehingga gj = ke 7 atau dapat ditemukan bilangan natural m dan n
(l<m, n <j) sehingga gj = , sedangkan gk = g.
Sistem formal paling komprehensif yang telah ditetapkan sampai sekarang adalah sistem Principia Mathematica (PM) dan sistem aksioma [Zermelo-Frankel] teori set ... Kedua sistem ini sangat komprehensif sehingga di dalamnya semua metode pembuktian saat ini digunakan dalam matematika diformalkan, yaitu direduksi menjadi beberapa aksioma dan aturan inferensi.
(1) Feferman, seorang sarjana terkemuka, merangkum hasil Gödel tahun 1931 sebagai berikut:
(2) ‘Jika S adalah sistem formal sehingga:
(i) bahasa S berisi bahasa aritmatika,
(ii) S termasuk PA [Aritmetika Peano], dan
(iii) S konsisteN
kemudian ada kalimat aritmatika A yang benar tetapi tidak dapat dibuktikan dalam S [teorema ketidaklengkapan pertama] ... [dan] konsistensi S tidak dapat dibuktikan dalam S [teorema ketidaklengkapan kedua]. '
E. Leibnis
Kalkulus (Bahasa Latin: calculus, artinya "batu kecil", untuk menghitung) adalah cabang ilmu matematika yang mencakup limit, turunan, integral, dan deret tak terhingga. Kalkulus adalah ilmu mengenai perubahan, sebagaimana geometri adalah ilmu mengenai bentuk dan aljabar adalah ilmu mengenai pengerjaan untuk memecahkan persamaan serta aplikasinya. Kalkulus memiliki aplikasi yang luas dalam bidang-bidang sains, ekonomi, dan teknik; serta dapat memecahkan berbagai masalah yang tidak dapat dipecahkan dengan aljabar elementer.
Kalkulus memiliki dua cabang utama, kalkulus diferensial dan kalkulus integral yang saling berhubungan melalui teorema dasar kalkulus. Pelajaran kalkulus adalah pintu gerbang menuju pelajaran matematika lainnya yang lebih tinggi, yang khusus mempelajari fungsi dan limit, yang secara umum dinamakan analisis matematika.
Perkembangan Kalkulus
Sejarah perkembangan kalkulus bisa ditilik pada beberapa periode zaman, yaitu zaman kuno, zaman pertengahan, dan zaman modern.
1. Periode zaman kuno
Beberapa pemikiran tentang kalkulus integral telah muncul, tetapi tidak dikembangkan dengan baik dan sistematis. Perhitungan volume dan luas yang merupakan fungsiutama dari kalkulus integral bisa ditelusuri kembali pada Papirus Moskwa Mesir (1800 SM). Pada papirus tersebut, orang Mesir telah mampu menghitung volume piramida terpancung. Archimedes mengembangkan pemikiran ini lebih jauh dan menciptakan heuristik yang menyerupai kalkulus integral.
2. Periode zaman pertengahan
Matematikawan India, Aryabhata, menggunakan konsep kecil tak terhingga pada tahun 499 dan mengekspresikan masalah astronomi dalam bentuk persamaan diferensial dasar. Persamaan ini kemudian mengantar Bhāskara II pada abad ke-12 untuk mengembangkan bentuk awal turunan yang mewakili perubahan yang sangat kecil tak terhingga dan menjelaskan bentuk awal dari "Teorema Rolle". Sekitar tahun1000, matematikawan Irak Ibn al-Haytham (Alhazen) menjadi orang pertama yang menurunkan rumus perhitungan hasil jumlah pangkat empat, dan dengan menggunakan induksi matematika, dia mengembangkan suatu metode untuk menurunkan rumus umum dari hasil pangkat integral yang sangat penting terhadap perkembangan kalkulus integral.
3. Periode zaman modern
Penemuan independen terjadi pada awal abad ke-17 di Jepang oleh matematikawan seperti Seki Kowa. Di Eropa, beberapa matematikawan seperti John Wallis dan Isaac Barrow memberikan terobosan dalam kalkulus. James Gregory membuktikan sebuah kasus khusus dari teorema dasar kalkulus pada tahun 1668. Leibnis dan Newton mendorong pemikiran-pemikiran ini bersama sebagai sebuah kesatuan dan kedua orang ilmuwan tersebut dianggap sebagai penemu kalkulus secara terpisah dalam waktu yang hampir bersamaan. Newton mengaplikasikan kalkulus secara umum ke bidang fisika sementara Leibniz mengembangkan notasi-notasi kalkulus yang banyak digunakan sekarang.
Leibniz adalah yang pertama kali menggunakan tanda integral modern, menggunakan huruf S yang diambil dari kata Latin summa seperti dan . Dalam makalahnya ia memperkenalkan sebagaiinterval terhingga sebarang dan kemudian mendefinisikan melalui proporsi subtangen. Berbagai tauran diferensial yang elementer yang kemudian dipelajari oleh siswa diturunkan oleh Libniz. Aturan untuk menemukan turunan ke dari perkalian fungsi yang dikenal dengan Aturan Leibniz ( Eves, 1964).
Terdapat berbagai macam notasi matematika yang dapat digunakan digunakan untuk menyatakan turunan, meliputi notasi Leibniz, notasi Lagrange, notasi Newton, dan notasi Euler. Notasi Leibniz diperkenalkan oleh Gottfried Leibniz dan merupakan salah satu notasi yang paling awal digunakan. Ia sering digunakan terutama ketika hubungan antar dipandang sebagai hubungan fungsional antara variabel bebas dengan variabel terikat. Turunan dari fungsi tersebut terhadap x ditulis sebagai:
, ataupun
Lambang di atas hingga sekarang digunakan untuk menyimbolkan turunan.
F. Tarski
Teorema undefinability Tarski, dinyatakan dan dibuktikan oleh Alfred Tarski pada tahun 1936, merupakan hasil pembatasan penting dalam logika matematika, dasar matematika, dan dalam semantik formal. Secara informal, teorema menyatakan bahwa kebenaran aritmatika tidak dapat didefinisikan dalam aritmatika. Teorema berlaku lebih umum untuk sistem formal yang cukup kuat, menunjukkan bahwa kebenaran dalam model standar sistem tidak dapat didefinisikan dalam sistem.
Pada tahun 1931, Kurt Gödel menerbitkan teorema ketidaklengkapan, yang ia buktikan sebagian dengan menunjukkan bagaimana merepresentasikan sintaksis logika formal dalam aritmatika orde pertama. Setiap ungkapan bahasa formal aritmatika diberi nomor berbeda. Prosedur ini dikenal dengan berbagai penomoran, pengodean dan, lebih umum, sebagai aritmetisasi. Secara khusus, berbagai himpunan ekspresi dikodekan sebagai himpunan bilangan. Ternyata untuk berbagai sifat sintaksis (seperti menjadi rumus, menjadi kalimat, dll.), himpunan ini dapat dihitung. Selain itu, setiap himpunan angka yang dapat dihitung dapat didefinisikan oleh beberapa rumus aritmatika. Misalnya, ada rumus dalam bahasa aritmatika yang mendefinisikan sekumpulan kode untuk kalimat aritmatika, dan untuk kalimat aritmatika yang dapat dibuktikan.
Teorema undefinability Tarski menunjukkan bahwa pengkodean ini tidak dapat dilakukan untuk konsep semantik seperti kebenaran. Ini menunjukkan bahwa tidak ada bahasa yang ditafsirkan cukup kaya dapat mewakili semantik sendiri. Yang wajar adalah bahwa setiap bahasa meta yang mampu mengekspresikan semantik dari beberapa bahasa objek harus memiliki kekuatan ekspresif yang melebihi dari bahasa objek. Bahasa meta mencakup gagasan primitif, aksioma, dan aturan yang tidak ada dari bahasa objek, sehingga ada teorema yang dapat dibuktikan dalam bahasa meta yang tidak dapat dibuktikan dalam bahasa objek.
G. Alan Turing
Tujuh puluh tahun yang lalu Alan Turing menerbitkan artikelnya yang terkenal, "Mesin Komputasi dan Kecerdasan" dalam jurnal Mind. Memang, sebagian besar perdebatan dalam filsafat kecerdasan buatan selama tujuh puluh tahun terakhir menyangkut masalah yang diangkat dan dibahas oleh Turing. Turing tidak hanya dalam mengembangkan teori komputabilitas tetapi juga dalam memahami dampaknya, baik secara praktis maupun filosofis, yang dimiliki mesin komputasi. Turing percaya bahwa komputer jika dirancang dan dididik dengan benar, dapat menunjukkan perilaku cerdas, bahkan perilaku yang tidak dapat dibedakan dari perilaku cerdas manusia. Visinya tentang kemungkinan kecerdasan mesin sangat menginspirasi dan sangat kontroversial.
Eksperimen pikiran yang Turing ciptakan dikenal sebagai Turing Machine (TM). TM terdiri dari:
- pita tak terbatas (ingatan tak terbatasnya) dipecah menjadi sel-sel yang mengandung bahasa (dari alfabet terbatas), misalnya kode biner, ke dalam mesin;
- kepala baca / tulis yang membaca / menulis simbol alfabet terbatas oleh simbol, dan yang ada di sejumlah negara terbatas;
- seperangkat aturan transisi dari satu negara ke negara lain (program).
Komentar
Posting Komentar