A. Pengertian Bilangan Kompleks
Bilangan Kompleks adalah suatu bilangan yang terdiri atas bagian riil (nyata) dan bagian tidak riil / imajiner (khayal) dan dituliskan dengan $\begin{aligned}\textrm{z}=a+ib \end{aligned}$ atau $\begin{aligned}\textrm{z}=a+bi \end{aligned}$. Bagian riil dari bilangan kompleks adalah bagian yang berupa bilangan riil, sementara untukbagian tidak riil dari bilangan kompleks adalah bagian yang berupa bilangan imajiner
1. Satuan Bilangan Imajiner / Khayal
Dalam hal ini, satuan bilangan khayal adalah $\begin{aligned}i \end{aligned}$ dengan $\begin{aligned}i=\sqrt{-1} \end{aligned}$.
2. Bilangan Kompleks
Dinyatakan dengan $\begin{aligned}\textrm{z}=a+ib \end{aligned}$ atau $\begin{aligned}\textrm{z}=a+bi \end{aligned}$, dengan
$\begin{aligned}\begin{cases} a & =\textrm{Re}(\textrm{z})=\textrm{bagian riil} \\ b & =\textrm{Im}(\textrm{z})= \textrm{ bagian imajiner /khayal} \end{cases} \end{aligned}$.
Jika $\begin{aligned}a=0 \end{aligned}$, maka bilangan kompleks disebut khayal murni dan jika $\begin{aligned}b=0 \end{aligned}$, maka bilangan kompleks menjadi bilangan riil. Sehingga semua bilangan nyata dan semua bilangan khayal murni semuanya termasuk bilangan kompleks.
$\LARGE\colorbox{yellow}{CONTOH SOAL}$.
$\begin{array}{ll}\\ 1. &\textrm{Bilangan}\: \: \sqrt{-4}\: \: \textrm{jika dinyatakan dalam}\\ &i=\sqrt{-1}\: \: \textrm{adalah}\\ &\begin{aligned}\sqrt{-4}&=\sqrt{(4).(-1)}=\sqrt{4}.\sqrt{-1}=2i \end{aligned}\\ 2.&i^{3}=i^{2}.i=(-1)i=-i\\ 3.&i^{4}=(i^{2})^{2}=(-1)^{2}=1\\ 4.&\textrm{z}=1-\sqrt{3}i\\ &\textrm{Re}(\textrm{z})=1\: \: \textrm{atau bagian riilnya adalah 1, dan}\\ &\textrm{Im}(\textrm{z})=-\sqrt{3}\: \: \textrm{atau bagian imajinernya adalah}\: \: -\sqrt{3}\\ 5.&\textrm{z}=2+\sqrt{5}i\\ &\textrm{Re}(\textrm{z})=2\: \:\textrm{atau bagian riilnya adalah 2, dan}\\ &\textrm{Im}(\textrm{z})=\sqrt{5}\: \: \textrm{atau bagian imajinernya adalah}\: \: \sqrt{5} \end{array}$.
B. Bentuk Bilangan Kompleks
1. Bentuk Diagram.
Bentuk diagram pada bidang gambar bilangan kompleks dinamakan bidang Argand, sesuai nama penemunya Jean Robert Argand.
Titik (x,y) pada bidang Argand
2. Bentuk Polar
Bilangan kompleks $\begin{aligned}\textrm{z}=a+ib \end{aligned}$ dapat dinyatakan dalam bentuk polar, yaitu menjadi
$.\qquad\qquad\begin{aligned}\textrm{z}&=r(\cos \theta +i\sin \theta)\\ \textrm{d}&\textrm{engan}\\ r&=\sqrt{x^{2}+y^{2}}\\ x&=r\cos \theta ,\\ y&=r\sin \theta , \: \: \textrm{dan}\\ \theta &=\textrm{dibaca}\: \: \: theta \end{aligned}$.
3. Bentuk Eksponen
Dengan rumus Euler berupa $\begin{aligned}e^{i\theta }=\cos \theta +i\sin \theta \end{aligned}$, bentuk pangkat dari bilangan ini adalah :
$\begin{aligned}\textrm{Diketahui}&\: \: \textrm{bahwa}\quad\textrm{z}=r(\cos \theta +i\sin \theta)\\ \textrm{dengan}\quad &\cos \theta +i\sin \theta=e^{i\theta},\: \: \textrm{maka}\\ \textrm{z}&=\color{red}re^{i\theta } \end{aligned}$
$\LARGE\colorbox{yellow}{CONTOH SOAL}$.
$\begin{array}{ll}\\ 1.&\textrm{Tentukan Re(z) dan Im(z) bilangan kompleks}\\ &\textrm{berikut}\\ &\textrm{a}.\quad \textrm{z}=\sqrt{2}\\ &\textrm{b}.\quad \textrm{z}=-\sqrt{3}i\\ &\textrm{c}.\quad \textrm{z}=-1+\sqrt{5}i\\\\ &\textbf{Jawab}:\\ &\begin{aligned}\textrm{a}.\quad&\textrm{z}=\sqrt{2}=\sqrt{2}+0i\\ &\textrm{Re(z)}=\sqrt{2}\\ &\textrm{Im(z)}=0\\ \textrm{b}.\quad&\textrm{z}=-\sqrt{3}i=0+(-\sqrt{3})i\\ &\textrm{Re(z)}=0\\ &\textrm{Im(z)}=-\sqrt{3}\\ \textrm{c}.\quad&\textrm{z}=-1+\sqrt{5}i\\ &\textrm{Re(z)}=-1\\ &\textrm{Im(z)}=\sqrt{5} \end{aligned} \end{array}$.
$\begin{array}{ll}\\ 2.&\textrm{Tentukan Re(z) dan Im(z) bilangan kompleks}\\ &\textrm{berikut}\\ &\textrm{a}.\quad \textrm{z}=-\sqrt{2}+\sqrt{2}i\\ &\textrm{b}.\quad \textrm{z}=1-\sqrt{3}i\\\\ &\textbf{Jawab}:\\ &\begin{aligned}\textrm{a}.\quad&\textrm{z}=-\sqrt{2}+\sqrt{2}i,\: \: \textrm{dengan}\: \: x=-\sqrt{2},\: y=\sqrt{2}\\ &r=\sqrt{(-\sqrt{2})^{2}+\sqrt{2}^{2}}=\sqrt{2+2}=\sqrt{4}=2\\ &\sin \theta =\displaystyle \frac{y}{r}=\frac{\sqrt{2}}{2}=\frac{1}{2}\sqrt{2}=\sin 45^{0}\Rightarrow \theta =45^{0}\\ &\cos \theta =\displaystyle \frac{x}{r}=\frac{-\sqrt{2}}{2}=-\frac{1}{2}\sqrt{2}\\ &\textrm{Karena titiknya}\: \: (-x,y)\: ,\: \textrm{maka titik berada di}\\ &\textrm{kuadran II, sehingga}\: \: \theta =180^{0}-45^{0}=135^{0}\\ &\textrm{Selanjutnya}\\ &\textrm{z}=r(\cos \theta +i\sin \theta )\\ &\quad =2(\cos 135^{0} +i\sin 135^{0} )\\ &\textrm{Jadi, bentuk polar dari}\\ &\textrm{z}=-\sqrt{2}+\sqrt{2}i=\color{red}2(\cos 135^{0} +i\sin 135^{0} )\\ \textrm{b}.\quad&\textrm{z}=1-\sqrt{3}i,\: \: \textrm{dengan}\: \: x=1,\: y=-\sqrt{3}\\ &r=\sqrt{1^{2}+(-\sqrt{3})^{2}}=\sqrt{1+3}=\sqrt{4}=2\\ &\sin \theta =\displaystyle \frac{y}{r}=\frac{-\sqrt{3}}{2}=-\frac{1}{2}\sqrt{3}\\ &\cos \theta =\displaystyle \frac{x}{r}=\frac{1}{2}=\cos 60^{0}\Rightarrow \theta =60^{0}\\ &\textrm{Karena titiknya}\: \: (x,-y)\: ,\: \textrm{maka titik berada di}\\ &\textrm{kuadran IV, sehingga}\: \: \theta =360^{0}-60^{0}=300^{0}\\ &\textrm{Selanjutnya}\\ &\textrm{z}=r(\cos \theta +i\sin \theta )\\ &\quad =2(\cos 300^{0} +i\sin 300^{0} )\\ &\textrm{Jadi, bentuk polar dari}\\ &\textrm{z}=1-\sqrt{3}i=\color{red}2(\cos 300^{0} +i\sin 300^{0} ) \end{aligned} \end{array}$.
$\begin{array}{ll}\\ 3.&\textrm{Tentukan Re(z) dan Im(z) bilangan kompleks}\\ &\textrm{berikut}\\ &\textrm{a}.\quad \textrm{z}=\sqrt{2}+\sqrt{2}i\\ &\textrm{b}.\quad \textrm{z}=-1-\sqrt{3}i\\\\ &\textbf{Jawab}:\\ &\begin{aligned}\textrm{a}.\quad&\textrm{z}=\sqrt{2}+\sqrt{2}i,\: \: \textrm{dengan}\: \: x=\sqrt{2},\: y=\sqrt{2}\\ &r=\sqrt{\sqrt{2}^{2}+\sqrt{2}^{2}}=\sqrt{2+2}=\sqrt{4}=2\\ &\sin \theta =\displaystyle \frac{y}{r}=\frac{\sqrt{2}}{2}=\frac{1}{2}\sqrt{2}=\sin 45^{0}\Rightarrow \theta =45^{0}\\ &\cos \theta =\displaystyle \frac{x}{r}=\frac{\sqrt{2}}{2}=\frac{1}{2}\sqrt{2}\\ &\textrm{Karena titiknya}\: \: (x,y)\: ,\: \textrm{maka titik berada di}\\ &\textrm{kuadran I, sehingga tetap utuh}\: \: \theta =45^{0}\\ &\textrm{Selanjutnya}\\ &\textrm{z}=r(\cos \theta +i\sin \theta )\\ &\quad =2(\cos 45^{0} +i\sin 45^{0} )\\ &\textrm{Jadi, bentuk polar dari}\\ &\textrm{z}=\sqrt{2}+\sqrt{2}i=\color{red}2(\cos 45^{0} +i\sin 45^{0} )\\ \textrm{b}.\quad&\textrm{z}=-1-\sqrt{3}i,\: \: \textrm{dengan}\: \: x=-1,\: y=-\sqrt{3}\\ &r=\sqrt{(-1)^{2}+(-\sqrt{3})^{2}}=\sqrt{1+3}=\sqrt{4}=2\\ &\sin \theta =\displaystyle \frac{y}{r}=\frac{-\sqrt{3}}{2}=-\frac{1}{2}\sqrt{3}=-\sin 60^{0}\Rightarrow \theta =60^{0}\\ &\color{blue}\textrm{tanda negatif hanya menunjukkan posisi kuadran}\\ &\cos \theta =\displaystyle \frac{x}{r}=\frac{-1}{2}\\ &\textrm{Karena titiknya}\: \: (-x,-y)\: ,\: \textrm{maka titik berada di}\\ &\textrm{kuadran III, sehingga}\: \: \theta =180^{0}+60^{0}=240^{0}\\ &\textrm{Selanjutnya}\\ &\textrm{z}=r(\cos \theta +i\sin \theta )\\ &\quad =2(\cos 240^{0} +i\sin 240^{0} )\\ &\textrm{Jadi, bentuk polar dari}\\ &\textrm{z}=-1-\sqrt{3}i=\color{red}2(\cos 240^{0} +i\sin 240^{0} ) \end{aligned} \end{array}$.
$\begin{array}{ll}\\ 4.&\textrm{Ubahlah bilangan kompleks berikut dalam}\\ &\textrm{bentuk eksponen}\\ &\textrm{a}.\quad \textrm{z}=2(\cos 45^{0} +i\sin 45^{0} )\\ &\textrm{b}.\quad \textrm{z}=-1-\sqrt{3}i\\\\ &\textbf{Jawab}:\\ &\begin{aligned}\textrm{a}.\quad&\textrm{z}=2(\cos 45^{0} +i\sin 45^{0} ),\: \: \textrm{dengan}\\ &r=2\: \: \textrm{dan}\: \: \theta =45^{0}.\quad \textrm{Sehingga}\\ &\textrm{z}=re^{i\theta }=2e^{i45^{0}}\\ \textrm{b}.\quad&\textrm{z}=-1-\sqrt{3}i,\: \: \textrm{dengan}\\ &r=\sqrt{(-1)^{2}+(-\sqrt{3})^{2}}=\sqrt{1+3}\\ &\: \: =\sqrt{4}=2\: \: \textrm{dan}\: \: \theta =45^{0}.\quad \textrm{Sehingga}\\ &\sin \theta =\displaystyle \frac{y}{r}=\frac{-\sqrt{3}}{2}=-\frac{1}{2}\sqrt{3}=-\sin 60^{0}\Rightarrow \theta =60^{0}\\ &\color{blue}\textrm{tanda negatif hanya menunjukkan posisi kuadran}\\ &\cos \theta =\displaystyle \frac{x}{r}=\frac{-1}{2}\\ &\textrm{Karena titiknya}\: \: (-x,-y)\: ,\: \textrm{maka titik berada di}\\ &\textrm{kuadran III, sehingga}\: \: \theta =180^{0}+60^{0}=240^{0}\\ &\textrm{z}=re^{i\theta }=2e^{i240^{0}} \end{aligned} \end{array}$.
$\begin{aligned}\textbf{Cata}&\textbf{tan} \\\hline \textrm{Anda}&\: \textrm{juga bisa menggunakan nilai}\: \: \tan\theta \\ \textrm{untu}&\textrm{k menentukan besar sudut}\: \: \theta -\textrm{nya, yaitu}:\\ \tan \theta &=\displaystyle \frac{y}{x}\\ \textrm{Perh}&\textrm{atikan}\: \: \color{red}\textrm{Contoh Soal pada nomor 3a dan 3b}\\ &\begin{array}{|c|c|}\hline 3\textbf{a}&3\textbf{b}\\\hline \textrm{z}=(-\sqrt{2},\sqrt{2})&\textrm{z}=(1,-\sqrt{3})\\ \textrm{Kuadran II}&\textrm{kuadran IV}\\ \left ( 180^{0}-\theta \right )&\left ( 360^{0}-\theta \right )\\ \begin{aligned}\tan \theta &=\displaystyle \frac{\sqrt{2}}{-\sqrt{2}}=-1\\ \tan \theta &=-\tan 45^{0}\\ &=\tan (180^{0}-45^{0})\\ &=\tan 135^{0}\\ \theta &=135^{0} \end{aligned}&\begin{aligned}\tan \theta &=\displaystyle \frac{-\sqrt{3}}{1}=-\sqrt{3}\\ \theta &=-\tan 60^{0}\\ &=\tan (360^{0}-60^{0})\\ &=\tan 300^{0}\\ \theta &=300^{0} \end{aligned}\\\hline \end{array} \end{aligned}$.
DAFTAR PUSTAKA
- Ngapiningsih, Suparno. 2023. Matematika Tingkat Lanjut untuk SMA/MA Kelas 11A. Yogyakarta: INTAN PARIWARA
- Purwosetiyono, Didik. 2012. Pengantar Analisis Kompleks. Semarang: IKIP PGRI Semarang Press
- Spiegel, Murray, S., Iskandar, K. Seri Buku Schaum Teori dan Soal-Soal Matematika Dasar. Jakarta: ERLANGGA
- Thohir, Ahmad. 2013. Materi Contoh Soal dan Pembahasan Olimpiade Matematika MA/SMA. Grobogan
