# Nakafa Framework: LLM
URL: /id/subject/university/bachelor/ai-ds/linear-methods/diagonalization-matrix
Source: https://raw.githubusercontent.com/nakafaai/nakafa.com/refs/heads/main/packages/contents/subject/university/bachelor/ai-ds/linear-methods/diagonalization-matrix/id.mdx
Output docs content for large language models.
---
export const metadata = {
   title: "Diagonalisasi Matriks",
   description: "Transformasi matriks dengan nilai eigen dan vektor eigen. Pelajari syarat diagonalisasi, multiplisitas geometris vs aljabar untuk komputasi AI.",
   authors: [{ name: "Nabil Akbarazzima Fatih" }],
   date: "07/16/2025",
   subject: "Metode Linear AI",
};
## Konsep Diagonalisasi Matriks
Dalam teori matriks, kita sering mencari cara untuk menyederhanakan bentuk matriks agar lebih mudah dianalisis dan dihitung. Diagonalisasi adalah salah satu teknik paling ampuh untuk mencapai hal ini. Bayangkan seperti mengubah ruang yang rumit menjadi ruang yang lebih teratur dimana setiap dimensi tidak saling mengganggu.
Tujuan utama diagonalisasi adalah mencari basis khusus sehingga transformasi linear  dapat direpresentasikan melalui matriks diagonal . Jika basis tersebut adalah basis ortonormal, maka matriks transformasi memiliki sifat .
## Definisi Diagonalisasi
Sebuah matriks  disebut **dapat didiagonalisasi** jika matriks tersebut serupa dengan suatu matriks diagonal , yaitu jika terdapat matriks yang dapat dibalik  sedemikian sehingga:
## Kondisi Dasar Diagonalisasi
Kapan sebuah matriks  bisa didiagonalisasi? Jawabannya adalah ketika kita bisa menemukan basis dari  yang seluruhnya terdiri dari vektor eigen  dari  dengan nilai eigen yang berkaitan .
Matriks diagonal  adalah:
dan  adalah matriks dengan kolom:
Jika  dapat didiagonalisasi, maka kolom  dari  membentuk basis vektor eigen. Dari  kita peroleh  dan dengan demikian  untuk .
Sebaliknya, jika  adalah basis vektor eigen, maka  dapat dibalik dan dari  untuk  kita peroleh  dan dengan demikian .
## Contoh Kasus Non-Diagonalisasi
Perhatikan matriks:
Matriks ini memiliki nilai eigen  dengan multiplisitas aljabar . Ruang eigen adalah kernel (ruang nol) dari , yaitu himpunan semua vektor yang dipetakan ke vektor nol oleh matriks tersebut:
Di sini rentang dari vektor  adalah himpunan semua kelipatan skalar dari vektor tersebut, yang memiliki dimensi 1. Karena tidak ada nilai eigen dan vektor eigen lain, dan tidak terdapat basis  dari vektor eigen , maka  tidak dapat didiagonalisasi.
## Syarat Diagonalisasi Matriks
Jika matriks  dapat didiagonalisasi, maka polinomial karakteristik  dari  dalam  terurai menjadi faktor linear:
dimana  memiliki  nilai eigen yang tidak perlu berbeda .
Ketika semua nilai eigen berbeda, prosesnya menjadi lebih sederhana. Jika  dan polinomial karakteristik  dari  dalam  terurai menjadi faktor linear:
dengan nilai eigen yang berbeda secara berpasangan  untuk  dengan , maka  pasti dapat didiagonalisasi.
Mengapa begitu? Karena vektor eigen untuk nilai eigen yang berbeda secara berpasangan dari  selalu bebas linear dan membentuk basis dari .
Tapi bagaimana kalau  memiliki nilai eigen berulang? Kita harus lebih hati-hati mengeceknya. Nilai eigen memiliki multiplisitas aljabar  dan multiplisitas geometris  dengan hubungan:
## Teorema Karakterisasi Diagonalisasi
Untuk matriks , pernyataan berikut adalah ekuivalen:
1.  dapat didiagonalisasi.
2. Kedua kondisi berikut terpenuhi. Pertama, polinomial karakteristik dari  harus terurai dalam faktor linear:
   
   dengan nilai eigen yang berbeda secara berpasangan  dari . Kedua, untuk semua nilai eigen dari , multiplisitas aljabar harus sama dengan multiplisitas geometris:
   
3. Penjumlahan langsung semua ruang eigen adalah seluruh ruang vektor:
   
   Ini berarti terdapat basis dari  yang terdiri dari vektor eigen .
Untuk setiap , misalkan  adalah basis vektor eigen dari  untuk ruang eigen . Maka:
adalah basis dari  yang terdiri dari vektor eigen . Oleh karena itu,  dapat didiagonalisasi.