# Nakafa Framework: LLM
URL: /id/subject/university/bachelor/ai-ds/linear-methods/spectral-theorem
Source: https://raw.githubusercontent.com/nakafaai/nakafa.com/refs/heads/main/packages/contents/subject/university/bachelor/ai-ds/linear-methods/spectral-theorem/id.mdx
Output docs content for large language models.
---
export const metadata = {
    title: "Teorema Spektral",
    description: "Pelajari kapan matriks dapat didiagonalisasi dengan vektor eigen ortonormal. Kuasai matriks normal, hermitian, dan kesatuan untuk AI.",
    authors: [{ name: "Nabil Akbarazzima Fatih" }],
    date: "07/16/2025",
    subject: "Metode Linear AI",
};
## Konsep Dasar Matriks Normal
Teorema spektral menjawab pertanyaan penting kapan sebuah matriks dapat didiagonalisasi menggunakan basis ortonormal dari vektor eigen. Bayangkan kamu ingin mengubah matriks rumit menjadi matriks diagonal sederhana, tetapi menggunakan vektor basis yang saling tegak lurus. Teorema spektral memberikan kondisi yang tepat kapan transformasi ini dimungkinkan.
Ketika kondisi ini terpenuhi, matriks transformasi basis akan menjadi kesatuan dengan sifat  atau ortogonal dengan sifat  untuk kasus riil. Kita akan mulai dengan mempelajari kasus kompleks terlebih dahulu.
Sebuah matriks kompleks  disebut normal jika memenuhi kondisi komutativitas dengan konjugat transposnya:
Kondisi ini terlihat sederhana, tapi sebenarnya sangat kuat. Matriks yang dapat "bertukar tempat" dengan konjugat transposnya memiliki sifat geometri yang istimewa.
## Sifat Khusus Ruang Eigen Matriks Normal
Matriks normal memiliki sifat menarik yang tidak dimiliki matriks sembarang. Untuk matriks normal, ruang nol dari matriks dan ruang nol dari konjugat transposnya ternyata identik.
Mari kita lihat mengapa hal ini terjadi. Ruang nol (kernel) adalah himpunan semua vektor  yang menghasilkan . Jika  dan , maka kita dapat menganalisis seperti ini:
Dari perhitungan ini, kita menyimpulkan bahwa . Oleh karena itu, untuk matriks normal berlaku .
Kesamaan ruang nol ini membawa konsekuensi penting pada ruang eigen. Untuk setiap nilai eigen , ruang eigen dari  dan  ternyata identik.
Jadi setiap vektor eigen dari matriks normal  untuk nilai eigen  juga merupakan vektor eigen dari  dengan nilai eigen yang persis sama. Bayangkan seperti menemukan dua cermin yang memantulkan cahaya ke arah yang sama persis.
## Matriks Hermitian dan Kesatuan sebagai Contoh Normal
Dua jenis matriks penting yang selalu normal adalah matriks hermitian dan matriks kesatuan. Mari kita pahami mengapa keduanya istimewa.
### Matriks Hermitian dan Nilai Eigen Riil
Matriks hermitian memiliki sifat . Karena definisi normal , maka untuk hermitian kita punya , yang jelas selalu benar.
Nilai eigen matriks hermitian selalu riil. Untuk memahami ini, kita gunakan fakta bahwa untuk matriks normal, ruang eigen  dan  untuk nilai eigen yang sama adalah identik.
Kondisi  berarti nilai eigen sama dengan konjugat kompleksnya, yang hanya terjadi jika  adalah bilangan riil murni. Jadi semua nilai eigen matriks hermitian selalu berupa bilangan riil, bukan bilangan kompleks dengan bagian imajiner.
### Matriks Kesatuan dan Nilai Eigen pada Lingkaran Satuan
Matriks kesatuan memiliki sifat . Untuk membuktikan bahwa kesatuan juga normal, kita substitusi ke definisi dan dapatkan .
Nilai eigen matriks kesatuan memiliki besaran 1, artinya terletak pada lingkaran satuan di bidang kompleks. Kita bisa menunjukkan hal ini dengan perhitungan berikut.
Kondisi  secara matematis sama dengan , yang berarti . Jadi semua nilai eigen matriks kesatuan memiliki modulus tepat sama dengan 1. Modulus ini adalah jarak dari titik nol di bidang kompleks. Bayangkan seperti roda yang berputar, transformasi kesatuan hanya memutar vektor tanpa mengubah panjangnya.