Kombinasi

Istilah kombinasi dalam matematika kombinatorik berarti himpunan objek yang tidak mementingkan urutan. Kombinasi berbeda dengan permutasi yang mementingkan urutan objek. Perkataan kombinasi memiliki sebutan lainnya yaitu gabungan, padu-padan atau kepadupadanan

Definisi

Kombinasi C dari sebuah himpunan S adalah himpunan bagian dari S.

${\displaystyle C\subseteq S}$

Sebagai contoh, misalkan terdapat suatu kumpulan buah: apel, jeruk, mangga, pisang. Maka {apel, jeruk} dan {jeruk, mangga, pisang} adalah merupakan kombinasi dari kumpulan tersebut. Seluruh himpunan bagian yang mungkin dibentuk dari kumpulan buah tersebut adalah:

• tidak ada buah apa pun
• satu buah:
  • apel
  • jeruk
  • mangga
  • pisang
• dua buah:
  • apel, jeruk
  • apel, mangga
  • apel, pisang
  • jeruk, mangga
  • jeruk, pisang
  • mangga, pisang
• tiga buah:
  • apel, jeruk, mangga
  • apel, jeruk, pisang
  • apel, mangga, pisang
  • jeruk, mangga, pisang
• empat buah:
  • apel, jeruk, mangga, pisang

Kombinasi r dari sebuah himpunan S, berarti dari himpunan S diambil elemen sebanyak r untuk dijadikan sebuah himpunan baru. Dalam hal kumpulan buah di atas, himpunan {apel, jeruk, pisang} adalah sebuah kombinasi 3 dari S, sedangkan {jeruk, pisang} adalah sebuah kombinasi 2 dari S.

Banyaknya kombinasi r dari sebuah himpunan berisi n elemen dapat dihitung tanpa harus memperhatikan isi dari himpunan tersebut. Besarnya dinyatakan dengan fungsi:

${\displaystyle C_{r}^{n}={\frac {n!}{r!(n-r)!}}}$

Fungsi ${\displaystyle C_{r}^{n}}$ dalam banyak literatur dinyatakan juga dengan notasi ${\displaystyle {n \choose r}}$.

Sebagai contoh, tanpa harus mengetahui elemen himpunan {apel, jeruk, mangga, pisang}, banyaknya kombinasi 3 dari himpunan tersebut dapat dihitung:

${\displaystyle C_{3}^{4}={\frac {4!}{3!(4-3)!}}=4}$

Sifat rekursif dari Kombinasi

Kombinasi dapat dibentuk dari dua kombinasi sebelumnya. Ini mengakibatkan banyaknya kombinasi juga bersifat rekursif:

${\displaystyle C_{r}^{n}=C_{r-1}^{n-1}+C_{r}^{n-1}}$

Hubungan dengan Permutasi

Dari himpunan {apel, jeruk, mangga, pisang} dapat diambil permutasi 3 unsur, yang dapat didaftar sebagai berikut:

apel jeruk mangga	apel mangga jeruk	jeruk apel mangga	jeruk mangga apel	mangga apel jeruk	mangga jeruk apel
apel jeruk pisang	apel pisang jeruk	jeruk apel pisang	jeruk pisang apel	pisang apel jeruk	pisang jeruk apel
apel mangga pisang	apel pisang mangga	mangga apel pisang	mangga pisang apel	pisang apel mangga	pisang mangga apel
jeruk mangga pisang	jeruk pisang mangga	mangga jeruk pisang	mangga pisang jeruk	pisang jeruk mangga	pisang mangga jeruk

Perhatikan bahwa dalam susunan ini setiap kolom merupakan permutasi dari kolom pertama. Karena dalam kombinasi urutan tidak dipentingkan, maka cukup salah satu kolom saja yang diambil. Jika kita mengambil kolom pertama saja, maka kita mendapatkan kombinasi 3 dari keempat buah tersebut adalah:

• apel, jeruk, mangga
• apel, jeruk, pisang
• apel, mangga, pisang
• jeruk, mangga, pisang

Penyusunan tabel seperti di atas akan menghasilkan ${\displaystyle P_{3}^{4}}$ atau 24 permutasi, dengan ${\displaystyle 3!}$ kolom, karena untuk setiap baris terdapat ${\displaystyle 3!}$ permutasi dari kolom pertama. Dengan demikian, jumlah baris dari tabel akan sebesar:

${\displaystyle {\frac {P_{3}^{4}}{3!}}}$

Aturan seperti ini dapat digeneralisasikan sehingga untuk setiap n unsur yang dikombinasikan r unsur, berlaku:

${\displaystyle C_{r}^{n}={\frac {P_{r}^{n}}{r!}}}$

Yang dapat dengan mudah dibuktikan:

${\displaystyle C_{r}^{n}={\frac {P_{r}^{n}}{r!}}}$

${\displaystyle ={\frac {\frac {n!}{(n-r)!}}{r!}}}$

${\displaystyle ={\frac {n!}{r!(n-r)!}}}$

Hubungan dengan Permutasi Berunsur Identik

Kombinasi juga berhubungan dengan permutasi dengan unsur identik. Kombinasi dari sebuah himpunan S dapat dimengerti sebagai pemilihan unsur-unsur himpunan S. Unsur yang terpilih kita tandai dengan 1, dan yang tidak terpilih kita tandai dengan 0. Dengan demikian dari himpunan {apel, jeruk, mangga, pisang} tersebut, kita dapat mendaftarkan kombinasi-3 nya seperti ini:

Kombinasi	apel	jeruk	mangga	pisang
apel, jeruk, mangga	1	1	1	0
apel, jeruk, pisang	1	1	0	1
apel, mangga, pisang	1	0	1	1
jeruk, mangga, pisang	0	1	1	1

Dengan demikian, banyaknya kombinasi 3 unsur dari himpunan S yang berisi 4 benda setara dengan banyaknya permutasi terhadap untai 1110, yaitu:

${\displaystyle {\frac {4!}{3!}}=4}$

Karena untai 1110 memiliki 4 unsur, tetapi ada 3 unsur identik, yaitu 1. Maka total permutasinya adalah 4! dibagi dengan 3!. Kombinasi r dari n unsur, sesuai dengan pengertian itu, selalu setara dengan permutasi yang terdiri dari r angka 1 dan n - r angka 0. Maka permutasinya menjadi:

${\displaystyle {\frac {n!}{r!(n-r)!}}}$

Yang sesuai dengan rumus kita di awal, untuk menghitung ${\displaystyle C_{r}^{n}}$.

Koefisien Binomial

Artikel utama: Teorema Binomial

Suatu binomial ${\displaystyle (a+b)^{n}}$ yang dijabarkan dalam bentuk jumlahan, akan membangkitkan koefisien-koefisien yang merupakan bilangan kombinasi.

${\displaystyle (a+b)^{n}=\sum _{k=0}^{n}{n \choose k}a^{n-k}b^{k}}$

Dengan penjabaran seperti di atas, maka banyaknya kombinasi r dari n unsur bisa didapat dari setiap suku:

${\displaystyle {n \choose r}={\mbox{koefisien }}a^{r}b^{n-r}}$

Daftar berikut menunjukkan beberapa penjabaran binomial:

1. ${\displaystyle (a+b)^{0}=1a^{0}b^{0}}$
2. ${\displaystyle (a+b)^{1}=1a^{1}b^{0}+1a^{0}b^{1}}$
3. ${\displaystyle (a+b)^{2}=1a^{2}b^{0}+2a^{1}b^{1}+1a^{0}b^{2}}$
4. ${\displaystyle (a+b)^{3}=1a^{3}b^{0}+3a^{2}b^{1}+3a^{1}b^{2}+1a^{0}b^{3}}$
5. ${\displaystyle (a+b)^{4}=1a^{4}b^{0}+4a^{3}b^{1}+6a^{2}b^{2}+4a^{1}b^{3}+1a^{0}b^{4}}$
6. ${\displaystyle (a+b)^{5}=1a^{5}b^{0}+5a^{4}b^{1}+10a^{3}b^{2}+10a^{2}b^{3}+5a^{1}b^{4}+1a^{0}b^{5}}$
7. ${\displaystyle (a+b)^{6}=1a^{6}b^{0}+6a^{5}b^{1}+15a^{4}b^{2}+20a^{3}b^{3}+15a^{2}b^{4}+6a^{1}b^{5}+1a^{0}b^{6}}$

Segitiga Pascal

Dengan menuliskan hanya koefisiennya saja, dari penjabaran binomial dapat kita peroleh:

1. ${\displaystyle (a+b)^{0}=1a^{0}b^{0}\rightarrow 1}$
2. ${\displaystyle (a+b)^{1}=1a^{1}b^{0}+1a^{0}b^{1}\rightarrow 1,1}$
3. ${\displaystyle (a+b)^{2}=1a^{2}b^{0}+2a^{1}b^{1}+1a^{0}b^{2}\rightarrow 1,2,1}$
4. ${\displaystyle (a+b)^{3}=1a^{3}b^{0}+3a^{2}b^{1}+3a^{1}b^{2}+1a^{0}b^{3}\rightarrow 1,3,3,1}$

Jika diteruskan, daftar koefisien ini akan membentuk susunan yang disebut sebagai Segitiga Pascal.

         1
        1  1
       1  2  1
      1  3  3  1
     1  4  6  4  1
    1  5 10 10  5  1
   1  6 15 20 15  6  1
  1  7 21 35 35 21  7  1
 1  8 28 56 70 56 28  8  1

Contoh penggunaan kombinasi

• Dalam sebuah kotak terdapat 5 bola merah, 4 bola biru dan 3 bola hitam. Tiga bola diambil sekaligus dari dalam kotak secara acak. Ada berapa carakah bola yang terambil:
  • bebas

${\displaystyle C_{3}^{12}={\frac {12!}{3!(12-3)!}}={\frac {12!}{3!9!}}={\frac {12\cdot 11\cdot 10\cdot 9!}{3\cdot 2\cdot 1\cdot 9!}}=220}$ cara

• • sama

${\displaystyle C_{3}^{5}+C_{3}^{4}+C_{3}^{3}={\frac {5!}{3!(5-3)!}}+{\frac {4!}{3!(4-3)!}}+{\frac {3!}{3!(3-3)!}}={\frac {5!}{3!2!}}+{\frac {4!}{3!1!}}+{\frac {3!}{3!0!}}={\frac {5\cdot 4\cdot 3!}{2\cdot 1\cdot 3!}}+{\frac {4\cdot 3!}{1\cdot 3!}}+{\frac {3!}{1\cdot 3!}}=10+4+1=15}$ cara

• • berbeda

${\displaystyle C_{1}^{5}\cdot C_{1}^{4}\cdot C_{1}^{3}={\frac {5!}{1!(5-1)!}}\cdot {\frac {4!}{1!(4-1)!}}\cdot {\frac {3!}{1!(3-1)!}}={\frac {5!}{1!4!}}\cdot {\frac {4!}{1!3!}}\cdot {\frac {3!}{1!2!}}={\frac {5\cdot 4!}{1\cdot 4!}}\cdot {\frac {4\cdot 3!}{1\cdot 3!}}\cdot {\frac {3\cdot 2!}{1\cdot 2!}}=5\cdot 4\cdot 3=60}$ cara

• • dua diantaranya sama

${\displaystyle C_{2}^{5}\cdot C_{1}^{4}+C_{2}^{5}\cdot C_{1}^{3}+C_{2}^{4}\cdot C_{1}^{5}+C_{2}^{4}\cdot C_{1}^{3}+C_{2}^{3}\cdot C_{1}^{5}+C_{2}^{3}\cdot C_{1}^{4}={\frac {5!}{2!(5-2)!}}\cdot {\frac {4!}{1!(4-1)!}}+{\frac {5!}{2!(5-2)!}}\cdot {\frac {3!}{1!(3-1)!}}+{\frac {4!}{2!(4-2)!}}\cdot {\frac {5!}{1!(5-1)!}}+{\frac {4!}{2!(4-2)!}}\cdot {\frac {3!}{1!(3-1)!}}+{\frac {3!}{2!(3-2)!}}\cdot {\frac {5!}{1!(5-1)!}}+{\frac {3!}{2!(3-2)!}}\cdot {\frac {4!}{1!(4-1)!}}={\frac {5!}{2!3!}}\cdot {\frac {4!}{1!3!}}+{\frac {5!}{2!3!}}\cdot {\frac {3!}{1!2!}}+{\frac {4!}{2!2!}}\cdot {\frac {5!}{1!4!}}+{\frac {4!}{2!2!}}\cdot {\frac {3!}{1!2!}}+{\frac {3!}{2!1!}}\cdot {\frac {5!}{1!4!}}+{\frac {3!}{2!1!}}\cdot {\frac {4!}{1!3!}}={\frac {5\cdot 4\cdot 3!}{2\cdot 1\cdot 3!}}\cdot {\frac {4\cdot 3!}{1\cdot 3!}}+{\frac {5\cdot 4\cdot 3!}{2\cdot 1\cdot 3!}}\cdot {\frac {3\cdot 2!}{1\cdot 2!}}+{\frac {4\cdot 3\cdot 2!}{2\cdot 1\cdot 2!}}\cdot {\frac {5\cdot 4!}{1\cdot 4!}}+{\frac {4\cdot 3\cdot 2!}{2\cdot 1\cdot 2!}}\cdot {\frac {3\cdot 2!}{1\cdot 2!}}+{\frac {3\cdot 2!}{1\cdot 2!}}\cdot {\frac {5\cdot 4!}{1\cdot 4!}}+{\frac {3\cdot 2!}{1\cdot 2!}}\cdot {\frac {4\cdot 3!}{1\cdot 3!}}=40+30+30+18+15+12=145}$ cara

Lihat pula

• Faktorial
• Kombinasi dan permutasi
• Permutasi
• Kombinadik
• Membangkitkan Kombinasi

Bacaan lebih lanjut

• Kurnianingsih, Sri (2007). Matematika SMA dan MA 2A Untuk Kelas XI Semester 1 Program IPA. Jakarta: Esis/Erlangga. ISBN 979-734-502-5.  Parameter |coauthors= yang tidak diketahui mengabaikan (|author= yang disarankan) (bantuan) (Indonesia)
• Kurnianingsih, Sri (2007). Matematika SMA dan MA 2A Untuk Kelas XI Semester 1 Program IPS. Jakarta: Esis/Erlangga. ISBN 979-734-563-7.  Parameter |coauthors= yang tidak diketahui mengabaikan (|author= yang disarankan) (bantuan) (Indonesia)