STATISTIKA & PROBABILITAS Statistics & Probability

1. STATISTIKA & PROBABILITAS Statistics & Probability Dr.Eng. Agus Setyo Muntohar, S.T., M.Eng.Sc. Program Studi Teknik Sipil Universitas Muhammadiyah Yogyakarta 9 Februari 2009

2. Filosofi Pembelajaran • Tell me, I’ll forget • Show me, I’ll remember • Involve me, I’ll understand

3. Syllabus • Topik Bahasan: • Pengantar Peran statistika dan probabilitas dalam Teknik Sipil: Ketidakpastian dalam bidang Teknik, Contoh Kasus • Dasar Model Probabilitas: Kejadian dan Probabilitas, Teori Pasangan, Matematika Probabilitas • Model Analitik Kejadian Acak: Variabel Acak dan Distribusi Probabilitas, Fungsi Dsitribusi Probabilitas. • Fungsi Variabel Acak: Variable Tunggal dan Variabel Banyak. • Simulasi Metode Probabilitas berbasis Komputer: Simulasi Monte Carlo. • Analisis Statistik dan Pengamatan Data: Estimasi Parameter, Uji Hipotesis, Confidence Interval. • Buku Acuan: • Ang, A.H.S, and Tang, W.H., 2007, “Probability Concepts in Engineering: Emphasis on Application in Civil & Environmental Engineering”. 2nd Edition, John Wiley & Sons.

4. Syllabus • Tujuan: • Mahasiswa dapat melakukan analisis statistik dan probabilitas sederhana dalam bidang Teknik Sipil. • Mahasiswa dapat memahami dasar-dasar statistik dan probabilitas. • Kredit : 2 SKS • Dosen: • Nama: Dr.Eng. Agus Setyo Muntohar, S.T., M.Eng.Sc. • Ruang: Lab. Komputer Teknik Sipil. • Email: muntohar@umy.ac.id • No. Ekstensi Telp.: 229 • Kuliah: • Pertemuan kelas : 14 kali • Tutorial: 7 kali • Mahasiswa wajib mengikuti seluruh pertemuan di kelas dan tutorial.

5. Syllabus • Sistem Penilaian: • Kehadiran = 10% • Tugas mandiri = 20% • Ujian tengah semester = 30% • Ujian akhir semester = 40% • Nilai Akhir: • A > 80 • B = 70 – 80 • C = 55 – 70 • D = 40 – 55 • E < 40 • Segala perbuatan curang (menyontek, kerjasama dalam ujian, plagiat) selama perkuliahan dapat mengurangi nilai atau diberikan nilai E. • Sistem Pengajaran: • Mahasiswa dikelompokkan dalam 4 -5 kelompok membahas materi yang ditugaskan. • Setiap kelompok menyiapkan makalah dan menyajikan sesuai topik bahasan.

6. 1. PENGANTAR Filosofi Probabilitas 17 Februari 2009

7. Apakah yang Anda pikirkan tentang Probabilitas? • Kondisi Tidak Pasti (uncertainty) v.s. Acak (randomness) • Frekuensi Relatif (relative frequency) v.s. Derajat Yakin/Pasti (plausibility)

8. Ilustrasi-1 • Ketika Anda melemparkan uang logam (coin), terdapat dua kemungkinan hasil: “gambar “dan “angka”. • Hasil tersebut tidak pasti atau acak? • Kita mengganggap uang logam tersebut seimbang. Sehingga probabilitas hasil berupa “gambar” adalah 0,5. • Untuk ilustrasi ini, apakah yang Anda pikirkan ketika mengatakan probabilitas gambar yang muncul adalah 0,5?

9. Ilustrasi-2 • Anda berdiri dibawah pohon, dan seseorang bertanya: “Berapa banyak daun yang ada pada pohon?” • Jawabannya “Tidak Pasti” atau “Acak”. • Setelah Anda melihat pohon, lalu, menjawab: “probabilitas jumlah daun lebih dari 1000 adalag 0,1”. • Dengan demikian, Apakah yang dimaksud dengan Probabilitas menurut Anda?

10. Ilustrasi-3 • Anda adalah seorang Insinyur Sipil yang membangun suatu gedung, lalu seseorang bertanya: “Berapa reaksi pada fondasi?” • Anda tidak yakin dan secara jujur mengatakan: “Saya tidak yakin berapa reaksinya, tapi saya pikir probabilitas reaksinya lebih dari 100 kN sangat kecil yaitu 0,01”. • Untuk ilustrasi ini, Apakah yang dimaksud dengan Probabilitas menurut Anda?

11. Kondisi Acak – Frekuensi Relatif • Kondisi acak adalah satu kondisi dimana hasil atau keadaan tidak dapat diprediksi. • Jika dilakukan percobaan maka akan memberikan hasil yang berbeda dari waktu ke waktu. • Sehingga pada ilustrasi 1, probabilitas 0,5 merupakan frekuensi relatif bahwa hasil lemparan berupa gambar.

12. Tidak Pasti – Derajat Yakin (plausibility) • Konsep frekuensi relatif dapat membingungkan dalam bidang teknik sipil. • Pada ilustrasi 3, apakah reaksi pada fondasi merupakan kondisi acak? • Tentu saja reaksi pada fondasi bukanlah kondisi acak. Sehingga, frekuensi relatif tidak bisa menunjukkan probabilitas. • Probabilitas yang dimaksud adalah derajat yakin atau pasti. Maka probabilitas ini ukuran dari derajat yakin atau pasti (plausibility) seperti pada ilustrasi 2 dan 3.

13. 2. DASAR-DASAR MODEL PROBABILITAS 04 Maret 2009

14. 2.1. Probabilitas dan Kejadian

15. KONSEP PROBABILITAS • Banyaknya kejadian yang sulit diketahui dengan pasti. • Akan tetapi kejadian tersebut dapat kita ketahui akan terjadi dengan melihat fakta-fakta yang ada. • Dalam statistika fakta-fakta tersebut digunakan untuk mengukur derajat kepastian atau keyakinan yang disebut dengan Probabilitas atau Peluang dan dilambangkan dengan P.

16. Karakteristik Probabilitas • Probabilitas dapat diartikan sebagai kemungkinan (likelihood) terjadinya suatu kejadian (event) relatif terhadap kejadiannya lainnya. Dalam arti, dapat terjadi lebih dari satu kejadian. • Secara kuantitative, probabilitas adalah pengukuran numerik terhadap kemungkinan terjadinya suatu kejadian dalam rangkaian alternatif kejadian yang akan dapat terjadi.

17. Contoh Probabilitas dalamTeknik Sipil (1) • Contoh 1: Suatu kontraktor alat-alat berat memerlukan bulldozer untuk mengerjakan suatu proyek baru. Berdasarkan pengalaman sebelumnya, hanya 50% bulldozer yang masih dapat dijalankan selama 6 bulan. Bila kontraktor tersebut membeli 3 bulldozer baru, berapakah probabilitas bahwa hanya 1 bulldozer saja yang masih beroperasi setelah 6 bulan? • Kemungkinan hanya 1 bulldozer yang beroperasi yaitu: ONN, NNO, NON. • Bila kemungkinan terjadinya adalah sama, maka probabilitasnya adalah 3/8 • Kemungkinan beroperasinya bulldozer baru setelah 6 bulan dapat dinyatakan: • OOO : semua bulldozer masih beroperasi • OON : hanya bulldozer ke-1 dan ke-2 yang beroperasi, sedangkan bulldozer ke-3 tidak beroperasi • ONN : hanya bulldozer ke-1 yang beroperasi • NNN : tidak ada bulldozer yang beroperasi • NOO • NNO • ONO • NON

18. Contoh Probabilitas dalamTeknik Sipil (2) • Contoh 2: Di suatu ruas jalan direncanakan untuk membuat jalur khusus belok kanan. Probabilitas 5 mobil menunggu berbelok diperlukan untuk menentukan panjang garis pembagi jalan. Untuk keperluan ini dilakukan survey selama 2 bulan dan diperoleh 60 hasil pengamatan. • Probabilitas kejadian 5 mobil menunggu untuk berbelok kanan adalah 3/60 (2/60 + 1/60)

19. PERUMUSAN PROBABILITAS Bila kejadian E terjadi dalam m cara dari seluruh n cara yang mungkin terjadi dimana masing-masing n cara tersebut mempunyai kesempatan atau kemungkinan yang sama untuk muncul, maka probabilitas kejadian E adalah :

20. PERUMUSAN PROBABILITAS(lanjutan) Contoh : Hitung probabilitas memperoleh kartu hati bila sebuah kartu diambil secara acak dari seperangkat kartu bridge yang lengkap! Jawab: Jumlah seluruh kartu = 52 Jumlah kartu hati = 13 Misal E adalah kejadian munculnya kartu hati, maka :

21. 2.2. Kejadian dan Rangkaian Kejadian

22. BILANGAN FAKTORIAL Bilangan faktorial ditulis n! Rumus : n! = n(n-1)(n-2)…3.2.1 dimana : 0! = 1 dan 1! = 1 Contoh : 5! = 5.(5-1).(5-2).(5-3).(5-4)=5.4.3.2.1 =120

23. PERMUTASI (1) Susunan-susunan yang dibentuk dari anggota-anggota suatu himpunan dengan mengambil seluruh atau sebagian anggota himpunan dan memberi arti pada urutan anggota dari masing-masing susunan tersebut. Permutasi ditulis dengan P.

24. PERMUTASI (2) Bila himpunan terdiri dari n anggota dan diambil sebanyak r, maka banyaknya susunan yang dapat dibuat adalah : Contoh : Bila n=4 dan r=2, maka

25. PERMUTASI (3) Bila himpunan tersebut mempunyai anggota yang sama, maka banyak permutasi yang dapat dibuat adalah : dimana n1+n2+n3+…+nk = n Contoh : Berapa banyak susunan yang dapat dibuat dari kata TEKNIK SIPIL? Banyak n = 11 Huruf E = 1 = n1 Huruf I = 3 = n2 Huruf K = 2 = n3 Huruf L = 1 = n4 Huruf N = 1 = n5 Huruf P = 1 = n6 Huruf S = 1 = n8 Huruf T = 1 = n9 Maka banyak permutasi adalah :

26. KOMBINASI (1) Susunan-susunan yang dibentuk dari anggota-anggota suatu himpunan dengan mengambil seluruh atau sebagian dari anggota himpunan itu tanpa memberi arti pada urutan anggota dari masing-masing susunan tersebut. Kombinasi ditulis dengan C.

27. Bila himpunan terdiri dari n anggota dan diambil sebanyak r, maka banyaknya susunan yang dapat dibuat adalah : Contoh : Bila n=4 dan r=2, maka KOMBINASI (2)

28. KOMBINASI (3) Contoh : Dalam suatu kelompok terdiri dari 4 orang ahli geoteknik dan 3 orang ahli struktur. Buatlah juri yang terdiri dari 2 orang ahli geoteknik dan 1 orang ahli struktur! Jawab : Banyaknya jenis juri yang dapat dibentuk adalah 6 x 3 = 18 pasangan juri.

29. LATIHAN • Dalam berapa cara 6 kelereng yang warnanya berbeda dapat disusun dalam satu baris? • Dari kelompok ahli ada 5 orang sarjana teknik sipil dan 7 sarjana ekonomi. Akan dibuat tim kerja yang terdiri atas 2 sarjana teknik sipil dan 3 sarjana ekonomi. Berapa banyak cara untuk membuat tim itu jika : a. tiap orang dapat dipilih dengan bebas b. seorang sarjana ekonomi harus ikut dalam tim itu c. dua sarjana ekonomi tidak boleh ikut dalam tim itu

30. 2.3. Ruang Sampel dan Kejadian

31. Definisi Penting • Ruang sampel (sample space) adalah himpunan yang unik dari semua hasil yang mungkin muncul atau terjadi pada suatu percobaan kondisi acak. Ruang sampel dilambangkan dengan S dan anggota-anggotanya disebut titik sampel. • Kejadian sederhana (simple event): satu hasil dari ruang sampel atau hasil yang dimungkinkan dari suatu kondisi acak. • Kejadian (event) adalah himpunan dari hasil yang muncul atau terjadi pada suatu percobaan acak. Kejadian dilambangkan dengan A dan anggota-anggotanya disebut juga titik sampel.

32. Ruang Sampel dan Digram Venn Ruang sampel S Himpunan semesta S Kejadian A Himpunan bagian A Titik sampel Anggota himpunan S A

33. Ruang Sampel dan Kejadian (1) • Bila kejadian A terjadi dalam m cara pada ruang sampel S yang terjadi dalam n cara maka probabilitas kejadian A adalah : • dimana : • n(A) = banyak anggota A • n(S) = banyak anggota S

34. Ruang Sampel dan Kejadian (3) Contoh : Pada pelemparan 2 buah uang logam : • Tentukan ruang sampel! • Bila A menyatakan kejadian munculnya sisi-sisi yang sama dari 2 uang logam tersebut, tentukan probabilitas kejadian A! Jawab : • Ruang sampelnya : • A = {(,g,g),(a,a)} , maka n(A) = 2 dan n(S) = 4, sehingga probabilitas kejadian A adalah :

35. Ruang Sampel dan Kejadian (4) Latihan : Pada pelemparan dua buah dadu : • Tentukan ruang sampelnya! • Bila A menyatakan kejadian munculnya dua dadu dengan muka sama, tentukan P(A)! • Bila B menyatakan kejadian munculnya jumlah muka dua dadu kurang dari 5, tentukan P(B)! • Bila C menyatakan kejadian munculnya jumlah muka dua dadu lebih dari sama dengan 7, tentukan P(C)!

36. 2.4. Matematika Probabilitas

37. Sifat Probabilitas Kejadian A • Bila 0<P(A)<1, maka n(A) akan selalu lebih sedikit dari n(S) • Bila A = 0, himpunan kosong maka A tidak terjadi pada S dan n(A)=0 sehingga P(A) = 0 • Bila A = S, maka n(A)=n(S)=n sehingga P(A) = 1

38. Perumusan Probabilitas Kejadian Majemuk Maka banyak anggota himpunan gabungan A dan B adalah : n(AB) = n(A) + n(B) – n(AB) Kejadian majemuk adalah gabungan atau irisan kejadian A dan B, maka probabilitas kejadian gabungan A dan B adalah: P(AB) = P(A) + P(B) – P(AB) S S A B B A

39. Perumusan Probabilitas Kejadian Majemuk (2) Untuk 3 kejadian maka : Maka Probabilitas majemuknya adalah : P(AB C) = P(A) + P(B) + P(C) – P(AB) – P(AC) – P(BC) + P(AB C) S A B C

40. Contoh Kejadian Gabungan • Ketika menjelaskan kondisi pengadaan bahan konstruksi, bila E1 adalah kejadian yang menunjukkan kekurangan beton, dan E2 adalah kejadian yang menunjukkan kekurangan baja. Maka gabungan kejadian E1E2 adalah kekurangan beton atau baja.

41. PERUMUSAN PROBABILITAS KEJADIAN MAJEMUK (lanjutan) E1 B A E2

42. PERUMUSAN PROBABILITAS KEJADIAN MAJEMUK (lanjutan) Contoh 1 : Diambil satu kartu acak dari satu set kartu bridge yang lengkap. Bila A adalah kejadian terpilihnya kartu As dan B adalah kejadian terpilihnya kartu wajik, maka hitunglah P(AB) Jawab :

43. PERUMUSAN PROBABILITAS KEJADIAN MAJEMUK (lanjutan) Contoh 2 : Peluang seorang mahasiswa lulus Kalkulus adalah 2/3 dan peluang ia lulus Statistika adalah 4/9. Bila peluang lulus sekurang-kurangnya satu mata kuliah di atas adalah 4/5, berapa peluang ia lulus kedua mata kuliah tersebut? Jawab : Misal A = kejadian lulus Kalkulus B = kejadian lulus Statistika

44. DUA KEJADIANSALING LEPAS Bila A dan B adalah dua kejadian sembarang pada S dan berlaku AB = 0, maka A dan B dikatakan dua kejadian yang saling lepas. Dua kejadian tersebut tidak mungkin terjadi secara bersamaan. Dengan demikian probabilitas AB adalah : S A B

45. DUA KEJADIANSALING LEPAS (lanjutan) Contoh : Pada pelemparan dua buah dadu, tentukan probabilitas munculnya muka dua dadu dengan jumlah 7 atau 11! Jawab : Misal A = kejadian munculnya jumlah 7 B = kejadian munculnya jumlah 11 Tentukan ruang sampelnya dulu! Dari ruang sampel akan diperoleh : A = {(6,1),(5,2),(4,3),(2,5), (1,6), (3,4)} B = {(6,5),(5,6)} Maka P(AB) = 0 yang berarti A dan B saling lepas. P(A) = 6/36 , P(B)=2/36 sehingga

46. Dua Kejadian Saling Komplementer Bila AB, maka Ac atau A’ adalah himpunan S yang bukan anggota A. Dengan demikian dan Rumus probabilitasnya : S A A’

47. Dua Kejadian Saling Komplementer Latihan Sebuah kotak berisi 8 bola merah, 7 bola putih, dan 5 bola biru. Jika diambil 1 bola secara acak, tentukan probabilitas terpilihnya: a. Bola merah b. Bola putih c. Bola biru d. Tidak merah e. Merah atau putih

48. Dua Kejadian Saling Bebas Dua kejadian A dan B dalam ruang sampel S dikatakan saling bebas jika kejadian A tidak mempengaruhi kejadian B dan sebaliknya kejadian B juga tidak mempengaruhi kejadian A. Rumus :

49. Dua Kejadian Saling Bebas (Lanjutan) Contoh : Pada pelemparan dua buah dadu, apakah kejadian munculnya muka X  3 dadu I dan kejadian munculnya muka Y  5 dadu II saling bebas? Jawab : A= kejadian munculnya muka X  3 dadu I B= kejadian munculnya muka Y  5 dadu II Dari ruang sampel diperoleh : A={(1,1),(1,2),(1,3),(1,4),(1,5),(1,6), (2,1),(2,2),(2,3),(2,4),(2,5), (2,6), (3,1),(3,2),(3,3),(3,4),(3,5),(3,6)} B={(1,5),(2,5),(3,5),(4,5),(5,5),(6,5),(1,6),(2,6),(3,6), (4,6),(5,6),(6,6)} Maka diperoleh P(A) = 18/36 = ½ dan P(B) = 12/36 = 1/3 Tetapi juga berlaku maka A dan B saling bebas.

50. Probabilitas Bersyarat Kejadian A terjadi dengan syarat kejadian B lebih dulu terjadi, dikatakan kejadian A bersyarat B dan ditulis A/B. Probabilitas terjadinya A bila kejadian B telah terjadi disebut probabilitas bersyarat P(A/B). Rumusnya :