stdsquare²
🎓 Kelas
stdsquare / materi / slides / pertemuan-11
Tema
Japan
Arcade
Dark Retro
Font
‹ Daftar slide Pertemuan 11: Linear Programming — Dua Variabel
Program Studi Manajemen • FEB UNDIP

Matematika Bisnis

Pertemuan 11 — Linear Programming: Dua Variabel

Bagaimana perusahaan memilih kombinasi produk yang memaksimalkan keuntungan, mengingat sumber daya yang terbatas? Jawabannya: Linear Programming (LP — pemrograman linear, teknik matematis mencari nilai terbaik fungsi tujuan linear dengan batasan pertidaksamaan).

RPS MINGGU 12 • SUB-CPMK4 • DURASI 2 × 50 MENIT

Tujuan Pembelajaran Hari Ini

Setelah pertemuan ini, Anda diharapkan mampu memformulasikan dan menyelesaikan masalah LP dua variabel (Sub-CPMK4). Secara rinci:

CAPAIAN 1 — KOMPONEN LP
KONSEP
Menjelaskan fungsi tujuan (persamaan yang dioptimalkan), variabel keputusan, kendala (constraints — batasan sumber daya), dan syarat non-negativitas.
CAPAIAN 2 — FORMULASI
MODEL
Membuat sistem pertidaksamaan linear dari deskripsi verbal masalah produksi minimal 2 kendala, tanpa kesalahan formulasi.
CAPAIAN 3 — GRAFIK
GAMBAR
Menggambar daerah layak (feasible region — semua kombinasi yang memenuhi semua kendala sekaligus) dan mengidentifikasi corner points (titik sudut) secara akurat.
CAPAIAN 4 — OPTIMASI
OPTIMAL
Menentukan solusi optimal menggunakan metode titik sudut dan garis indiferensi (garis di mana keuntungan sama persis di semua titiknya).

Masalah Nyata: Pabrik Meubel Jepara

Bayangkan Anda manajer produksi CV Mebel Jepara. Anda membuat kursi (x) dan meja (y) — keduanya memakai kayu jati dan tenaga pengrajin yang jumlahnya terbatas.

KURSI (x)
Rp 200 rb
keuntungan per unit
Perlu 2 m³ kayu dan 4 jam kerja pengrajin per kursi.
MEJA (y)
Rp 300 rb
keuntungan per unit
Perlu 3 m³ kayu dan 2 jam kerja pengrajin per meja.
Stok kayu = 120 m³ • Total jam kerja = 160 jam. Berapa kursi dan meja yang harus diproduksi agar keuntungan maksimal? — Ini persis masalah LP. Kita selesaikan langkah demi langkah hari ini.
BLOK 1 dari 4
Apa Itu Linear Programming?
Komponen, jargon, dan cara berpikir LP — fondasi sebelum Anda menggambar atau menghitung.

Empat Komponen LP

Setiap masalah LP pasti terdiri dari empat komponen — seperti empat tungkai meja: lepas satu pun, meja tidak bisa berdiri.

1 — VARIABEL KEPUTUSAN
x, y
Simbol yang mewakili besaran yang dicari. Contoh: x = jumlah kursi, y = jumlah meja yang diproduksi.
2 — FUNGSI TUJUAN
Maks/Min Z
Persamaan yang dimaksimalkan atau diminimalkan. Contoh: Z = 200x + 300y (total keuntungan dalam ribuan rupiah).
3 — KENDALA (Constraints)
≤ / ≥
Pertidaksamaan linear yang mencerminkan batasan sumber daya. Contoh: 2x + 3y ≤ 120 (kayu); 4x + 2y ≤ 160 (jam kerja).
4 — NON-NEGATIVITAS
x,y ≥ 0
Produksi tidak boleh negatif — kendala bawaan setiap masalah LP. Selalu tuliskan di akhir model.

Variabel Keputusan & Non-Negativitas

Variabel keputusan harus merepresentasikan apa yang dikendalikan manajer secara langsung.

Cara mendefinisikan x dan y: "Misalkan x = banyak kursi yang diproduksi per hari, dan y = banyak meja yang diproduksi per hari." Selalu sertakan satuan yang jelas (unit/hari, kg/minggu, dll.).
ATURAN DEFINISI VARIABEL
  • Tulis definisi eksplisit sebelum membuat model
  • Sertakan satuan yang jelas (unit/hari, meter, dll.)
  • Non-negativitas: x ≥ 0, y ≥ 0 — selalu tuliskan di akhir model
Jebakan umum: Jangan campur variabel dan konstanta.
Harga per unit = parameter (angka tetap yang sudah diketahui); jumlah unit yang diproduksi = variabel (angka yang belum diketahui dan ingin dicari).

Dua Jenis Fungsi Tujuan dalam LP

MAKSIMASI (MAKS Z)
  • Tujuan: cari nilai MAKSIMUM Z
  • Lazim untuk: keuntungan, pendapatan, produksi
  • Contoh: Z = 200x + 300y → Maks Z
  • Kendala biasanya bertanda (sumber daya terbatas)
  • Iso-profit (iso-profit line — garis iso-keuntungan): geser ke kanan-atas
MINIMASI (MIN Z)
  • Tujuan: cari nilai MINIMUM Z
  • Lazim untuk: biaya, waktu, penggunaan bahan baku
  • Contoh: Z = 5x + 8y → Min Z
  • Kendala biasanya bertanda (kebutuhan minimum)
  • Iso-cost (iso-cost line — garis iso-biaya): geser ke kiri-bawah
Solusi optimal pada keduanya selalu berada di corner point (titik sudut) daerah layak.
BLOK 2 dari 4
Pertidaksamaan & Daerah Layak
Dari informasi verbal → pertidaksamaan → grafik → daerah layak.

Dari Kata Menjadi Pertidaksamaan

Kosakata translasi verbal → matematika (kamus wajib LP):

Frasa VerbalSimbol
"tidak lebih dari", "paling banyak", "tidak melebihi"
"tidak kurang dari", "paling sedikit", "minimal"
"sama dengan", "tepat", "persis"=
"setiap unit ... menggunakan/membutuhkan"koefisien (konsumsi per unit) di sisi kiri
"total ketersediaan / kapasitas"RHS (right-hand side — nilai di sisi kanan)
"keuntungan per unit"koefisien di fungsi tujuan
Contoh: "Setiap kursi memerlukan 2 m³ kayu, setiap meja 3 m³, total kayu yang tersedia 120 m³" → 2x + 3y ≤ 120

Menggambar Satu Pertidaksamaan Linear

Tiga langkah menggambar pertidaksamaan — contoh: 2x + 3y ≤ 120

Langkah 1 — Gambar garis batas: Ubah ke persamaan 2x + 3y = 120. Cari dua titik potong sumbu:
x = 0 → y = 40 → titik (0, 40)
y = 0 → x = 60 → titik (60, 0)
Hubungkan kedua titik dengan garis lurus.
Langkah 2 — Tentukan sisi yang diarsir: Uji titik (0, 0): 2(0) + 3(0) = 0 ≤ 120 ✓ → arsir sisi yang mengandung titik asal (0,0).
Langkah 3 — Gambar arsiran: Area di bawah/kiri garis, termasuk garis itu sendiri (tanda ≤ berarti garis ikut masuk daerah layak).
xy06040(0,40)(60,0)(0,0) ✓daerah layak

Daerah Layak (Feasible Region)

Daerah layak = irisan semua kendala sekaligus (termasuk x ≥ 0, y ≥ 0). Sistem Mebel Jepara:

2x + 3y ≤ 120 (kayu) → garis batas: (0,40) dan (60,0)
4x + 2y ≤ 160 (tenaga kerja / TK) → garis batas: (0,80) dan (40,0)
x ≥ 0, y ≥ 0 (non-negativitas)
Daerah layak = irisan arsiran SEMUA kendala = area yang diarsir oleh seluruh pertidaksamaan secara bersamaan. Di luar area ini, minimal satu kendala dilanggar.
xy04040kayu (2x+3y=120)TK (4x+2y=160)O(0,0)A(0,40)B(30,20)C(40,0)

Corner Points — Titik Sudut Daerah Layak

Teorema Fundamental LP: Jika masalah LP memiliki solusi optimal, maka solusi itu berada di salah satu corner point (titik sudut) daerah layak.

CARA MENEMUKAN CORNER POINTS
  • Titik potong garis batas dengan sumbu x → selesaikan y = 0
  • Titik potong garis batas dengan sumbu y → selesaikan x = 0
  • Titik persilangan dua garis batas → selesaikan sistem 2 persamaan linear
MEBEL JEPARA — CORNER POINTS
TitikxyKeterangan
O (0, 0)00titik asal
A (0, 40)040sumbu y, garis kayu
B (30, 20)3020persilangan dua garis
C (40, 0)400sumbu x, garis TK

Coba Sendiri: Temukan Corner Point Optimal Secara Visual

Ubah kendala produksi dan geser garis iso-profit, lalu amati corner point mana yang memberikan laba tertinggi pada daerah layak.

BLOK 3 dari 4
Metode Penyelesaian
Metode titik sudut dan garis indiferensi — dua cara menemukan solusi optimal.

Metode Titik Sudut — Lima Langkah

1
FORMULASI — Definisikan variabel; tulis fungsi tujuan (Maks/Min Z); tulis semua kendala termasuk non-negativitas.
2
GAMBAR — Gambar setiap pertidaksamaan; arsir sisi yang memenuhi; identifikasi daerah layak (irisan semua arsiran).
3
CORNER POINTS — Temukan semua titik sudut daerah layak (titik potong sumbu + persilangan antar garis batas via sistem 2×2).
4
EVALUASI Z — Substitusikan koordinat setiap corner point ke fungsi tujuan Z. Buat tabel: Corner Point • x • y • Nilai Z.
5
KEPUTUSAN — Pilih corner point dengan Z terbesar (maks) atau Z terkecil (min) sebagai solusi optimal.
Di ujian, tunjukkan semua lima langkah secara eksplisit — dosen memberikan poin per langkah, bukan hanya pada jawaban akhir.

Garis Iso-Profit / Garis Indiferensi

Garis iso-profit (garis indiferensi — "indiferen" berarti tidak peduli titik mana yang dipilih karena hasilnya identik) adalah garis Z = k (k = konstanta) — semua titik di atasnya menghasilkan keuntungan yang persis sama.

CONTOH: Z = 200x + 300y
Nilai ZTitik (x=0)Titik (y=0)
Z = 6.000(0, 20)(30, 0)
Z = 9.000(0, 30)(45, 0)
Z = 12.000(0, 40)(60, 0)
Semua garis iso-profit sejajar (kemiringan = −200/300 = −2/3 untuk semua). Semakin ke kanan-atas → Z semakin besar.
xyZ=6000Z=9000Z=12000geser ke kanan-atas

Menggunakan Garis Indiferensi untuk Menemukan Optimal

Geser garis iso-profit sampai titik terakhir yang masih menyentuh daerah layak.

Prosedur maksimasi:
1. Gambar satu garis iso-profit awal (misal Z = 6.000)
2. Gambar garis sejajar di Z lebih besar (Z = 9.000, dst.)
3. Perhatikan garis terakhir yang masih menyentuh daerah layak
4. Titik sentuh terakhir = solusi optimal
Minimasi: Geser garis iso-cost ke arah kiri-bawah (mendekati titik asal); titik pertama daerah layak yang disentuh = solusi optimal.

Catatan: Bila kemiringan garis iso-profit = kemiringan satu kendala, garis berimpit dengan sisi daerah layak → ada banyak solusi optimal sepanjang ruas tersebut.
Metode garis indiferensi dan metode titik sudut menghasilkan jawaban yang sama. Pilih sesuai preferensi atau sesuai instruksi soal.

Perbedaan: titik sudut = mudah numerik; garis indiferensi = memberikan intuisi visual mengapa suatu titik menjadi optimal.

HDN-1: CV Mebel Jepara — Formulasi & Grafik

Hitung dari Nol — Langkah 1 hingga 4 maksimasi keuntungan.

Langkah 1 — Definisi variabel:
x = jumlah kursi diproduksi (unit/hari)
y = jumlah meja diproduksi (unit/hari)
Langkah 2 — Fungsi tujuan:
Maks Z = 200x + 300y (ribuan rupiah)
Langkah 3 — Kendala:
2x + 3y ≤ 120   (kayu, m³)
4x + 2y ≤ 160   (jam kerja, jam)
x ≥ 0, y ≥ 0    (non-negativitas)
Langkah 4 — Titik potong sumbu:
Garis kayu: (0, 40) dan (60, 0)
Garis TK: (0, 80) dan (40, 0)
Persilangan dua garis → Slide 18
xy04040kayuTKO(0,0)A(0,40)B(30,20)C(40,0)

HDN-1 (Lanjutan): Evaluasi Corner Points & Solusi Optimal

Langkah 5 — Temukan titik B (persilangan dua garis):
Sistem: 2x + 3y = 120 & 4x + 2y = 160
Dari pers. 1: x = (120 − 3y) / 2
Substitusi ke pers. 2: 4·(120−3y)/2 + 2y = 160
240 − 6y + 2y = 160 → −4y = −80 → y = 20
Kembali: x = (120 − 60) / 2 = x = 30
→ Titik B = (30, 20)
Corner PointxyZ = 200x + 300y
O (0, 0)000
A (0, 40)04012.000
B (30, 20)302012.000 ★
C (40, 0)4008.000
Solusi optimal: Z = 12.000 (Rp 12.000.000/hari) dicapai di A(0,40) dan B(30,20). Ruas AB = himpunan solusi optimal alternatif. Secara manajerial, pilih B(30, 20).

Interpretasi Manajerial Solusi Optimal

Apa arti B(30, 20) bagi manajer CV Mebel Jepara?

Keputusan Produksi: Produksi 30 kursi dan 20 meja per hari untuk memaksimalkan keuntungan.
VERIFIKASI PENGGUNAAN SUMBER DAYA
Sumber DayaPerhitunganHasil
Kayu (m³)2(30) + 3(20) = 60 + 60120 m³ ✓ habis
Jam kerja4(30) + 2(20) = 120 + 40160 jam ✓ habis
Kedua sumber daya habis sepenuhnya: binding constraint (kendala mengikat — slack = 0, tidak ada sisa).
HASIL KEUANGAN
PeriodePerhitunganKeuntungan
Per hari200(30) + 300(20)Rp 12.000.000
Per bulan (25 hari)12.000.000 × 25Rp 300.000.000

HDN-2: Pabrik Tekstil Bandung — Minimasi Biaya

Hitung dari Nol — Pabrik tekstil Bandung memproduksi kain A (x meter) dan kain B (y meter). Total biaya bahan baku perlu diminimalkan.

Langkah 1 — Definisi variabel:
x = kain A diproduksi (meter); y = kain B diproduksi (meter)
Langkah 2 — Fungsi tujuan:
Min Z = 5x + 8y (biaya, ribuan rupiah/meter)
Langkah 3 — Kendala:
3x + y ≥ 90    (kebutuhan minimum pewarna)
x + 2y ≥ 60    (kebutuhan minimum serat)
x ≥ 0, y ≥ 0   (non-negativitas)
Arah arsiran berbeda! Uji (0,0): 3(0)+0=0 ≥ 90? TIDAK → arsir sisi yang tidak mengandung (0,0). Daerah layak berada di atas/kanan garis.
Langkah 4 — Titik potong sumbu:
Garis pewarna (3x+y=90): (0, 90) dan (30, 0)
Garis serat (x+2y=60): (0, 30) dan (60, 0)
CORNER POINTS AWAL
P (0, 90) — sumbu y, garis pewarna
R (60, 0) — sumbu x, garis serat
Q (?, ?) — persilangan → Slide 21

HDN-2 (Lanjutan): Evaluasi & Solusi Minimum Biaya

Langkah 5 — Temukan titik Q (persilangan dua garis):
Sistem: 3x + y = 90 & x + 2y = 60
Dari pers. 1: y = 90 − 3x
Substitusi: x + 2(90 − 3x) = 60
x + 180 − 6x = 60 → −5x = −120 → x = 24
y = 90 − 3(24) = 90 − 72 = y = 18
→ Titik Q = (24, 18)
Interpretasi: Produksi 24 meter kain A dan 18 meter kain B → biaya minimum Rp 264.000. Verifikasi: 3(24)+18 = 90 ≥ 90 ✓; 24+2(18) = 60 ≥ 60 ✓ (kedua kendala mengikat).
Corner PointxyZ = 5x + 8y
P (0, 90)0900 + 720 = 720
Q (24, 18)2418120 + 144 = 264 ★
R (60, 0)600300 + 0 = 300
Solusi optimal: Z minimum = 264 (Rp 264.000) di Q(24, 18).
Z terkecil dipilih untuk minimasi — bukan yang terbesar.

Kasus Khusus: Unbounded & Infeasible

Dua situasi "gagal" dalam LP yang wajib Anda kenali.

UNBOUNDED (TIDAK TERBATAS)
  • Daerah layak terbuka ke satu arah
  • Nilai Z bisa terus membesar tanpa batas (untuk maks)
  • Tanda: tidak ada corner point yang "mengurung" arah optimal
  • Lazim saat: ada kendala yang terlupakan
  • Masalah maks yang unbounded biasanya = formulasi salah
INFEASIBLE (TIDAK LAYAK)
  • Tidak ada titik (x, y) yang memenuhi semua kendala simultan
  • Daerah layak kosong — tidak ada solusi
  • Tanda: irisan semua kendala menghasilkan himpunan kosong
  • Contoh: x + y ≤ 10 sekaligus x + y ≥ 20 → mustahil
  • Jawaban di ujian: nyatakan "infeasible" dan jelaskan mengapa
Dalam bisnis nyata, produksi selalu dibatasi sesuatu (kapasitas mesin, permintaan pasar, modal) → masalah LP yang well-formulated tidak seharusnya unbounded.

Pengantar Shadow Price — Nilai Kelonggaran Sumber Daya

Shadow price (harga bayangan — nilai marjinal dari satu unit tambahan sumber daya yang membatasi): Jika kendala dilonggarkan satu unit, seberapa besar Z meningkat?

LangkahPerhitunganNilai
Kayu dasar (120 m³)Corner B = (30, 20)Z = 12.000
Kayu + 1 m³ = 121 m³B baru = (29,75; 20,5)Z = 12.100
ΔZ / Δkayu(12.100 − 12.000) / 1Shadow price = 100
Sumber: Lampiran A-4 materi pertemuan ini.
Interpretasi: Setiap 1 m³ kayu tambahan meningkatkan keuntungan optimal sebesar Rp 100.000. Bila harga kayu di pasar Rp 80.000/m³ → membeli kayu tambahan menguntungkan (shadow price lebih besar dari harganya).
Batasan: Shadow price berlaku hanya dalam rentang kecil perubahan kapasitas. Bila kelonggaran terlalu besar, shadow price berubah. Analisis sensitivitas lanjut → metode Simplex (kursus lanjutan).

Aplikasi Indonesia: Alokasi PTPN X (Pabrik Gula)

PTPN X (PT Perkebunan Nusantara X) mengelola pabrik gula di Jawa Timur dan harus mengalokasikan lahan tebu untuk dua produk: gula pasir (x, ton) dan molase (y, ton — tetes tebu bernilai ekspor sebagai bahan baku etanol dan pakan ternak).

KONTEKS LP PTPN X
  • Fungsi tujuan: Maks Z = p₁x + p₂y (keuntungan — nilai p proprietary PTPN)
  • Kendala utama: kapasitas giling tebu per hari (ton), kapasitas tangki molase, kebutuhan gula nasional minimum
  • Kendala regulasi: HPP (Harga Patokan Petani — harga referensi/floor price ditetapkan Kemendag/Bapanas untuk melindungi petani tebu; bukan "Harga Pokok Pembelian" yang merupakan konsep akuntansi biaya) → kendala ≥ minimum produksi gula
RELEVANSI LP DI INDUSTRI INDONESIA
  • Agro-industri (gula, kelapa sawit, kopi)
  • Logistik & distribusi (rute pengiriman)
  • Perbankan (alokasi kredit per sektor)
  • Maskapai (optimasi rute penerbangan)
  • Software: LINGO, CPLEX, Excel Solver — fondasi matematisnya = LP yang kita pelajari hari ini

Cheat Sheet — Lima Langkah LP Dua Variabel

#LangkahYang Dilakukan
1FormulasiDefinisikan x dan y; tulis fungsi tujuan (Maks/Min Z); tulis semua kendala + non-negativitas
2Gambar KendalaUbah tiap pertidaksamaan menjadi persamaan; cari 2 titik potong sumbu; gambar garis; arsir sisi yang memenuhi
3Daerah LayakAmbil irisan semua arsiran (termasuk kuadran I dari syarat x,y ≥ 0)
4Corner PointsTitik potong sumbu + persilangan antar garis (selesaikan sistem 2×2)
5Evaluasi & PutuskanSubstitusi koordinat setiap corner point ke Z; pilih Z maks atau Z min
Kunci sukses LP: tidak ada langkah yang bisa dilewati. Tiap langkah bergantung pada langkah sebelumnya. Di ujian, biasakan menggambar (Langkah 2–3) selalu, bahkan untuk soal yang terlihat mudah.

Latihan Kelas: Pabrik Garmen Semarang

Soal: Sebuah pabrik garmen di Semarang memproduksi kemeja (x unit) dan celana (y unit). Keuntungan per kemeja Rp 150.000 dan per celana Rp 250.000. Setiap kemeja membutuhkan 2 m kain dan 1 jam mesin; setiap celana membutuhkan 3 m kain dan 2 jam mesin. Tersedia 180 m kain dan 100 jam mesin per hari. Berapa kemeja dan celana yang diproduksi untuk memaksimalkan keuntungan?
LANGKAH YANG DIKERJAKAN
  • a. Definisikan x dan y
  • b. Tulis fungsi tujuan Z = …
  • c. Tulis sistem kendala
  • d. Cari titik potong sumbu tiap garis
  • e. Cari titik persilangan dua garis (corner point E)
  • f. Buat tabel evaluasi Z di setiap corner point
  • g. Nyatakan solusi optimal dan interpretasinya
Kunci jawaban (Lampiran A-3):
Maks Z = 150x + 250y
Kendala: 2x + 3y ≤ 180; x + 2y ≤ 100
Corner point E = (60, 20)
Z optimal = 14.000 (Rp 14.000.000/hari)
Produksi: 60 kemeja dan 20 celana per hari.

Pertemuan 11 — Selesai. Apa Selanjutnya?

RECAP HARI INI
  • ✔ LP = optimasi fungsi linear dengan kendala pertidaksamaan linear
  • ✔ 4 komponen: variabel, fungsi tujuan, kendala, non-negativitas
  • ✔ Daerah layak = irisan semua pertidaksamaan di kuadran I
  • ✔ Metode titik sudut & garis iso-profit/indiferensi
  • ✔ Maksimasi (CV Mebel Jepara: Z = 12.000) & minimasi (Tekstil Bandung: Z = 264)
  • ✔ Shadow price: nilai marjinal satu unit tambahan sumber daya
PERSIAPAN PERTEMUAN 12
  • Baca Haeussler et al. (2018) Bab 7 — fokus pada soal-soal aplikasi
  • Kerjakan 3 soal dari Bank Soal (Lampiran B)
  • Coba formulasikan satu masalah LP dari konteks bisnis yang Anda tahu (UMKM, usaha keluarga)
  • Pertemuan 12: topik berikutnya sesuai RPS
LP adalah fondasi Operations Research (Riset Operasional — bidang ilmu mengoptimalkan keputusan bisnis menggunakan model matematika). Kuasai dua variabel sekarang → LP banyak variabel (metode Simplex) lebih mudah dipelajari nanti.

📖 Baca juga: Dcf Valuation — penjelasan mendalam dan contoh numerik.