कक्षा 10 गणित अध्याय 7: निर्देशांक ज्यामिति | नोट्स, प्रश्न-उत्तर व MCQ टेस्ट | Bihar Board
अध्याय 7 : निर्देशांक ज्यामिति
📖 पाठ परिचय — निर्देशांक ज्यामिति क्या है?
मैं जब भी यह अध्याय अपनी क्लास में शुरू करता हूँ, छात्रों से एक सवाल पूछता हूँ — "अगर आप किसी अनजान शहर में खड़े हैं और आपको किसी खास घर पहुँचना है, तो आप क्या पूछते हैं?" छात्र कहते हैं: गली नंबर और मकान नंबर। निर्देशांक ज्यामिति में ठीक यही होता है — किसी समतल तल (Cartesian Plane) पर किसी बिंदु की सटीक स्थिति उसका क्रमित युग्म (x, y) होता है!
17वीं शताब्दी के महान फ्रांसीसी दार्शनिक और गणितज्ञ रेने डेसकार्टेस (René Descartes) ने सबसे पहले बीजगणित (Algebra) और ज्यामिति (Geometry) को एक साथ जोड़ा, इसलिए इस तल को कार्तीय तल (Cartesian Plane) भी कहा जाता है।
- x-निर्देशांक (भुज - Abscissa): y-अक्ष से बिंदु की लंबवत/क्षैतिज दूरी।
- y-निर्देशांक (कोटि - Ordinate): x-अक्ष से बिंदु की लंबवत/ऊर्ध्वाधर दूरी।
- मूल बिंदु (Origin): जहाँ दोनों अक्ष एक-दूसरे को लंबवत काटते हैं, उसके निर्देशांक सदैव (0, 0) होते हैं।
पहला कदम — चतुर्थांश (Quadrants) और अक्षों पर बिंदु
दोनों अक्ष कार्तीय तल को चार बराबर भागों में बाँटते हैं, जिन्हें चतुर्थांश कहते हैं:
| चतुर्थांश | चिन्ह (x, y) | उदाहरण बिंदु | पहचानने की ट्रिक |
|---|---|---|---|
| प्रथम (I) | (+, +) | (2, 3), (4, 5) | दोनों मान धनात्मक |
| द्वितीय (II) | (−, +) | (−2, 3), (−5, 1) | x ऋणात्मक, y धनात्मक |
| तृतीय (III) | (−, −) | (−2, −3), (−4, −5) | दोनों मान ऋणात्मक |
| चतुर्थ (IV) | (+, −) | (2, −3), (6, −2) | x धनात्मक, y ऋणात्मक |
- यदि कोई बिंदु x-अक्ष पर है, तो उसकी कोटि हमेशा शून्य होगी: (x, 0)।
- यदि कोई बिंदु y-अक्ष पर है, तो उसका भुज हमेशा शून्य होगा: (0, y)।
- मूल बिंदु (0, 0) या अक्षों पर स्थित बिंदु किसी भी चतुर्थांश में नहीं आते!
दूसरा कदम — दूरी सूत्र (Distance Formula)
समतल पर किन्हीं दो बिंदुओं P(x₁, y₁) और Q(x₂, y₂) के बीच सीधी दूरी ज्ञात करने के लिए पाइथागोरस प्रमेय का प्रयोग किया जाता है:
मूल बिंदु (0, 0) से किसी बिंदु P(x, y) की दूरी:
बिंदु A(2, 3) और B(4, 1) के बीच की दूरी ज्ञात कीजिए।
तीसरा कदम — विभाजन सूत्र (Section Formula)
यदि कोई बिंदु P(x, y), बिंदुओं A(x₁, y₁) और B(x₂, y₂) को मिलाने वाले रेखाखंड को आंतरिक रूप से m₁ : m₂ के अनुपात में विभाजित करता है, तो:
y = (m₁y₂ + m₂y₁) / (m₁ + m₂)
मध्य-बिंदु सूत्र (Midpoint Formula)
जब बिंदु P रेखाखंड AB को ठीक बीचों-बीच (1:1 अनुपात में) काटता है:
उस बिंदु के निर्देशांक ज्ञात कीजिए जो (−1, 7) और (4, −3) को 2:3 के अनुपात में विभाजित करता है।
4. त्रिभुज का क्षेत्रफल और संरेखी होने की शर्त
यदि किसी त्रिभुज के तीनों शीर्ष A(x₁, y₁), B(x₂, y₂) और C(x₃, y₃) हों, तो उसका क्षेत्रफल:
1. 123 → x₁ (y₂ − y₃)
2. 231 → x₂ (y₃ − y₁)
3. 312 → x₃ (y₁ − y₂)
तीनों को जोड़कर 1/2 से गुणा करें और हमेशा धनात्मक मान (मापांक) लें!
यदि तीन बिंदु A, B और C एक ही सीधी रेखा में हों, तो उनसे कोई त्रिभुज नहीं बन सकता। अतः त्रिभुज का क्षेत्रफल = 0 होगा। परीक्षा में जब भी अज्ञात मान 'k' निकालने को कहे, तो क्षेत्रफल को 0 के बराबर रख दें!
📌 परीक्षा सारांश (Master Formulas)
- मूल बिंदु से दूरी: d = √(x² + y²)
- दो बिंदुओं के बीच दूरी: d = √[(x₂ − x₁)² + (y₂ − y₁)²]
- मध्य-बिंदु निर्देशांक: [(x₁ + x₂)/2, (y₁ + y₂)/2]
- अनुपात k:1 विधि: जब भी प्रश्न पूछे "किस अनुपात में विभाजित करता है?", तो अनुपात हमेशा k : 1 मानें।
- त्रिभुज का केन्द्रक: [(x₁ + x₂ + x₃)/3, (y₁ + y₂ + y₃)/3]
- चतुर्भुज का क्षेत्रफल: एक विकर्ण खींचकर उसे दो त्रिभुजों में बाँटें और दोनों के क्षेत्रफलों को जोड़ दें।
🎯 प्रश्नोत्तरी — Step-by-Step समाधान
परीक्षा में पूरे अंक लाने के लिए प्रत्येक चरण को स्पष्ट लिखें।
चरण 1: दिए गए बिंदु: (x₁, y₁) = (2, 3) तथा (x₂, y₂) = (4, 1)
चरण 2: दूरी सूत्र: d = √[(x₂ − x₁)² + (y₂ − y₁)²]
चरण 3: d = √[(4 − 2)² + (1 − 3)²] = √[2² + (−2)²] = √[4 + 4] = √8
चरण 4: √8 = √(4 × 2) = 2√2 मात्रक
अंतिम उत्तर: दूरी = 2√2 मात्रक।
चरण 1: x₁ = −5, y₁ = 7 तथा x₂ = −1, y₂ = 3
चरण 2: d = √[(−1 − (−5))² + (3 − 7)²]
चरण 3: = √[(−1 + 5)² + (−4)²] = √[4² + 16] = √[16 + 16] = √32
चरण 4: √32 = √(16 × 2) = 4√2
अंतिम उत्तर: दूरी = 4√2 मात्रक।
चरण 1: x₁ = −1, y₁ = 7, x₂ = 4, y₂ = −3 तथा m₁ = 2, m₂ = 3
चरण 2: x = (m₁x₂ + m₂x₁)/(m₁ + m₂) = [2(4) + 3(−1)] / (2 + 3) = (8 − 3)/5 = 5/5 = 1
चरण 3: y = (m₁y₂ + m₂y₁)/(m₁ + m₂) = [2(−3) + 3(7)] / (2 + 3) = (−6 + 21)/5 = 15/5 = 3
अंतिम उत्तर: अभीष्ट बिंदु के निर्देशांक = (1, 3)।
चरण 1: PQ = 10 ⇒ PQ² = 100
चरण 2: (10 − 2)² + [y − (−3)]² = 100
चरण 3: 8² + (y + 3)² = 100 ⇒ 64 + (y + 3)² = 100
चरण 4: (y + 3)² = 100 − 64 = 36 ⇒ y + 3 = ±6
चरण 5: y = 6 − 3 = 3 अथवा y = −6 − 3 = −9
अंतिम उत्तर: y = 3 अथवा −9।
चरण 1: मध्य-बिंदु सूत्र: [(x₁ + x₂)/2, (y₁ + y₂)/2]
चरण 2: x = [4 + (−2)] / 2 = 2/2 = 1
चरण 3: y = [−1 + (−3)] / 2 = −4/2 = −2
अंतिम उत्तर: मध्य-बिंदु = (1, −2)।
चरण 1: माना x-अक्ष पर वह बिंदु P(x, 0) है। दिया है: PA = PB ⇒ PA² = PB²
चरण 2: PA² = (x − 2)² + (0 − (−5))² = x² − 4x + 4 + 25 = x² − 4x + 29
चरण 3: PB² = [x − (−2)]² + (0 − 9)² = (x + 2)² + 81 = x² + 4x + 4 + 81 = x² + 4x + 85
चरण 4: x² − 4x + 29 = x² + 4x + 85 ⇒ −4x − 4x = 85 − 29
चरण 5: −8x = 56 ⇒ x = −7
अंतिम उत्तर: वह बिंदु (−7, 0) है।
चरण 1: त्रिभुज के क्षेत्रफल का सूत्र लगाएँ:
Area = 1/2 |x₁(y₂ − y₃) + x₂(y₃ − y₁) + x₃(y₁ − y₂)|
चरण 2: = 1/2 |1(3 − (−11)) + 2(−11 − 5) + (−2)(5 − 3)|
चरण 3: = 1/2 |1(14) + 2(−16) − 2(2)| = 1/2 |14 − 32 − 4| = 1/2 |−22| = 11 ≠ 0
निष्कर्ष: चूँकि क्षेत्रफल 0 नहीं आया (11 वर्ग मात्रक आया है), अतः ये बिंदु संरेखी नहीं हैं।
चरण 1: संरेखी होने पर त्रिभुज का क्षेत्रफल = 0
1/2 [x₁(y₂ − y₃) + x₂(y₃ − y₁) + x₃(y₁ − y₂)] = 0
चरण 2: 2[k − (−3)] + 4(−3 − 3) + 6(3 − k) = 0
चरण 3: 2(k + 3) + 4(−6) + 6(3 − k) = 0
चरण 4: 2k + 6 − 24 + 18 − 6k = 0 ⇒ −4k = 0 ⇒ k = 0
अंतिम उत्तर: k = 0।
चरण 1: Area = 1/2 |5(7 − (−4)) + 4(−4 − 2) + 7(2 − 7)|
चरण 2: = 1/2 |5(11) + 4(−6) + 7(−5)| = 1/2 |55 − 24 − 35|
चरण 3: = 1/2 |55 − 59| = 1/2 |−4| = 4/2 = 2 वर्ग मात्रक
अंतिम उत्तर: क्षेत्रफल = 2 वर्ग मात्रक।
चरण 1: x = (3×8 + 1×4) / (3 + 1) = (24 + 4)/4 = 28/4 = 7
चरण 2: y = [3×5 + 1×(−3)] / (3 + 1) = (15 − 3)/4 = 12/4 = 3
अंतिम उत्तर: अभीष्ट बिंदु = (7, 3)।
चरण 1: शीर्ष पहचानें: x₁ = 2, y₁ = 3; x₂ = −1, y₂ = 0; x₃ = 2, y₃ = −4
चरण 2: क्षेत्रफल सूत्र:
Area = 1/2 |x₁(y₂ − y₃) + x₂(y₃ − y₁) + x₃(y₁ − y₂)|
चरण 3: मान प्रतिस्थापित करें:
= 1/2 |2[0 − (−4)] + (−1)(−4 − 3) + 2(3 − 0)|
= 1/2 |2(4) + (−1)(−7) + 2(3)|
= 1/2 |8 + 7 + 6| = 1/2 |21| = 21/2 = 10.5
अंतिम उत्तर: त्रिभुज का क्षेत्रफल = 10.5 वर्ग मात्रक।
चरण 1: समांतर चतुर्भुज के विकर्ण (AC और BD) एक-दूसरे को समद्विभाजित करते हैं।
अर्थात विकर्ण AC का मध्य-बिंदु = विकर्ण BD का मध्य-बिंदु।
चरण 2: AC का मध्य-बिंदु = [(6 + 9)/2, (1 + 4)/2] = (15/2, 5/2)
चरण 3: BD का मध्य-बिंदु = [(8 + p)/2, (2 + 3)/2] = [(8 + p)/2, 5/2]
चरण 4: दोनों के x-निर्देशांक बराबर रखें:
(8 + p)/2 = 15/2 ⇒ 8 + p = 15 ⇒ p = 15 − 8 = 7
अंतिम उत्तर: p = 7।
चरण 1: रेखाखंड AB को 4 बराबर भागों में बाँटने के लिए 3 बिंदु P, Q, R की आवश्यकता है (A — P — Q — R — B)।
चरण 2: बिंदु Q, रेखाखंड AB का ठीक मध्य-बिंदु है:
Q = [(−2 + 2)/2, (2 + 8)/2] = (0/2, 10/2) = (0, 5)
चरण 3: बिंदु P, रेखाखंड AQ का मध्य-बिंदु है:
P = [(−2 + 0)/2, (2 + 5)/2] = (−2/2, 7/2) = (−1, 3.5)
चरण 4: बिंदु R, रेखाखंड QB का मध्य-बिंदु है:
R = [(0 + 2)/2, (5 + 8)/2] = (2/2, 13/2) = (1, 6.5)
अंतिम उत्तर: तीनों बिंदुओं के निर्देशांक (−1, 7/2), (0, 5) तथा (1, 13/2) हैं।
चरण 1: माना y-अक्ष इस रेखाखंड को k : 1 के अनुपात में बिंदु P(0, y) पर विभाजित करता है।
चरण 2: विभाजन सूत्र से x-निर्देशांक:
0 = [k(−1) + 1(5)] / (k + 1) ⇒ −k + 5 = 0 ⇒ k = 5
अतः अभीष्ट अनुपात 5 : 1 है।
चरण 3: अब y-निर्देशांक निकालें:
y = [5(−4) + 1(−6)] / (5 + 1) = (−20 − 6) / 6 = −26/6 = −13/3
अंतिम उत्तर: अनुपात = 5:1 तथा प्रतिच्छेद बिंदु = (0, −13/3)।
चरण 1: विकर्ण AC खींचकर चतुर्भुज ABCD को दो त्रिभुजों ΔABC और ΔACD में बाँटें।
चरण 2: Ar(ΔABC) शीर्ष (−4, −2), (−3, −5), (3, −2):
= 1/2 |−4(−5 − (−2)) + (−3)(−2 − (−2)) + 3(−2 − (−5))|
= 1/2 |−4(−3) + (−3)(0) + 3(3)| = 1/2 |12 + 0 + 9| = 21/2 वर्ग मात्रक
चरण 3: Ar(ΔACD) शीर्ष (−4, −2), (3, −2), (2, 3):
= 1/2 |−4(−2 − 3) + 3(3 − (−2)) + 2(−2 − (−2))|
= 1/2 |−4(−5) + 3(5) + 2(0)| = 1/2 |20 + 15 + 0| = 35/2 वर्ग मात्रक
चरण 4: चतुर्भुज का क्षेत्रफल = Ar(ΔABC) + Ar(ΔACD) = 21/2 + 35/2 = 56/2 = 28 वर्ग मात्रक
अंतिम उत्तर: चतुर्भुज का क्षेत्रफल = 28 वर्ग मात्रक।
📝 50 MCQ Online Test
📌 अध्याय 7 — त्वरित पुनरावृत्ति
कार्तीय तल → दूरी सूत्र d = √[(x₂−x₁)² + (y₂−y₁)²] → विभाजन सूत्र (m₁x₂+m₂x₁)/(m₁+m₂) → त्रिभुज क्षेत्रफल [123-231-312] → संरेखी होने पर Area = 0। परीक्षा में निर्देशांकों के चिन्हों (+/−) का विशेष ध्यान रखें।
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