प्र. बिंदु (7, −3) और (3, −6) के बीच की दूरी ज्ञात कीजिए। इन बिंदुओं के बारे में क्या कहा जा सकता है यदि तीसरा बिंदु (11, 0) भी दिया हो?
उत्तर:PQ=(3−7)2+(−6+3)2=16+9=5 मात्रक। यदि तीसरा बिंदु (11,0) जोड़ा जाए, तो QR=(11−3)2+(0+6)2=64+36=10 और PR=(11−7)2+(0+3)2=16+9=5; PQ+PR=5+5=10=QR, अतः P, Q, R संरेखी हैं।
प्रश्न 7 (2 अंक)
प्र. क्या बिंदु (4,4), (3,5) और (−1,−1) एक त्रिभुज बनाते हैं?
उत्तर:AB=1+1=2, BC=16+36=52, AC=25+25=50। चूँकि AB+AC=2+50≈1.41+7.07=8.48=52≈7.21 और कोई भी जोड़ी तीसरी के बराबर नहीं, अतः किन्हीं दो दूरियों का योग तीसरी से बड़ा है, ये तीनों बिंदु एक त्रिभुज बनाते हैं।
प्रश्न 8 (2 अंक)
प्र. अनुपात 1:1 के लिए विभाजन सूत्र से मध्यबिंदु सूत्र कैसे प्राप्त होता है, दिखाइए।
उत्तर: विभाजन सूत्र में m1=m2=1 रखने पर x=1+11⋅x2+1⋅x1=2x1+x2 और इसी तरह y=2y1+y2 मिलता है, यही मध्यबिंदु सूत्र है।
3 3 अंक के प्रश्न
प्रश्न 1 (3 अंक)
प्र. दिखाइए कि बिंदु (5,−2), (6,4) और (7,−2) एक समद्विबाहु त्रिभुज के शीर्ष हैं।
उत्तर:AB=(6−5)2+(4+2)2=1+36=37; BC=(7−6)2+(−2−4)2=1+36=37; AC=(7−5)2+(−2+2)2=4=2। चूँकि AB=BC=37, अतः △ABC समद्विबाहु त्रिभुज है।
प्रश्न 2 (3 अंक)
प्र.x और y में ऐसा संबंध ज्ञात कीजिए कि बिंदु (x,y) बिंदुओं (3,6) और (−3,4) से समदूरस्थ हो।
उत्तर:AP=BP⇒AP2=BP2: (x−3)2+(y−6)2=(x+3)2+(y−4)2। विस्तार करने पर x2−6x+9+y2−12y+36=x2+6x+9+y2−8y+16, यानी −6x−12y+45=6x−8y+25, अर्थात् −12x−4y+20=0, यानी 3x+y=5।
प्रश्न 3 (3 अंक)
प्र. बिंदु A(−1,−2), B(1,0), C(−1,2) और D(−3,0) द्वारा बनने वाले चतुर्भुज का प्रकार बताइए, कारण सहित।
उत्तर:AB=4+4=22, BC=4+4=22, CD=4+4=22, DA=4+4=22 (चारों भुजाएँ बराबर)। विकर्ण AC=0+16=4 और BD=16+0=4 (बराबर)। चारों भुजाएँ बराबर और विकर्ण भी बराबर होने से ABCD एक वर्ग है।
प्रश्न 4 (3 अंक)
प्र. किसी रेखाखंड AB के सम-त्रिभाजन बिंदु P और Q ज्ञात करने की विधि समझाइए, जहाँ A(2,−2) और B(−7,4) हैं।
उत्तर: सम-त्रिभाजन बिंदु रेखाखंड को तीन बराबर भागों में बाँटते हैं, अर्थात् AP=PQ=QB। इसलिए P, AB को 1:2 में बाँटता है: P=(31(−7)+2(2),31(4)+2(−2))=(−1,0)। और Q, AB को 2:1 में बाँटता है (या PB का मध्यबिंदु है): Q=(32(−7)+1(2),32(4)+1(−2))=(−4,2)।
प्रश्न 5 (3 अंक)
प्र. बिंदु (−4,6), बिंदुओं A(−6,10) और B(3,−8) को मिलाने वाले रेखाखंड को किस अनुपात में बाँटता है, दोनों विधियों (m1:m2 और k:1) से दिखाइए।
उत्तर: मान लीजिए अनुपात m1:m2 है। x-निर्देशांक से: −4=m1+m23m1−6m2⇒−4m1−4m2=3m1−6m2⇒7m1=2m2⇒m1:m2=2:7। वैकल्पिक रूप से, k:1 मानकर: −4=k+13k−6⇒−4k−4=3k−6⇒7k=2⇒k=72, यानी अनुपात 72:1=2:7। दोनों विधियों से अनुपात 2 : 7 मिलता है।
प्रश्न 6 (3 अंक)
प्र. बिंदु A(6,1), B(8,2), C(9,4) और D(p,3) (इसी क्रम में) एक समांतर चतुर्भुज के शीर्ष हैं। p का मान ज्ञात कीजिए।
उत्तर: समांतर चतुर्भुज के विकर्ण एक-दूसरे को समद्विभाजित करते हैं, इसलिए AC के मध्यबिंदु के निर्देशांक = BD के मध्यबिंदु के निर्देशांक: (26+9,21+4)=(28+p,22+3), यानी 215=28+p, अतः p=7।
प्रश्न 7 (3 अंक)
प्र. y-अक्ष, बिंदुओं (5,−6) और (−1,−4) को मिलाने वाले रेखाखंड को, (5,−6) से (−1,−4) की ओर, किस अनुपात में बाँटता है? विभाजन बिंदु भी ज्ञात कीजिए।
उत्तर: मान लीजिए अनुपात k:1 है। y-अक्ष पर भुज सदा शून्य होता है: k+1k(−1)+1(5)=0⇒−k+5=0⇒k=5, अतः अनुपात 5:1 है। y-निर्देशांक y=5+15(−4)+1(−6)=6−26=−313, अतः विभाजन बिंदु (0,−313) है।
प्रश्न 8 (3 अंक)
प्र. क्या बिंदु (1,5), (2,3) और (−2,−11) संरेखी हैं? दूरी सूत्र से जाँच कीजिए।
उत्तर:AB=(2−1)2+(3−5)2=1+4=5; BC=(−2−2)2+(−11−3)2=16+196=212; AC=(−2−1)2+(−11−5)2=9+256=265। चूँकि AB+BC=5+212≈2.24+14.56=16.80=265≈16.28, और कोई भी जोड़ी तीसरी दूरी के बराबर नहीं है, अतः ये तीनों बिंदु संरेखी नहीं हैं।
प्रश्न 9 (3 अंक)
प्र. दूरी सूत्र PQ=(x2−x1)2+(y2−y1)2 को पाइथागोरस प्रमेय का प्रयोग करके सिद्ध कीजिए।
उत्तर: मान लीजिए P(x1,y1) और Q(x2,y2) दो बिंदु हैं। P और Q से x-अक्ष पर क्रमशः लंब PR और QS खींचिए, और P से QS पर एक और लंब खींचकर उसे T पर मिलाइए। तब OR=x1, OS=x2, इसलिए RS=x2−x1=PT। साथ ही SQ=y2, ST=PR=y1, इसलिए QT=y2−y1। अब समकोण त्रिभुज PTQ में पाइथागोरस प्रमेय लगाने पर PQ2=PT2+QT2=(x2−x1)2+(y2−y1)2। चूँकि दूरी सदा ऋणेतर होती है, केवल धनात्मक वर्गमूल लेने पर PQ=(x2−x1)2+(y2−y1)2 मिलता है, जो दूरी सूत्र है। मूलबिंदु से दूरी के लिए x1=y1=0 रखने पर OP=x2+y2 मिलता है।
4 5 अंक के प्रश्न
प्रश्न 1 (5 अंक)
प्र. विभाजन सूत्र को समरूप त्रिभुजों (अध्याय 6) का प्रयोग करके सिद्ध कीजिए।
उत्तर: मान लीजिए A(x1,y1) और B(x2,y2) दो बिंदु हैं, और P(x,y) रेखाखंड AB को आंतरिक रूप से m1:m2 के अनुपात में विभाजित करता है, अर्थात् PBPA=m2m1। A, P, B से x-अक्ष पर क्रमशः लंब AR, PS, BT खींचिए, और A से PS पर तथा P से BT पर x-अक्ष के समांतर रेखाएँ AQ और PC खींचिए। तब ∠AQP=∠PCB=90° और ∠PAQ=∠BPC (संगत कोण: AQ∥PC, क्योंकि दोनों x-अक्ष के समांतर हैं, और AB इन्हें काटने वाली तिर्यक रेखा है), इसलिए AA समरूपता कसौटी से △PAQ∼△BPC। अतः BPPA=PCAQ=BCPQ। अब AQ=x−x1, PC=x2−x, PQ=y−y1, BC=y2−y रखने पर m2m1=x2−xx−x1, जिसे हल करने पर x=m1+m2m1x2+m2x1 मिलता है, और इसी तरह y=m1+m2m1y2+m2y1 मिलता है। अनुपात 1:1 रखने पर मध्यबिंदु सूत्र (2x1+x2,2y1+y2) मिलता है।
प्रश्न 2 (5 अंक)
प्र. दिखाइए कि बिंदु A(1,7), B(4,2), C(−1,−1) और D(−4,4) एक वर्ग के शीर्ष हैं, दो अलग-अलग विधियों से।
उत्तर:विधि 1 (सभी भुजाएँ और विकर्ण):AB=(1−4)2+(7−2)2=9+25=34; BC=(4+1)2+(2+1)2=25+9=34; CD=(−1+4)2+(−1−4)2=9+25=34; DA=(1+4)2+(7−4)2=25+9=34; AC=(1+1)2+(7+1)2=4+64=68; BD=(4+4)2+(2−4)2=64+4=68। चूँकि AB=BC=CD=DA और AC=BD, अतः ABCD एक वर्ग है। विधि 2 (एक विकर्ण + पाइथागोरस का विलोम):AD2+DC2=34+34=68=AC2, अतः पाइथागोरस प्रमेय के विलोम से ∠D=90°। चारों भुजाएँ बराबर और एक कोण 90° होने पर चतुर्भुज वर्ग होता है, इसलिए ABCD एक वर्ग है।
प्रश्न 3 (5 अंक)
प्र. एक शहर B, दूसरे शहर A से 36 km पूर्व और 15 km उत्तर की ओर है। A को मूलबिंदु मानकर दोनों शहरों के बीच सीधी दूरी ज्ञात कीजिए। साथ ही, एक टेलीफोन कंपनी A और B के बीच एक प्रसारण टॉवर P इस तरह लगाना चाहती है कि टॉवर की B से दूरी उसकी A से दूरी की दुगुनी हो, P के निर्देशांक भी ज्ञात कीजिए।
उत्तर: A को मूलबिंदु (0,0) मानकर और 1 km को 1 मात्रक मानकर, B के निर्देशांक (36,15) होंगे (36 km पूर्व यानी x-दिशा में, 15 km उत्तर यानी y-दिशा में)। दूरी सूत्र से AB=362+152=1296+225=1521=39 km। टॉवर P की B से दूरी, A से दूरी की दुगुनी होने का अर्थ है P, AB को 1:2 के अनुपात में बाँटता है (क्योंकि PA:PB=1:2)। विभाजन सूत्र से P=(1+21(36)+2(0),1+21(15)+2(0))=(336,315)=(12,5)। अतः दोनों शहरों के बीच दूरी 39 km है, और टॉवर के निर्देशांक (12,5) हैं।
5 केस स्टडी
केस स्टडी
एक परीक्षा भवन में कुर्सियाँ एक वर्गाकार ग्रिड पर रखी गई हैं, जहाँ 1 मात्रक = 1 m है। अंकित बिंदु A(1,4) पर, बबली बिंदु B(4,8) पर और चेतन बिंदु C(7,4) पर बैठे हैं। निरीक्षक एक चौथे विद्यार्थी, दीपा, को बिंदु D पर इस तरह बैठाना चाहते हैं कि A, B, C और D (इसी क्रम में) एक समांतर चतुर्भुज के शीर्ष हों।
(क)1 अंक अंकित और बबली के बीच की दूरी ज्ञात कीजिए। उत्तर: दूरी सूत्र से AB=(4−1)2+(8−4)2=9+16=25=5 m।
(ख)1 अंक बिंदु A, B और C किस प्रकार का त्रिभुज बनाते हैं? कारण दीजिए। उत्तर:AB=5, BC=(7−4)2+(4−8)2=9+16=5 और AC=(7−1)2+(4−4)2=36=6। दो भुजाएँ बराबर हैं (AB=BC=5 m), अतः △ABC एक समद्विबाहु त्रिभुज है।
(ग)2 अंक दीपा की स्थिति, अर्थात् बिंदु D के निर्देशांक, ज्ञात कीजिए। उत्तर: समांतर चतुर्भुज के विकर्ण परस्पर समद्विभाजित करते हैं, इसलिए AC का मध्यबिंदु = BD का मध्यबिंदु। AC का मध्यबिंदु =(21+7,24+4)=(4,4)। मान लीजिए D(x,y) है। तब 24+x=4⇒x=4 और 28+y=4⇒y=0। अतः D(4,0)। जाँच: BD का मध्यबिंदु (24+4,28+0)=(4,4) ✓। (चूँकि AB=BC भी है, यह समांतर चतुर्भुज वास्तव में एक समचतुर्भुज है।)
केस स्टडी
पानी की एक सीधी पाइपलाइन पंपिंग स्टेशन P(−3,4) से पानी की टंकी W(9,−5) तक बिछाई गई है, जहाँ 1 मात्रक = 1 km है। एक सीधी सड़क x-अक्ष के अनुदिश जाती है। पाइपलाइन पर दो वाल्व इस तरह लगाने हैं कि वे पाइपलाइन PW को सम-त्रिभाजित करें, अर्थात् उसे तीन बराबर भागों में बाँटें।
(क)1 अंक पाइपलाइन की लंबाई ज्ञात कीजिए। उत्तर: दूरी सूत्र से PW=(9−(−3))2+(−5−4)2=122+(−9)2=144+81=225=15 km।
(ख)1 अंक सड़क (x-अक्ष), पाइपलाइन PW को किस अनुपात में विभाजित करती है? उत्तर: मान लीजिए सड़क PW को P से गिनकर k:1 के अनुपात में बाँटती है। x-अक्ष पर हर बिंदु की कोटि शून्य होती है, इसलिए k+1k(−5)+1(4)=0⇒−5k+4=0⇒k=54। अतः P से W की ओर अनुपात 4 : 5 है। (सड़क पर कटान बिंदु का भुज 4+54(9)+5(−3)=921=37 है, यानी बिंदु (37,0)।)
(ग)2 अंक दोनों वाल्वों के निर्देशांक ज्ञात कीजिए। उत्तर: सम-त्रिभाजित करने वाले बिंदु PW को 1:2 और 2:1 के अनुपात में आंतरिक रूप से विभाजित करते हैं। पहला वाल्व (1:2): (1+21(9)+2(−3),1+21(−5)+2(4))=(33,33)=(1,1)। दूसरा वाल्व (2:1): (2+12(9)+1(−3),2+12(−5)+1(4))=(315,3−6)=(5,−2)। अतः वाल्व (1,1) और (5,−2) पर लगेंगे। जाँच: P से (1,1), (1,1) से (5,−2) और (5,−2) से W, तीनों दूरियाँ 42+32=5 km हैं, और 3×5=15 km ✓।