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AM–GM असमिका

दो धनात्मक संख्याओं a और b के लिए समांतर माध्य (a+b)/2 कभी भी गुणोत्तर माध्य √(ab) से छोटा नहीं होता। दोनों तभी बराबर होते हैं जब a = b। इससे जोड़ तय हो तो गुणनफल का अधिकतम और गुणनफल तय हो तो जोड़ का न्यूनतम मान मिलता है।

🎬 कदम-दर-कदम कहानी

  1. यह हरा आयत है। इसकी भुजाएँ a = 8 और b = 2 हैं। जोड़ो: a + b = 10। गुणा करो: a × b = 16, यही क्षेत्रफल है।
  2. नीला वर्ग आयत जितनी ही बाड़ (परिमाप) से बना है। इसकी भुजा औसत (a + b) / 2 = 5 है। इस औसत को AM कहते हैं। इसका क्षेत्रफल 25 है, जो 16 से बड़ा है।
  3. नारंगी वर्ग का क्षेत्रफल आयत जितना ही 16 है। इसकी भुजा √(a × b) = 4 है। इसे GM कहते हैं। देखो: AM = 5, GM = 4 से बड़ा है।
  4. a को 8 से घटाकर 5 तक लाओ, a + b = 10 ही रखते हुए। आयत मोटा होता है और नारंगी वर्ग बड़ा होता है। जब a = b = 5 हुआ, आयत वर्ग बन गया और AM = GM।
  5. अब क्षेत्रफल 16 ही रखो। a को 8 से 4 तक ले जाओ। AM 5 से घटकर 4 पर रुक जाता है। एक ही क्षेत्रफल के लिए वर्ग को सबसे छोटी बाड़ चाहिए।
  6. अब तुम्हारी बारी। स्लाइडर खींचो और 'जोड़ तय' तथा 'गुणनफल तय' बदलकर देखो। नीला वर्ग नारंगी से कभी छोटा नहीं होता।

टिप: 3D दृश्य को घुमाने के लिए खींचें। ज़ूम के लिए दो उंगलियाँ इस्तेमाल करें।

🤔 आम शंकाएँ और उनके जवाब

यहाँ a और b क्या हैं, और a + b क्या बताता है?

ये आयत की दो भुजाएँ हैं। आधी बाड़ a + b है और क्षेत्रफल a × b। 3D के नीचे का रीडआउट देखो।

AM बराबर-परिमाप वाले वर्ग की भुजा क्यों है?

वर्ग की चारों भुजाएँ बराबर होती हैं। परिमाप 2(a + b) है, इसलिए हर भुजा (a + b)/2, यानी औसत।

GM बराबर-क्षेत्रफल वाले वर्ग की भुजा क्यों है?

भुजा g वाले वर्ग का क्षेत्रफल g² होता है। इसे ab के बराबर करने के लिए g = √(ab) चाहिए।

AM ठीक कब GM के बराबर होता है?

केवल जब a = b। a को 5 पर ले जाओ, आयत वर्ग बन जाएगा और नारंगी व नीला वर्ग एक जैसे हो जाएँगे।

इससे अधिकतम नहीं, न्यूनतम कैसे मिलता है?

क्षेत्रफल तय हो तो GM तय है और AM उससे कम नहीं। इसलिए जोड़ a + b सबसे छोटा तब होता है जब a = b।

क्या यह 0 या ऋणात्मक संख्याओं पर चलता है?

नहीं। स्लाइडर केवल धनात्मक मान देता है क्योंकि नियम सिर्फ़ धनात्मक a और b के लिए सिद्ध है।

AM और GM: औसत के दो रूप

दो धनात्मक संख्याएँ a और b लो।

समांतर माध्य (AM) आम औसत है: (a + b) / 2। यह संख्या-रेखा पर a और b के ठीक बीच का बिंदु है।

गुणोत्तर माध्य (GM) है √(ab)। यह उस वर्ग की भुजा है जिसका क्षेत्रफल a × b वाले आयत के बराबर हो।

उदाहरण: 4 और 16 के लिए AM = (4 + 16)/2 = 10 और GM = √64 = 8।

AM–GM असमिका और उसकी उपपत्ति

कथन: सभी धनात्मक a और b के लिए (a + b)/2 ≥ √(ab)। दोनों पक्ष तभी बराबर होते हैं जब a = b।

उपपत्ति, कदम-दर-कदम। किसी भी वास्तविक संख्या का वर्ग ऋणात्मक नहीं होता। इसलिए (√a − √b)² ≥ 0।

कोष्ठक खोलो: a − 2√(ab) + b ≥ 0।

बीच का पद दूसरी ओर ले जाओ: a + b ≥ 2√(ab)।

2 से भाग दो: (a + b)/2 ≥ √(ab)। सिद्ध हुआ। वर्ग शून्य तभी होता है जब √a = √b, यानी a = b।

धनात्मक संख्याएँ क्यों ज़रूरी हैं: √a और √b का अस्तित्व होना चाहिए। ऋणात्मक संख्याओं के लिए असमिका गलत हो सकती है (−2 और −8 के लिए AM = −5 है पर GM = 4)।

3D में देखो: आयत और वर्ग

3D दृश्य में नीले वर्ग का परिमाप आयत के बराबर है, इसलिए उसकी भुजा AM है। नारंगी वर्ग का क्षेत्रफल आयत के बराबर है, इसलिए उसकी भुजा GM है। नीले वर्ग में हमेशा आयत से कम नहीं क्षेत्रफल होता है: ((a+b)/2)² ≥ ab। यही असमिका चित्र के रूप में है। दोनों क्षेत्रफलों का अंतर ((a − b)/2)² है, जो तभी शून्य होता है जब a = b।

अधिकतम और न्यूनतम मान के सवाल

नियम 1 (जोड़ तय, गुणनफल अधिकतम): यदि a + b = S हो तो ab ≤ (S/2)²। अधिकतम गुणनफल (S/2)² है और यह a = b = S/2 पर मिलता है।

नियम 2 (गुणनफल तय, जोड़ न्यूनतम): यदि ab = P हो तो a + b ≥ 2√P। न्यूनतम जोड़ 2√P है और यह a = b = √P पर मिलता है।

काम के रूप: x > 0 के लिए x + 1/x ≥ 2 (x = 1 पर बराबर)। धनात्मक a, b के लिए a/b + b/a ≥ 2। और किन्हीं वास्तविक a, b के लिए a² + b² ≥ 2ab।

हल करने के 3 जाँच-बिंदु: (1) क्या सभी पद धनात्मक हैं? (2) क्या गुणनफल (या जोड़) अचर है, यानी x बचा नहीं? (3) क्या पद बराबर हो सकते हैं? यदि हाँ, तो उत्तर तभी मिलता है जब पद बराबर हों। उदाहरण: x + 9/x। गुणनफल x · 9/x = 9 अचर है, इसलिए x + 9/x ≥ 2√9 = 6, और बराबरी तब जब x = 9/x, यानी x = 3।

अधिक संख्याएँ: n धनात्मक संख्याओं के लिए भी AM ≥ GM रहता है, और बराबरी तभी जब सभी संख्याएँ बराबर हों।

घर पर करके देखो

24 सेमी लंबी डोरी लो। उससे आयत बनाओ: पहले 10 × 2, फिर 8 × 4, फिर 6 × 6। हर एक को ग्राफ़ पेपर पर बनाकर अंदर के वर्ग गिनो: 20, 32, 36। पहले अनुमान लगाओ, फिर गिनो। वर्ग जीतता है। 3D में 'जोड़ तय' चुनकर a को 5 पर लाओ और यही देखो।

मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ

हल किए गए उदाहरण

1. 4 और 16 का AM और GM निकालो। जाँचो कि AM ≥ GM है।

AM = (4 + 16)/2 = 10। GM = √(4 × 16) = √64 = 8। 10 ≥ 8, इसलिए AM ≥ GM सही है। बराबर नहीं हैं क्योंकि 4 ≠ 16।

2. दो धनात्मक संख्याओं का जोड़ 14 है। उनका अधिकतम गुणनफल क्या हो सकता है?

जोड़ S = 14 तय है। गुणनफल तब सबसे बड़ा होता है जब दोनों संख्याएँ बराबर हों: 7 और 7। अधिकतम गुणनफल = 7 × 7 = 49। जाँच: 6 × 8 = 48 छोटा है।

3. एक किसान के पास आयताकार खेत के लिए 60 मीटर बाड़ है। सबसे बड़ा क्षेत्रफल निकालो।

दो भुजाएँ a और b आधी बाड़ लेती हैं: a + b = 30। गुणनफल ab तब सबसे बड़ा है जब a = b = 15। अधिकतम क्षेत्रफल = 15 × 15 = 225 वर्ग मी।

4. x > 0 के लिए x + 16/x का न्यूनतम मान निकालो।

दोनों पद धनात्मक हैं। उनका गुणनफल x · 16/x = 16 अचर है। इसलिए x + 16/x ≥ 2√16 = 8। बराबरी तब जब x = 16/x, यानी x² = 16 और x = 4। न्यूनतम मान = 8, x = 4 पर।

5. सिद्ध करो कि सभी वास्तविक a और b के लिए a² + b² ≥ 2ab।

(a − b)² ≥ 0 क्योंकि वर्ग कभी ऋणात्मक नहीं होता। खोलो: a² − 2ab + b² ≥ 0। 2ab को दाईं ओर ले जाओ: a² + b² ≥ 2ab। बराबरी तभी जब a = b।

6. x > 0 के लिए 2x + 8/x का न्यूनतम मान और वह x निकालो जिस पर यह मिलता है।

दोनों पदों का गुणनफल 2x · 8/x = 16 अचर है। इसलिए 2x + 8/x ≥ 2√16 = 8। बराबरी तब जब 2x = 8/x, यानी x² = 4 और x = 2। न्यूनतम मान 8, x = 2 पर।

7. 0 < x < 6 के लिए x(6 − x) का अधिकतम मान निकालो।

x और 6 − x दोनों धनात्मक हैं और उनका जोड़ 6 अचर है। इसलिए गुणनफल तब सबसे बड़ा है जब x = 6 − x, यानी x = 3। अधिकतम मान 3 × 3 = 9।

आम गलतियाँ

अभ्यास क्विज़

1. 4 और 9 का गुणोत्तर माध्य है:
2. AM = GM तब होता है जब:
3. यदि a + b = 20 (a, b > 0), तो ab का अधिकतम मान है:
4. x > 0 के लिए x + 1/x का न्यूनतम मान है:
5. धनात्मक a और b के लिए हमेशा सही कौन-सा है?

अभ्यास: खुद जवाब दो

अपना जवाब लिखो या चुनो, फिर जाँचें दबाओ। अटको तो संकेत देखो; जवाब देने के बाद पूरा हल दिखेगा।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

AM–GM असमिका आसान शब्दों में क्या है?

दो धनात्मक संख्याओं का आम औसत उनके गुणोत्तर माध्य (गुणनफल के वर्गमूल) से कम नहीं होता। दोनों तभी बराबर होते हैं जब संख्याएँ बराबर हों।

AM–GM में धनात्मक संख्याएँ क्यों चाहिए?

क्योंकि गुणोत्तर माध्य में गुणनफल का वर्गमूल आता है और उपपत्ति में √a, √b इस्तेमाल होते हैं। ऋणात्मक संख्याओं पर कथन गलत हो सकता है।

AM–GM कहाँ काम आता है?

तय बाड़ से सबसे बड़ा क्षेत्रफल, तय आयतन का सबसे सस्ता डिब्बा, और x + k/x जैसे व्यंजकों का न्यूनतम मान निकालने में। यह स्कूल गणित, प्रवेश परीक्षाओं और ओलंपियाड में आता है।

यह कहाँ पढ़ाया जाता है

चीन高一Ch.2 Quadratic functions, equations, inequalities

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