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वृत्त और स्पर्श रेखाएँ: कैसे बनाएँ और क्यों काम करता है

स्पर्श रेखा (tangent) वृत्त को एक ही बिंदु पर छूती है और उस बिंदु की त्रिज्या पर लंब (90°) होती है। बाहर के बिंदु P से दो बराबर स्पर्श रेखाएँ खिंचती हैं, हर एक की लंबाई √(D² - r²) है। दो वृत्तों की ज़्यादा से ज़्यादा चार साझा स्पर्श रेखाएँ हो सकती हैं। चाप से दो रेखाओं को चिकना जोड़ा जाता है और बदलते केंद्रों वाले चाप सर्पिल बनाते हैं। बिंदु की घात कहती है कि P से जाने वाली हर रेखा पर PA x PB = D² - r²। मूलाक्ष वह सीधी रेखा है जिसके हर बिंदु की दोनों वृत्तों से घात बराबर होती है।

🎬 कदम-दर-कदम कहानी

  1. वृत्त के बाहर के बिंदु से OP पर अर्धवृत्त बनाओ। वह वृत्त को दो बिंदुओं पर काटता है। वही दोनों स्पर्श रेखाओं के स्पर्श बिंदु हैं।
  2. दो वृत्तों की साझा स्पर्श रेखाएँ होती हैं। दूर हों तो 4। पास आएँ तो 3, फिर 2, फिर 1, फिर 0। बाहरी रेखाएँ बताती हैं कि पट्टा दो पहियों पर कैसे चढ़ता है।
  3. तेज़ कोने को गोल करने के लिए उसमें एक वृत्त रखो जो दोनों रेखाओं को छुए। स्पर्श बिंदुओं के बीच का चाप चिकना जोड़ है।
  4. दो केंद्र बारी-बारी से लो और अर्धवृत्त खींचो। हर अर्धवृत्त पिछले से 1 बड़ा है और उसे छूता है। नतीजा चिकना सर्पिल है।
  5. P से वृत्त के आर-पार रेखाएँ खींचो। रेखा घुमाओ: PA और PB बदलते हैं, पर PA x PB वही रहता है। यह स्पर्श रेखा की लंबाई के वर्ग के बराबर भी है।
  6. दो वृत्त लो। जिन बिंदुओं से दोनों वृत्तों पर स्पर्श रेखाएँ बराबर हैं, वे एक सीधी रेखा पर हैं: मूलाक्ष। वृत्त बदलो और रेखा को खिसकता देखो।

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

🤔 आम शंकाएँ और उनके जवाब

OP पर बना अर्धवृत्त स्पर्श बिंदु क्यों देता है?

अर्धवृत्त में बना कोण 90° होता है। इसलिए हर कटान बिंदु पर त्रिज्या और P की रेखा के बीच 90° है। यही स्पर्श रेखा की पहचान है।

क्या दो वृत्तों की ठीक तीन साझा स्पर्श रेखाएँ हो सकती हैं?

हाँ। जब वे बाहर से छूते हैं तो दो बाहरी और स्पर्श बिंदु वाली एक, यानी तीन। चरण 1 में d को 3.2 पर लाओ।

कोने को कम या ज़्यादा गोल कैसे करें?

R बदलो। चाप का केंद्र समद्विभाजक पर खिसकता है और स्पर्श बिंदु कोने से दूर या पास जाते हैं। चाप हमेशा दोनों रेखाओं को छूता है।

अर्धवृत्तों से बना सर्पिल असली सर्पिल है?

यह चापों से बना अनुमान है। हर जोड़ पर चिकना है, पर असली सर्पिल की त्रिज्या लगातार बदलती है।

छेदक रेखा घुमाने पर क्या PA x PB बदलता है?

नहीं। PA और PB दोनों बदलते हैं पर गुणनफल वही रहता है। चरण 4 में कोण सरकाओ और गुणनफल पढ़ो।

अगर वृत्त मिलते ही नहीं तो क्या मूलाक्ष होता है?

हाँ। वह उनके बीच में होता है। उसके बिंदुओं से दोनों स्पर्श लंबाइयाँ फिर भी बराबर हैं। चरण 5 में d बड़ा करके दोनों बराबर लंबाइयाँ देखो।

पहले ये शब्द जान लो

स्पर्श रेखा (tangent) वह रेखा है जो वृत्त को ठीक एक बिंदु पर छूती है। उस बिंदु को स्पर्श बिंदु कहते हैं। स्पर्श रेखा हमेशा उस बिंदु की त्रिज्या पर 90° का कोण बनाती है।

छेदक रेखा (secant) वृत्त को दो बिंदुओं पर काटती है। केंद्र O है, त्रिज्या r। इस पाठ में D का मतलब है किसी बिंदु से केंद्र O तक की दूरी।

दो आकृतियाँ तब स्पर्शी कहलाती हैं जब वे एक-दूसरे को छुएँ पर काटें नहीं। उस जगह को स्पर्श (tangency) कहते हैं।

वृत्त के बाहर के बिंदु से स्पर्श रेखाएँ

कैसे बनाएँ। 1) बिंदु P को केंद्र O से मिलाओ। 2) OP का मध्य बिंदु M निकालो। 3) M को केंद्र और MO को त्रिज्या मानकर O और P से गुज़रता वृत्त बनाओ। 4) वह पहले वृत्त को दो बिंदुओं T1 और T2 पर काटता है। 5) P को T1 और T2 से मिलाओ। ये स्पर्श रेखाएँ हैं।

क्यों काम करता है। अर्धवृत्त में बना कोण 90° होता है। इसलिए कोण OT1P = 90°। त्रिज्या पर लंब रेखा स्पर्श रेखा होती है।

लंबाई। त्रिभुज OT1P में T1 पर समकोण है। इसलिए PT² = D² - r²। P से खिंची दोनों स्पर्श रेखाएँ बराबर हैं और OP से बराबर कोण बनाती हैं।

वृत्त के बिंदु पर स्पर्श रेखा। अगर बिंदु वृत्त पर ही है तो उस बिंदु की त्रिज्या पर 90° की रेखा खींच दो।

दो वृत्तों की साझा स्पर्श रेखाएँ

जो रेखा दो वृत्तों को छुए वह उभयनिष्ठ (साझा) स्पर्श रेखा है। दो प्रकार हैं। बाहरी रेखा में दोनों वृत्त एक ही तरफ़ रहते हैं। आड़ी (अनुप्रस्थ) रेखा वृत्तों के बीच से निकलती है और वृत्त उसके दोनों तरफ़ होते हैं।

त्रिज्याएँ r1, r2 और केंद्रों की दूरी d हो तो:

स्पर्श बिंदुओं के बीच की लंबाई: बाहरी = √(d² - (r1 - r2)²), आड़ी = √(d² - (r1 + r2)²)।

रचना का विचार। बाहरी रेखा के लिए बड़े वृत्त के केंद्र पर r1 - r2 त्रिज्या का सहायक वृत्त बनाओ। दूसरे केंद्र से उस पर स्पर्श रेखा खींचो। फिर उस रेखा को r2 बाहर की तरफ़ खिसका दो। आड़ी रेखा के लिए r1 + r2 लो।

दो पुलियों पर चढ़े पट्टे का आकार यही है। आड़ा पट्टा 8 की शक्ल बनाता है।

रेखाओं और वृत्तों को स्पर्श चाप से जोड़ना

दो रेखाओं के कोने को गोल करने के लिए (त्रिज्या R): हर रेखा के भीतर की तरफ़ R दूरी पर समांतर रेखा खींचो। वे C पर मिलती हैं, यही चाप का केंद्र है। C से दोनों रेखाओं पर लंब डालो। लंब के पाद स्पर्श बिंदु हैं। उनके बीच चाप खींचो।

अगर कोने का आधा कोण φ है तो केंद्र कोने से R / sin φ दूर है और स्पर्श बिंदु कोने से R / tan φ दूर हैं। 90° के कोने में φ = 45°, इसलिए दूरियाँ R और R√2 हैं।

यही विचार दो वृत्तों को चाप से जोड़ने में चलता है। नया चाप किसी वृत्त को बाहर से छुए तो केंद्र और स्पर्श बिंदु एक सरल रेखा में होते हैं और केंद्रों की दूरी त्रिज्याओं का योग होती है। अंदर से छुए तो अंतर।

याद रखो: स्पर्श बिंदु हमेशा दोनों केंद्रों को मिलाने वाली रेखा पर होता है (या त्रिज्या पर)।

तकनीकी वक्र: अंडाकार, ओवॉइड और सर्पिल

ड्राइंग में चिकने वक्र वृत्त के चापों से बनाए जाते हैं। हर जोड़ पर स्पर्श होता है, इसलिए कोई कोना नहीं बनता।

ये असली दीर्घवृत्त नहीं हैं। कम्पास से जल्दी बन जाते हैं, इसीलिए तकनीकी ड्राइंग में काम आते हैं।

बिंदु की घात (power of a point)

एक बिंदु P और केंद्र O, त्रिज्या r का वृत्त लो। P से कोई भी रेखा खींचो जो वृत्त को A और B पर काटे। तब PA x PB हर रेखा के लिए एक ही संख्या होती है। इस संख्या को P की घात कहते हैं।

P की घात = D² - r², जहाँ D = PO।

क्यों। त्रिभुज PAT और PTB में P का कोण साझा है और एकांतर खंड के कारण एक और कोण बराबर है। इसलिए वे समरूप हैं। इससे PA / PT = PT / PB, यानी PA x PB = PT²।

P से दो रेखाएँ: PA x PB = PC x PD। इससे छूटी हुई लंबाई निकलती है।

मूलाक्ष और मूल केंद्र (radical axis, radical centre)

दो वृत्तों का मूलाक्ष उन बिंदुओं का समूह है जिनकी दोनों वृत्तों से घात बराबर है। दोनों वृत्तों के बाहर के बिंदु के लिए इसका मतलब है बराबर स्पर्श लंबाई।

घात D² - r² है, इसलिए बराबर घात से एक सीधी रेखा मिलती है, जो केंद्रों की रेखा पर लंब (90°) होती है। अगर वृत्त दो बिंदुओं पर कटें तो मूलाक्ष उन बिंदुओं से गुज़रने वाली रेखा (उभयनिष्ठ जीवा) है। अगर वे छूएँ तो वह स्पर्श बिंदु पर साझा स्पर्श रेखा है। अगर वृत्त दूर हों तो वह उनके बीच में है और पहले केंद्र से उसकी दूरी (d² + r1² - r2²) / (2d) है।

तीन वृत्तों के तीन मूलाक्ष होते हैं। वे एक ही बिंदु पर मिलते हैं, जिसे मूल केंद्र कहते हैं। वहाँ से तीनों वृत्तों पर स्पर्श लंबाई बराबर होती है। इसलिए उसी लंबाई की त्रिज्या का वृत्त तीनों को समकोण पर काटता है।

जो वृत्त मिलते नहीं, उनका मूलाक्ष कैसे खींचें। कोई भी ऐसा वृत्त बनाओ जो दोनों को काटे। दो उभयनिष्ठ जीवाएँ खींचो। वे मूलाक्ष के एक बिंदु पर मिलती हैं। यही दो बार करके दो बिंदु पाओ और मिला दो।

डिज़ाइन में स्पर्श कहाँ काम आते हैं

ड्राइंग में स्पर्श बिंदु हमेशा चिह्नित करो। वहीं एक वक्र खत्म होता है और दूसरा शुरू।

करके देखो: दो डिब्बों पर पट्टा

अलग-अलग आकार के दो डिब्बे या गिलास लो। उन्हें मेज़ पर थोड़ी दूरी पर रखो। एक धागा दोनों पर कसकर लपेटो, जैसे पट्टा। धागे के सीधे हिस्से बाहरी स्पर्श रेखाएँ हैं। पहले अनुमान लगाओ: डिब्बे पास लाने पर धागा छोटा होगा या नहीं? जाँचो। अब धागे को 8 की शक्ल में क्रॉस करो और आड़ी स्पर्श रेखाएँ देखो। लंबाई नापो और 3D के सूत्र से मिलाओ।

बिंदु से स्पर्श रेखा भी आज़माओ: एक सिक्के से थोड़ी दूर पेंसिल से बिंदु P लगाओ, स्केल को P से ऐसे रखो कि वह सिक्के को सिर्फ़ छुए, और स्पर्श बिंदु चिह्नित करो। दूसरी तरफ़ भी करो। P से दोनों लंबाइयाँ नापो। वे बराबर हैं।

मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ

हल किए गए उदाहरण

1. एक बिंदु P, 5 cm त्रिज्या के वृत्त के केंद्र से 13 cm दूर है। P से स्पर्श रेखा की लंबाई निकालो।

PT = √(D² - r²) = √(169 - 25) = √144 = 12 cm।

2. बिंदु P, 6 cm त्रिज्या के वृत्त के केंद्र से 10 cm दूर है। P की घात निकालो। P से एक छेदक रेखा वृत्त को A और B पर काटती है और PA = 4 cm है। PB निकालो।

घात = D² - r² = 100 - 36 = 64। PA x PB = 64, इसलिए PB = 64 / 4 = 16 cm।

3. P से दो छेदक रेखाएँ हैं। पहली पर PA = 3 और PB = 8। दूसरी पर PC = 4। PD निकालो।

PA x PB = 3 x 8 = 24। PC x PD = 24, इसलिए PD = 24 / 4 = 6।

4. वृत्त के अंदर एक बिंदु पर दो जीवाएँ काटती हैं। एक जीवा 4 और 9 के टुकड़ों में बँटती है। दूसरी जीवा का एक टुकड़ा 6 है। दूसरा टुकड़ा निकालो।

टुकड़ों का गुणनफल बराबर होता है: 4 x 9 = 36। इसलिए 6 x x = 36 और x = 6।

5. दो वृत्तों की त्रिज्याएँ 5 और 2 हैं और केंद्र 25 दूर हैं। स्पर्श बिंदुओं के बीच बाहरी और आड़ी साझा स्पर्श रेखा की लंबाई निकालो।

बाहरी: √(25² - (5 - 2)²) = √(625 - 9) = √616 ≈ 24.8। आड़ी: √(25² - (5 + 2)²) = √(625 - 49) = √576 = 24।

6. वृत्त 1 की त्रिज्या 5, वृत्त 2 की त्रिज्या 3 और केंद्र 8 दूर हैं। केंद्रों की रेखा को मूलाक्ष केंद्र 1 से कितनी दूरी पर काटता है?

x = (d² + r1² - r2²) / (2d) = (64 + 25 - 9) / 16 = 80 / 16 = 5। मूलाक्ष केंद्र 1 से 5 दूर है। यह ठीक वही बिंदु है जहाँ वृत्त मिलते हैं, क्योंकि 5 + 3 = 8: वे वहाँ छूते हैं।

7. दो सीधी सड़कें समकोण पर मिलती हैं। उन्हें 4 m त्रिज्या के चाप से जोड़ो। स्पर्श बिंदु और चाप का केंद्र कोने से कितनी दूर हैं?

आधा कोण φ = 45°। स्पर्श बिंदु: R / tan 45° = 4 m दूर। केंद्र: R / sin 45° = 4 / 0.707 ≈ 5.66 m दूर।

आम गलतियाँ

अभ्यास क्विज़

1. वृत्त के बाहर के बिंदु से वृत्त पर कितनी स्पर्श रेखाएँ खींची जा सकती हैं?
2. 3 त्रिज्या के वृत्त के केंद्र से 5 दूर बिंदु से स्पर्श रेखा की लंबाई:
3. दो वृत्त बहुत दूर हैं। उनकी कितनी साझा स्पर्श रेखाएँ हैं?
4. वृत्त के बाहर के बिंदु के लिए छेदक रेखा पर PA x PB बराबर है:
5. दो वृत्तों का मूलाक्ष हमेशा होता 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

स्पर्श रेखा और छेदक रेखा में क्या अंतर है?

स्पर्श रेखा वृत्त को एक बिंदु पर छूती है। छेदक रेखा उसे दो बिंदुओं पर काटती है।

बिंदु की घात आसान शब्दों में क्या है?

एक बिंदु से वृत्त के आर-पार कोई भी रेखा खींचो। जहाँ वह वृत्त को काटती है उन दोनों बिंदुओं की दूरियों का गुणा करो। जवाब हर रेखा के लिए वही रहता है। वही संख्या घात है।

मूलाक्ष कहाँ काम आता है?

ज्यामिति के प्रमाणों और रचनाओं में, उस बिंदु को ढूँढने में जहाँ से तीन वृत्तों पर स्पर्श रेखाएँ बराबर हों, और ऐसे वृत्त बनाने में जो दूसरे वृत्तों को समकोण पर काटें।

यह कहाँ पढ़ाया जाता है

स्पेन1º BachilleratoGeometric foundations
स्पेन1º BachilleratoGeometry, art and environment
स्पेन2º BachilleratoGeometric foundations
स्पेन2º BachilleratoGeometry, art and environment

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