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किसी भी परिमेय घात के लिए व्यापक द्विपद प्रसार

किसी भी परिमेय n के लिए (1 + x)^n = 1 + nx + n(n−1)x²/2! + n(n−1)(n−2)x³/3! + … अगर n धनात्मक पूर्ण संख्या है तो श्रेणी रुक जाती है। वरना यह कभी नहीं रुकती, और तभी सही है जब |x| < 1. (a + bx)^n में पहले a^n बाहर निकालो: a^n(1 + bx/a)^n, जो |bx/a| < 1 के लिए मान्य है। छोटे x पर कुछ पद ही बहुत अच्छा सन्निकट मान देते हैं।

🎬 कदम-दर-कदम कहानी

  1. पहले n = 4 लो। (1 + x)⁴ में ठीक 5 पद हैं। उसके बाद हर गुणांक शून्य है, इसलिए श्रेणी रुक जाती है।
  2. अब n = −1 लो। गुणांक हैं 1, −1, 1, −1, … ये कभी शून्य नहीं होते, इसलिए श्रेणी कभी खत्म नहीं होती।
  3. अनंत श्रेणी तभी सही उत्तर देती है जब पद छोटे होते जाएँ। ऐसा सिर्फ़ |x| < 1 पर होता है।
  4. (2 + x)⁻² में पहले 2 बाहर निकालो: 2⁻²(1 + x/2)⁻². अब शर्त है |x/2| < 1, यानी |x| < 2.
  5. इस्तेमाल करो: √1.02 = (1 + 0.02)^½ ≈ 1 + 0.01 − 0.00005 = 1.00995. हर पद योग को सही मान के पास लाता है।
  6. अब तुम खेलो: स्लाइडर से n और x बदलो। देखो हरा योग सुनहरे सही मान को पकड़ता है या भाग जाता है।

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

🤔 आम शंकाएँ और उनके जवाब

n = 4 पर श्रेणी रुकती है, n = −1 पर क्यों नहीं?

हर गुणांक में कोष्ठक n, n−1, n−2, … होते हैं। n = 4 पर (4 − 4) = 0, इसलिए आगे सब पद शून्य। n = −1 पर कोष्ठक −1, −2, −3, … हैं, कोई शून्य नहीं।

|x| को 1 से कम क्यों होना चाहिए?

हर पद पिछले पद का लगभग x गुना है। |x| < 1 हो तो पद घटते हैं और योग टिक जाता है। |x| > 1 हो तो पद बढ़ते हैं और योग भाग जाता है — बार यही दिखाते हैं।

(a + bx) में से a बाहर क्यों निकालें?

सूत्र (1 + कुछ)^n के लिए बना है। a निकालने से a^n(1 + bx/a)^n बनता है, जिसका यही रूप है।

सन्निकटन के लिए कितने पद चाहिए?

x छोटा हो तो हर पद पिछले से बहुत छोटा होता है। x = 0.02 पर तीसरा पद सिर्फ़ 0.00005 है, इसलिए दो-तीन पद काफ़ी हैं।

क्या (a + bx)^n की सीमा हमेशा |x| < 1 है?

नहीं। यह |bx/a| < 1 है, यानी |x| < |a/b|. (2 + x)⁻² के लिए |x| < 2.

पूर्ण घात से किसी भी परिमेय घात तक

जब n धनात्मक पूर्ण संख्या हो, तब (1 + x)^n के गुणांक nCr से आते हैं और n + 1 पद होते हैं।

यही पैटर्न किसी भी परिमेय n (ऋणात्मक या भिन्न) के लिए चलता है:

(1 + x)^n = 1 + nx + n(n−1)/2! x² + n(n−1)(n−2)/3! x³ + …

यह रुकती क्यों नहीं? कोई गुणांक तभी शून्य होता है जब कोई कोष्ठक (n − k) शून्य हो। यह तभी होता है जब n = 0, 1, 2, … जैसी पूर्ण संख्या हो। n = −1 या n = ½ पर कोई कोष्ठक शून्य नहीं होता, इसलिए पद अनंत हैं।

गुणांकों के उदाहरण

n = −1: 1, −1, 1, −1, … यानी (1 + x)⁻¹ = 1 − x + x² − x³ + …

n = ½: 1, ½, −⅛, 1/16, …

प्रसार कब मान्य है?

अनंत योग का मान तभी निकलता है जब पद काफ़ी तेज़ी से छोटे हों। द्विपद श्रेणी में ऐसा ठीक तब होता है जब |x| < 1, यानी −1 < x < 1.

जाँचो: 1 − x + x² − … में x = 2 रखो। मिलता है 1 − 2 + 4 − 8 + … जो बेतहाशा उछलता है, जबकि 1/(1 + 2) = ⅓. वहाँ श्रेणी गलत है।

उत्तर के साथ वैधता ज़रूर लिखो, जैसे (1 + 3x)^−½ मान्य है जब |3x| < 1, यानी |x| < ⅓.

(a + bx)^n का प्रसार

सूत्र को आगे 1 चाहिए। इसलिए a बाहर निकालो:

(a + bx)^n = a^n (1 + bx/a)^n

अब x की जगह bx/a रखकर प्रसार करो और हर पद को a^n से गुणा करो। वैधता: |bx/a| < 1, यानी |x| < |a/b|.

उदाहरण: (4 − x)^½ = 2(1 − x/4)^½, मान्य जब |x| < 4.

आंशिक भिन्नों (partial fractions) के साथ

(5x + 1)/((1 + x)(1 − 2x)) जैसे व्यंजक को पहले आंशिक भिन्नों में तोड़ो, हर भाग का प्रसार करो और जोड़ो। पूरा उत्तर वहीं मान्य है जहाँ दोनों भाग मान्य हों, इसलिए छोटी सीमा लो।

सन्निकटन और परीक्षा की तकनीक

x छोटा हो तो x², x³ … बहुत छोटे होते हैं, इसलिए कुछ पद ही बढ़िया उत्तर देते हैं। x ऐसा चुनो कि कोष्ठक तुम्हारी संख्या से मिले, जैसे √(4.04) = (4 + 0.04)^½ = 2(1 + 0.01)^½.

परीक्षा में अक्सर पूछा जाता है: x² या x³ तक प्रसार; वैधता की सीमा; किसी संख्या का अनुमान; प्रतिशत त्रुटि; या दिए गुणांकों से अज्ञात अचर।

करके देखो

3D में n = −1 और x = 0.9 रखो, फिर x = 1.1. पहली बार हरा योग धीरे-धीरे 1/1.9 ≈ 0.526 की ओर जाता है। दूसरी बार बार बढ़ते हैं और योग ऊपर-नीचे कूदता है। फिर कागज़ पर 1/0.98 = (1 − 0.02)⁻¹ ≈ 1 + 0.02 + 0.0004 निकालो और कैलकुलेटर से मिलाओ।

मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ

हल किए गए उदाहरण

1. (1 + x)⁻² का x³ तक प्रसार करो।

n = −2. पद: 1 + (−2)x + (−2)(−3)/2 x² + (−2)(−3)(−4)/6 x³ = 1 − 2x + 3x² − 4x³. मान्य: |x| < 1.

2. (1 − 3x)^½ का x² तक प्रसार करो और वैधता बताओ।

y = −3x, n = ½: 1 + ½y − ⅛y². यानी 1 + ½(−3x) − ⅛(9x²) = 1 − 1.5x − 1.125x². मान्य जब |3x| < 1, यानी |x| < ⅓.

3. (2 + x)⁻¹ का x² तक प्रसार करो।

(2 + x)⁻¹ = 2⁻¹(1 + x/2)⁻¹ = ½(1 − x/2 + x²/4) = ½ − x/4 + x²/8. मान्य: |x| < 2.

4. (1 + x)^½ से √1.02 का 5 दशमलव तक अनुमान लगाओ।

x = 0.02: 1 + ½(0.02) − ⅛(0.0004) = 1 + 0.01 − 0.00005 = 1.00995. कैलकुलेटर: 1.0099505, त्रुटि बहुत छोटी।

5. (8 + 3x)^⅓ का x² तक प्रसार करो।

8^⅓(1 + 3x/8)^⅓ = 2[1 + ⅓(3x/8) + (⅓)(−⅔)/2 (3x/8)²] = 2[1 + x/8 − x²/64] = 2 + x/4 − x²/32. मान्य: |x| < 8/3.

6. (3 + 2x)/((1 + x)(1 + 2x)) को आंशिक भिन्नों में तोड़कर x² तक प्रसार करो।

= A/(1 + x) + B/(1 + 2x). x = −1: 1 = −A, A = −1. x = −½: 2 = B/2, B = 4. प्रसार: −(1 − x + x²) + 4(1 − 2x + 4x²) = 3 − 7x + 15x². मान्य: |x| < ½ (छोटी सीमा)।

आम गलतियाँ

अभ्यास क्विज़

1. किस n पर (1 + x)^n की श्रेणी सीमित (रुकने वाली) होती है?
2. (1 + x)⁻¹ किसके लिए मान्य है?
3. (1 + x)⁻³ में x² का गुणांक:
4. (3 + x)⁻² किसके लिए मान्य है?
5. छोटे x के लिए (1 + x)^n ≈

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

व्यापक द्विपद प्रसार क्या है?

किसी भी परिमेय n के लिए श्रेणी (1 + x)^n = 1 + nx + n(n−1)x²/2! + … ऋणात्मक या भिन्न n पर यह अनंत है और सिर्फ़ |x| < 1 पर मान्य है।

(a + bx)^n की वैधता कैसे निकालें?

इसे a^n(1 + bx/a)^n लिखो। प्रसार तब मान्य है जब |bx/a| < 1, यानी |x| < |a/b|.

क्या द्विपद प्रसार से सन्निकटन निकाल सकते हैं?

हाँ। छोटा x चुनो, कुछ पद रखो — बहुत पास का मान मिलता है, जैसे √1.02 ≈ 1.00995.

यह कहाँ पढ़ाया जाता है

इंग्लैंडYear 13D Sequences and series

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