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अंतरिक्ष में रेखाएँ और समतल

दो बिंदु एक रेखा तय करते हैं; एक रेखा पर न पड़ने वाले तीन बिंदु एक समतल। अंतरिक्ष में दो रेखाएँ या तो मिलती हैं, या समांतर हैं, या विषमतलीय। रेखा समतल में पड़ी होती है, उसके समांतर होती है या उसे एक बिंदु पर काटती है; दो समतल समांतर होते हैं या एक रेखा में मिलते हैं। रेखा समतल पर लंब है अगर वह समतल की दो कटती रेखाओं पर लंब हो। अभिलंब n = (a, b, c) से समतल ax + by + cz = d, रेखा r = a + t·u, और बिंदु (x₀, y₀, z₀) से दूरी |ax₀ + by₀ + cz₀ − d| ÷ √(a² + b² + c²)।

🎬 कदम-दर-कदम कहानी

  1. दो बिंदु एक रेखा तय करते हैं। एक रेखा पर न पड़ने वाले तीन बिंदु एक समतल तय करते हैं, एक अनंत सपाट चादर।
  2. अंतरिक्ष में दो रेखाएँ मिल सकती हैं, समांतर हो सकती हैं, या विषमतलीय: न समांतर, न कभी मिलें।
  3. रेखा समतल में पड़ी हो सकती है, उसके समांतर हो सकती है, या उसे एक बिंदु पर काट सकती है। दो समतल समांतर होते हैं या एक रेखा में मिलते हैं।
  4. समतल से 90° पर खड़ी रेखा उसका अभिलंब है। अभिलंब (a, b, c) से समतल का समीकरण ax + by + cz = d बनता है।
  5. बिंदु से समतल तक सबसे छोटा रास्ता लंब है। रेखा और समतल का कोण रेखा और उसकी छाया के बीच नापते हैं।
  6. खुला खेल: समतल झुकाओ और बिंदु हिलाओ। लंब और दूरी को बदलते देखो।

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

🤔 आम शंकाएँ और उनके जवाब

अगर दो रेखाएँ नहीं मिलतीं, तो वे हमेशा समांतर क्यों नहीं?

सपाट काग़ज़ पर हाँ। अंतरिक्ष में एक रेखा दूसरी के ऊपर से अलग दिशा में जा सकती है। ऐसी विषमतलीय रेखाएँ किसी एक समतल में नहीं होतीं।

तीन पैरों वाला स्टूल कभी क्यों नहीं डगमगाता?

एक रेखा पर न पड़ने वाले तीन बिंदु हमेशा ठीक एक समतल तय करते हैं, इसलिए तीनों पैर फ़र्श छूते हैं। चार पैर एक समतल में न भी हों।

ax + by + cz = d में a, b, c अभिलंब क्यों हैं?

समतल के दो बिंदुओं P और Q के लिए a(x₂ − x₁) + b(y₂ − y₁) + c(z₂ − z₁) = 0, इसलिए (a, b, c) समतल के अंदर की हर दिशा से 90° पर है।

रेखा और समतल के कोण में cos नहीं, sin क्यों?

बिंदु गुणनफल वाला सूत्र अभिलंब से कोण देता है। अभिलंब समतल से 90° पर है, इसलिए समतल से कोण 90° घटा वह कोण है; cos(90° − φ) = sin φ।

दूरी के लिए एक लंब ही क्यों काफ़ी है?

बिंदु से कोई और रास्ता समकोण त्रिभुज की तिरछी भुजा है, इसलिए लंबा है। स्लाइडर हिलाकर लाल रेखा देखो।

बिंदु, रेखा और समतल: मूल नियम

समतल एक सपाट सतह है जो हर दिशा में अनंत तक फैली है। अंतरिक्ष में कुछ सरल नियम (अभिगृहीत) सच हैं:

समतल इनसे भी तय होता है: एक रेखा और उसके बाहर का बिंदु, दो कटती रेखाएँ, या दो समांतर रेखाएँ।

रेखाओं और समतलों की सापेक्ष स्थिति (समांतरता)

दो रेखाएँ

वे प्रतिच्छेदी हैं (एक साझा बिंदु), समांतर हैं (एक दिशा, एक समतल में, कोई साझा बिंदु नहीं), या विषमतलीय हैं (किसी एक समतल में नहीं, इसलिए न मिलतीं, न समांतर)।

रेखा और समतल

रेखा समतल में पड़ी है, उसके समांतर है, या उसे ठीक एक बिंदु पर काटती है। जाँच: रेखा समतल के समांतर है अगर वह समतल के अंदर की किसी रेखा के समांतर हो।

दो समतल

वे समांतर हैं या एक रेखा में मिलते हैं। जाँच: अगर एक समतल की दो कटती रेखाएँ दूसरे समतल के समांतर हों, तो समतल समांतर हैं।

लंब रेखाएँ और समतल; अभिलंब सदिश

रेखा समतल पर लंब है अगर वह समतल की हर रेखा से 90° बनाए। जाँचने के लिए समतल की दो कटती रेखाओं से 90° काफ़ी है।

ऐसी रेखा की दिशा अभिलंब सदिश n = (a, b, c) है। अगर P₀ = (x₀, y₀, z₀) समतल पर है, तो समतल का हर बिंदु a(x − x₀) + b(y − y₀) + c(z − z₀) = 0 मानता है, यानी ax + by + cz = d।

तीन लंबों का प्रमेय: अगर एक तिरछी रेखा समतल से मिलती है और उसकी छाया (प्रक्षेप) समतल की किसी रेखा पर लंब है, तो तिरछी रेखा भी उस रेखा पर लंब है।

दो समतल लंब हैं जब उनके अभिलंब लंब हों: a₁a₂ + b₁b₂ + c₁c₂ = 0।

समीकरणों से रेखा और समतल

बिंदु A से दिशा सदिश u वाली रेखा: r = A + t·u (सदिश रूप)। निर्देशांकों में (प्राचलिक रूप): x = x₁ + t·u₁, y = y₁ + t·u₂, z = z₁ + t·u₃। t हटाने पर सममित रूप (x − x₁)/u₁ = (y − y₁)/u₂ = (z − z₁)/u₃।

A से दो दिशा सदिशों u, v वाला समतल: r = A + s·u + t·v। इसका अभिलंब n = u × v है, जिससे ax + by + cz = d मिलता है।

रेखा समतल से कहाँ मिलती है: प्राचलिक x, y, z को समतल के समीकरण में रखकर t निकालो।

अंतरिक्ष में कोण और दूरियाँ

मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ

हल किए गए उदाहरण

1. (1, 2, 3) से जाने वाले और अभिलंब (2, −1, 4) वाले समतल का समीकरण निकालो।

2(x − 1) − 1(y − 2) + 4(z − 3) = 0 → 2x − y + 4z − 2 + 2 − 12 = 0 → 2x − y + 4z = 12।

2. A(1, 0, 2) और B(3, 4, 1) से जाने वाली रेखा के प्राचलिक समीकरण लिखो।

दिशा u = B − A = (2, 4, −1)। इसलिए x = 1 + 2t, y = 4t, z = 2 − t।

3. P(1, 2, 3) से समतल 2x + 2y + z = 3 की दूरी निकालो।

D = |2·1 + 2·2 + 1·3 − 3| ÷ √(4 + 4 + 1) = 6 ÷ 3 = 2 इकाई।

4. रेखा x = 1 + t, y = 2t, z = 3 − t समतल x + y + z = 10 से कहाँ मिलती है?

(1 + t) + 2t + (3 − t) = 10 → 4 + 2t = 10 → t = 3। बिंदु: (4, 6, 0)।

5. क्या समतल x + 2y − z = 4 और 2x − y = 7 लंब हैं?

n₁·n₂ = 1·2 + 2·(−1) + (−1)·0 = 0। हाँ, अभिलंब 90° पर हैं, इसलिए समतल लंब हैं।

6. दिशा (1, 1, 0) वाली रेखा और समतल z = 0 के बीच कोण निकालो।

अभिलंब n = (0, 0, 1)। u·n = 0, तो sin φ = 0 और φ = 0°: रेखा समतल के समांतर है (या उसमें पड़ी है)।

7. दिखाओ कि रेखाएँ L₁: (t, 0, 0) और L₂: (0, s, 1) विषमतलीय हैं।

दिशाएँ (1, 0, 0) और (0, 1, 0) समांतर नहीं। साझा बिंदु के लिए z = 0 और z = 1 एक साथ चाहिए: असंभव। न समांतर, न साझा बिंदु, इसलिए विषमतलीय।

आम गलतियाँ

अभ्यास क्विज़

1. एक रेखा पर न पड़ने वाले कितने बिंदु एक समतल तय करते हैं?
2. जो दो रेखाएँ न समांतर हों और न कभी मिलें, कहलाती हैं:
3. समतल 3x − y + 2z = 5 का अभिलंब सदिश है:
4. दो अलग, असमांतर समतल मिलते हैं:
5. मूलबिंदु से समतल x + y + z = 3 की दूरी 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

विषमतलीय रेखाएँ क्या हैं?

अंतरिक्ष की वे रेखाएँ जो न समांतर हैं, न मिलती हैं। कोई एक समतल दोनों को नहीं रखता।

समतल का समीकरण कैसे निकालें?

एक अभिलंब सदिश (a, b, c) और समतल का एक बिंदु (x₀, y₀, z₀) लो। फिर a(x − x₀) + b(y − y₀) + c(z − z₀) = 0।

बिंदु से समतल की दूरी का सूत्र क्या है?

समतल ax + by + cz = d और बिंदु (x₀, y₀, z₀) के लिए D = |ax₀ + by₀ + cz₀ − d| ÷ √(a² + b² + c²)।

यह कहाँ पढ़ाया जाता है

कनाडा (ओंटारियो)Grade 12C. Geometry and Algebra of Vectors
नीदरलैंडHAVO 4 (bovenbouw, 2e fase)Solid geometry
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