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माध्यमान प्रमेय और रोल का प्रमेय

अगर फलन [a, b] पर संतत और (a, b) पर अवकलनीय है, तो a और b के बीच कम से कम एक बिंदु c ऐसा है जहाँ स्पर्श रेखा की ढलान औसत ढलान के बराबर होती है: f'(c) = (f(b) − f(a)) / (b − a)। रोल का प्रमेय इसका विशेष रूप है, जब f(a) = f(b) हो और f'(c) = 0 मिले।

🎬 कदम-दर-कदम कहानी

  1. यह एक चिकना वक्र (curve) है। A और B इस पर दो बिंदु हैं। हम इन दोनों के बीच का हिस्सा देखेंगे।
  2. A और B को नारंगी सीधी रेखा से जोड़ो। इसकी ढलान A से B तक पूरे सफ़र की औसत ढलान है।
  3. अब एक लाल रेखा वक्र को एक बिंदु c पर छूती है। उसे A से B तक खिसकाओ। उसकी ढलान बदलती रहती है।
  4. देखो! एक जगह लाल रेखा हरी हो जाती है और नारंगी रेखा के समांतर हो जाती है। ढलानें बराबर हैं। वही जगह c है। यही माध्यमान प्रमेय है।
  5. विशेष स्थिति: B को इतना खिसकाओ कि वह A जितना ऊँचा हो जाए। नारंगी रेखा सीधी लेटी है, यानी औसत ढलान 0 है। मेल खाने वाली स्पर्श रेखा भी सीधी लेटी है। यह रोल का प्रमेय है।
  6. अब तुम्हारी बारी। c और B को खिसकाओ। हरे निशान ढूँढो। कभी-कभी दो भी मिलते हैं।

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

🤔 आम शंकाएँ और उनके जवाब

नारंगी रेखा क्या है?

यह A और B को जोड़ने वाली छेदक रेखा है। इसकी ढलान औसत ढलान है, यानी A से B तक ऊँचाई का बदलाव भाग दूरी।

c खिसकाने पर स्पर्श ढलान क्यों बदलती है?

वक्र मुड़ता है। तीखे हिस्सों में ढलान बड़ी और चपटे हिस्सों में छोटी होती है। c खिसकाओ और लाल रेखा को झुकते देखो।

क्या c हमेशा बीच में होता है?

नहीं। हरा निशान वहाँ है जहाँ ढलान मिलती है, ज़रूरी नहीं कि बीच में हो। खिसकाकर ढूँढो।

रोल के प्रमेय में स्पर्श रेखा सीधी लेटी क्यों होती है?

जब A और B बराबर ऊँचे हों तो औसत ढलान शून्य होती है। मेल खाने वाली स्पर्श रेखा की ढलान भी शून्य, यानी सीधी लेटी, वक्र की चोटी या तली पर।

क्या एक से ज़्यादा हरे निशान हो सकते हैं?

हाँ। प्रमेय कम से कम एक की गारंटी देता है। आखिरी कदम में B खिसकाओ तो दो हरे निशान दिख सकते हैं।

औसत ढलान और स्पर्श ढलान

A से B तक वक्र की औसत ढलान यानी वह कितना ऊपर उठा, उसे आगे बढ़ी दूरी से भाग देना। A और B से गुज़रने वाली सीधी रेखा को छेदक रेखा (secant) कहते हैं।

एक बिंदु पर स्पर्श रेखा की ढलान वह रेखा है जो वहाँ वक्र को बस छूती है। यही अवकलज f'(x) है।

औसत ढलान = (f(b) − f(a)) ÷ (b − a)। पूरे टुकड़े के लिए एक ही संख्या होती है। स्पर्श ढलान हर बिंदु पर बदलती है।

माध्यमान प्रमेय (Mean Value Theorem)

मान लो फलन f

तब a और b के बीच कम से कम एक बिंदु c ऐसा है कि

f'(c) = (f(b) − f(a)) / (b − a)

यानी वक्र पर कहीं स्पर्श रेखा, छेदक रेखा AB के समांतर होती है। 3D में लाल रेखा खिसकाओगे तो वह मिल जाएगी।

रोल का प्रमेय: सीधी रेखा वाली विशेष स्थिति

अगर वक्र के दोनों सिरे बराबर ऊँचाई पर हैं, f(a) = f(b), तो औसत ढलान 0 है। तब प्रमेय कहता है कि कोई बिंदु c ऐसा है जहाँ f'(c) = 0 यानी स्पर्श रेखा सीधी लेटी है। यह पहाड़ की चोटी या घाटी की तली होती है।

रोल के प्रमेय में तीन बातें चाहिए: [a, b] पर संतत, (a, b) पर अवकलनीय, और f(a) = f(b)।

शर्तें क्यों ज़रूरी हैं

अगर वक्र के बीच में कोना है तो वहाँ स्पर्श रेखा तय नहीं होती और प्रमेय फ़ेल हो सकता है। उदाहरण: [−1, 2] पर f(x) = |x|। औसत ढलान (2 − 1) ÷ 3 = 1/3 है, पर ढलान सिर्फ़ −1 या +1 होती है, 1/3 कभी नहीं, क्योंकि 0 पर कोना है।

अगर वक्र में छलांग (टूट) है तो वह संतत नहीं है, और स्पर्श रेखा छेदक से मेल नहीं खा सकती। प्रमेय लगाने से पहले शर्तें ज़रूर जाँचो।

सवाल में c कैसे निकालें

  1. जाँचो कि f, [a, b] पर संतत और (a, b) पर अवकलनीय है।
  2. औसत ढलान (f(b) − f(a)) ÷ (b − a) निकालो।
  3. f'(x) निकालो और f'(c) = औसत ढलान हल करो।
  4. सिर्फ़ वही उत्तर रखो जो (a, b) के अंदर हों।

इस प्रमेय से यह भी सिद्ध होता है कि जिस फलन का f'(x) हर जगह 0 हो, वह अचर (constant) होता है।

खुद करके देखो

3D में: स्लाइडर खिसकाने से पहले अंदाज़ा लगाओ कि हरा निशान कहाँ होगा। फिर c खिसकाकर जाँचो। फिर B को खिसकाओ और देखो हरा निशान कैसे हिलता है।

घर पर: एक रास्ते पर 10 कदम चलो और समय नोट करो। औसत चाल = 10 कदम ÷ समय। दोस्त से देखने को कहो: क्या कोई पल था जब तुम ठीक इसी चाल से चले? प्रमेय कहता है हाँ, अगर तुम्हारी चाल धीरे-धीरे बदली हो।

मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ

हल किए गए उदाहरण

1. [1, 3] पर f(x) = x² के लिए c निकालो।

पहला कदम: f बहुपद है, इसलिए चिकना है। दूसरा: औसत ढलान = (9 − 1) / (3 − 1) = 4। तीसरा: f'(x) = 2x, तो 2c = 4 और c = 2। चौथा: 2, (1, 3) के अंदर है, इसलिए c = 2।

2. [0, 4] पर f(x) = x² − 4x + 3 के लिए रोल का प्रमेय जाँचो और c निकालो।

f(0) = 3 और f(4) = 16 − 16 + 3 = 3, इसलिए f(0) = f(4)। यह बहुपद है, बाकी शर्तें ठीक हैं। f'(x) = 2x − 4। 2c − 4 = 0 से c = 2, जो (0, 4) के अंदर है।

3. [0, 2] पर f(x) = x³ के लिए c निकालो।

औसत ढलान = (8 − 0) / 2 = 4। f'(x) = 3x², तो 3c² = 4 और c = ±2/√3 ≈ ±1.155। सिर्फ़ +1.155, (0, 2) में है। इसलिए c ≈ 1.155।

4. एक कार 2 घंटे में 150 किमी चलती है। माध्यमान प्रमेय उसकी चाल के बारे में क्या कहता है?

औसत चाल = 150 / 2 = 75 किमी/घंटा। अगर स्थिति धीरे-धीरे बदलती है तो किसी पल स्पीडोमीटर ठीक 75 किमी/घंटा दिखाएगा।

5. [1, e] पर f(x) = ln x के लिए c निकालो।

औसत ढलान = (ln e − ln 1) / (e − 1) = 1 / (e − 1)। f'(x) = 1/x, तो 1/c = 1/(e − 1) और c = e − 1 ≈ 1.718, जो (1, e) के अंदर है।

6. क्या [−1, 2] पर f(x) = |x| के लिए माध्यमान प्रमेय लगता है?

नहीं। x = 0 पर f अवकलनीय नहीं है और 0 अंतराल के अंदर है। औसत ढलान 1/3 है पर f'(x) सिर्फ़ −1 या 1 होती है, इसलिए c नहीं मिलता। शर्त टूट गई।

आम गलतियाँ

अभ्यास क्विज़

1. माध्यमान प्रमेय के अनुसार f'(c) बराबर है:
2. रोल के प्रमेय में f'(c) होता है:
3. माध्यमान प्रमेय के लिए कौन-सी शर्त ज़रूरी नहीं है?
4. [0, 4] पर f(x) = x² के लिए c है:
5. वक्र के दो बिंदु A और B को जोड़ने वाली सीधी रेखा कहलाती 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

माध्यमान प्रमेय आसान शब्दों में क्या है?

चिकने वक्र के दो बिंदुओं के बीच कोई जगह ऐसी होती है जहाँ स्पर्श रेखा, दोनों बिंदुओं को जोड़ने वाली सीधी रेखा के समांतर होती है। उसकी ढलान औसत ढलान के बराबर होती है।

रोल के प्रमेय और माध्यमान प्रमेय में क्या अंतर है?

रोल का प्रमेय उस विशेष स्थिति के लिए है जब दोनों सिरे बराबर ऊँचे हों, तब मिलती हुई ढलान शून्य होती है। माध्यमान प्रमेय किसी भी ऊँचाई के लिए लगता है।

क्या एक से ज़्यादा c हो सकते हैं?

हाँ। प्रमेय कम से कम एक की गारंटी देता है। कई मोड़ वाले वक्र पर दो या ज़्यादा हरे निशान हो सकते हैं, जैसा 3D में दिखता है।

यह कहाँ पढ़ाया जाता है

दक्षिण कोरिया고등학교 2학년Differentiation
दक्षिण कोरिया고등학교 3학년Differentiation

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