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इष्टतमीकरण: द्विघात फलन से सबसे अच्छा मान खोजना

इष्टतमीकरण (optimisation) का मतलब है सबसे अच्छा मान खोजना: सबसे बड़ा क्षेत्रफल, सबसे ज़्यादा लाभ या सबसे कम खर्च। हम मात्रा को द्विघात फलन के रूप में लिखते हैं; उसके परवलय का शीर्ष सबसे अच्छा मान देता है। y = ax² + bx + c का शीर्ष x = −b/(2a) पर है; a < 0 हो तो अधिकतम, a > 0 हो तो न्यूनतम।

🎬 कदम-दर-कदम कहानी

  1. एक किसान के पास 20 m बाड़ है। उसे ऐसा आयत चाहिए जिसमें सबसे ज़्यादा ज़मीन आए।
  2. खेत पतला करो तो कम ज़मीन आती है। चौड़ाई x हो तो लंबाई 10 − x होगी।
  3. हर चौड़ाई का क्षेत्रफल निकालो। ग्राफ़ पर बिंदु एक परवलय बनाते हैं: A = x(10 − x)।
  4. परवलय का सबसे ऊँचा बिंदु शीर्ष है। x = 5 m पर क्षेत्रफल 25 m² है। यही सबसे अच्छा है: एक वर्ग।
  5. दुकानें भी यही तरीका अपनाती हैं। लाभ P = −q² + 20q − 36 शीर्ष q = 10 पर सबसे ज़्यादा है।
  6. अब तुम्हारी बारी: स्लाइडर चलाओ और खुद सबसे अच्छा मान खोजो।

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

🤔 आम शंकाएँ और उनके जवाब

वर्ग ही सबसे अच्छा आयत क्यों है?

x(10 − x) तब सबसे बड़ा है जब दोनों भुजाएँ बराबर हों, x = 5। स्लाइडर किसी भी तरफ़ हिलाओ, एक भुजा छोटी होती है और क्षेत्रफल घटता है।

ग्राफ़ फिर नीचे क्यों आता है?

बहुत चौड़ा खेत बहुत छोटी लंबाई वाला होगा, क्योंकि बाड़ तय है। दोनों तरफ़ क्षेत्रफल घटता है।

कैसे पता करें कि अधिकतम है या न्यूनतम?

a देखो। ऋणात्मक a: पहाड़ी, शीर्ष अधिकतम। धनात्मक a: घाटी, न्यूनतम।

ज़्यादा बेचने पर लाभ बढ़ता क्यों नहीं रहता?

ज़्यादा बेचने के लिए दाम घटाना पड़ता है। एक सीमा के बाद हर अतिरिक्त बिक्री कम कमाती है, तो लाभ घटने लगता है।

अगर शीर्ष मान्य न हो तो?

तब मान्य सीमा के सिरों को जाँचो। स्लाइडर को 0.5 और 9.5 पर रखकर देखो।

इष्टतमीकरण क्या है?

इष्टतमीकरण का मतलब है सबसे अच्छा उत्तर खोजना। सबसे अच्छा यानी अधिकतम (सबसे बड़ा) या न्यूनतम (सबसे छोटा)।

जब मात्रा द्विघात फलन हो, तो उसका ग्राफ़ परवलय होता है। परवलय में एक ही मोड़ बिंदु होता है: शीर्ष। वही सबसे अच्छा मान देता है।

स्थिति को द्विघात फलन से मॉडल करना

मॉडल बनाना यानी प्रश्न को सूत्र में लिखना।

  1. जो चीज़ बदल सकती है, उसके लिए अक्षर चुनो (जैसे x)।
  2. बाक़ी लंबाइयाँ या मात्राएँ x में लिखो।
  3. जिस मात्रा को सबसे अच्छा बनाना है, उसे x का फलन लिखो।
  4. x के मान्य मान (प्रांत) लिखो। लंबाई ऋणात्मक नहीं हो सकती।

उदाहरण: बाड़ 20 m, चौड़ाई x, तो लंबाई = 10 − x और क्षेत्रफल A(x) = x(10 − x) = −x² + 10x, जहाँ 0 < x < 10।

शीर्ष से सबसे अच्छा मान निकालना

f(x) = ax² + bx + c के लिए:

वर्ग पूरा करके भी लिख सकते हो: f(x) = a(x − p)² + q, शीर्ष (p, q)।

जब शीर्ष प्रांत से बाहर हो

अगर शीर्ष वाला x मान्य नहीं है, तो सबसे अच्छा मान प्रांत के किसी सिरे पर होगा। सिरों की जाँच ज़रूर करो।

अर्थशास्त्र में इष्टतमीकरण: अधिकतम लाभ

व्यापार में यह रोज़ काम आता है।

दाम बढ़ने पर बिक्री घटती है, इसलिए आय अक्सर a < 0 वाला द्विघात बन जाती है। शीर्ष वह दाम या मात्रा बताता है जिस पर अधिकतम लाभ होता है।

ऊँची कक्षाओं में यही बिंदु कलन (calculus) से मिलता है: शिखर पर ढाल (अवकलज) शून्य होता है।

करके देखो: धागे का आयत

40 cm का धागा लो और सिरे बाँध दो। ख़ानेदार कागज़ पर 4, 8, 10, 12 और 16 cm चौड़ाई वाले आयत बनाओ। हर एक के अंदर ख़ाने गिनो। किसमें सबसे ज़्यादा? अब शीर्ष सूत्र से अनुमान लगाओ और 3D के स्लाइडर से जाँचो।

मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ

हल किए गए उदाहरण

1. f(x) = −x² + 6x + 1 का अधिकतम मान ज्ञात करो।

a = −1, b = 6। x = −6/(2 × −1) = 3। f(3) = −9 + 18 + 1 = 10। a < 0 है, इसलिए x = 3 पर अधिकतम मान 10।

2. g(x) = 2x² − 8x + 5 का न्यूनतम मान ज्ञात करो।

x = 8/(2 × 2) = 2। g(2) = 8 − 16 + 5 = −3। a > 0 है, इसलिए न्यूनतम मान −3।

3. 20 m बाड़ से आयत बनाना है। सबसे बड़ा क्षेत्रफल कितना होगा?

चौड़ाई x, लंबाई 10 − x। A = −x² + 10x। शीर्ष x = 5। A = 25 m²। सबसे अच्छा आकार 5 m × 5 m का वर्ग।

4. एक दीवार बाड़े की एक भुजा है। बाक़ी तीन भुजाओं के लिए 40 m बाड़ है। अधिकतम क्षेत्रफल?

दीवार से लगी दो भुजाएँ x, सामने वाली 40 − 2x। A = −2x² + 40x। x = 10। A = 10 × 20 = 200 m²।

5. लाभ P(q) = −q² + 20q − 36 (हज़ार रुपये), q सैकड़ों में वस्तुएँ। सबसे अच्छा q और अधिकतम लाभ?

q = −20/(−2) = 10, यानी 1000 वस्तुएँ। P(10) = −100 + 200 − 36 = 64 हज़ार रुपये।

6. टिकट 10 € का है और 300 लोग आते हैं। हर 1 € बढ़ाने पर 20 लोग कम होते हैं। अधिकतम आय के लिए दाम?

n बार 1 € बढ़ाओ। दाम 10 + n, लोग 300 − 20n। R = −20n² + 100n + 3000। n = 2.5। दाम 12.50 €, लोग 250, आय 3125 €।

आम गलतियाँ

अभ्यास क्विज़

1. y = ax² + bx + c का शीर्ष x = ? पर है
2. a < 0 हो तो शीर्ष होता है
3. तय परिमाप वाले आयतों में सबसे बड़ा क्षेत्रफल किसका?
4. y = −x² + 4x का अधिकतम मान
5. लाभ बराबर 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

गणित में इष्टतमीकरण क्या है?

किसी मात्रा का सबसे बड़ा या सबसे छोटा मान खोजना, जैसे सबसे ज़्यादा क्षेत्रफल या सबसे कम खर्च।

द्विघात फलन का अधिकतम मान कैसे निकालें?

a < 0 हो तो x = −b/(2a) निकालो और फलन में रखो। वही अधिकतम मान है।

क्या इष्टतमीकरण कलन से होता है?

द्विघात के लिए शीर्ष सूत्र काफ़ी है। दूसरे फलनों में अवकलज को शून्य रखते हैं।

यह कहाँ पढ़ाया जाता है

पोलैंडLiceum ogólnokształcące, klasa IVOptimisation and calculus
दक्षिण कोरिया고등학교 2학년Differentiation and the economy
चीन九年级(初三)Ch.30 Lines and circles

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