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समांतर प्रक्षेपण, विषमतलीय रेखाएँ और ठोसों के परिच्छेद

अंतरिक्ष में जो दो रेखाएँ कभी नहीं मिलतीं और समांतर भी नहीं हैं, वे विषमतलीय हैं। समांतर प्रक्षेपण (सूरज की छाया) रेखा को रेखा में, समांतर रेखाओं को समांतर रेखाओं में बदलता है, एक रेखा पर खंडों का अनुपात और मध्य बिंदु बचाता है, पर लंबाई और कोण बदल देता है; इसलिए त्रिभुज का चित्र कोई भी त्रिभुज हो सकता है और वर्ग का चित्र कोई भी समांतर चतुर्भुज। केंद्रीय प्रक्षेपण (लैंप) में समांतरता नहीं बचती। ठोस का परिच्छेद वह बहुभुज है जहाँ तल उसे काटता है; उसकी भुजाएँ उन फलकों पर होती हैं जिन्हें तल काटता है, और तल दो समांतर फलकों को समांतर रेखाओं में काटता है। चतुष्फलक के परिच्छेद त्रिभुज या चतुर्भुज होते हैं; समानांतर षट्फलक के षट्भुज तक।

🎬 कदम-दर-कदम कहानी

  1. घन को देखिए। नीचे की नारंगी कोर और ऊपर की नीली कोर कभी नहीं मिलतीं और समांतर भी नहीं हैं। ये विषमतलीय रेखाएँ हैं। कोई एक सपाट तल दोनों को नहीं रख सकता।
  2. अब सूरज चमकता है और घन की छाया बनती है। छाया समांतर प्रक्षेपण है। दोनों खड़ी कोरें समांतर हैं और उनकी छायाएँ भी समांतर हैं। कोर का मध्य बिंदु छाया का भी मध्य बनाता है। सूरज हिलाकर जाँचिए।
  3. पर लंबाई और कोण नहीं बचते। ऊपर का फलक वर्ग है, उसके कोने 90 डिग्री के हैं। उसकी छाया तिरछा समांतर चतुर्भुज है। सूरज घुमाइए और कोना बदलते देखिए। समांतर भुजाएँ समांतर ही रहती हैं।
  4. अब सूरज की जगह लैंप लीजिए। सारी किरणें एक बिंदु से निकलती हैं। यह केंद्रीय प्रक्षेपण है। खड़ी कोरें अब भी समांतर हैं, पर उनकी छायाएँ फैल जाती हैं और मध्य बिंदु अब मध्य में नहीं रहता।
  5. एक तल घन को काट भी सकता है। कटा हुआ फलक परिच्छेद कहलाता है। तल सरकाइए और भुजाएँ गिनिए। भुजाओं की संख्या उतनी है जितने फलकों को तल काटता है।
  6. अब आपकी बारी। तल को झुकाइए और सरकाइए, और घन व चतुष्फलक के बीच बदलिए। घन के परिच्छेद की 3, 4, 5 या 6 भुजाएँ हो सकती हैं। चतुष्फलक के परिच्छेद की 3 या 4।

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

🤔 आम शंकाएँ और उनके जवाब

विषमतलीय रेखाएँ केवल समांतर रेखाएँ क्यों नहीं हैं?

समांतर रेखाएँ एक समतल में होती हैं। विषमतलीय नहीं होतीं: नारंगी रेखा वाला हरा तल नीली रेखा से 2 इकाई दूर रहता है, इसलिए कोई समतल दोनों को नहीं रखता।

सूरज में समांतर कोरों की छायाएँ समांतर क्यों रहती हैं?

सूरज की किरणें समांतर हैं, इसलिए हर जोड़ी किरणों और कोरों से बने समतल फ़र्श को समांतर रेखाओं में काटते हैं। 3D में सूरज हिलाइए: दोनों छायाओं के बीच का कोण 0° ही रहता है।

वर्ग की छाया वर्ग क्यों नहीं होती?

कोण और लंबाइयाँ इस पर निर्भर करती हैं कि किरणें ज़मीन पर कैसे पड़ती हैं। सूरज घुमाइए और नीचे कीजिए: छाया का कोना 90° से हटता है और भुजाओं की लंबाई बदलती है, पर सम्मुख भुजाएँ समांतर रहती हैं।

लैंप होने पर छायाएँ फैल क्यों जाती हैं?

लैंप की किरणें एक बिंदु से शुरू होकर पंखे की तरह फैलती हैं। समांतर कोरों से गुज़रती किरणें समांतर नहीं हैं, इसलिए छायाएँ भी समांतर नहीं हैं।

घन का परिच्छेद कभी षट्भुज और कभी त्रिभुज क्यों होता है?

भुजाओं की संख्या उतनी है जितने फलकों को तल काटता है। कोने के पास तल 3 फलक काटता है (त्रिभुज); बीच से तिरछा गुज़रे तो सभी 6 को (षट्भुज)। तल सरकाकर बदलाव देखिए।

चतुष्फलक का परिच्छेद कभी पंचभुज क्यों नहीं होता?

उसके केवल 4 फलक हैं और परिच्छेद की हर फलक पर अधिकतम एक भुजा होती है। अंतिम चरण में चतुष्फलक चुनिए और हर झुकाव आज़माइए।

अंतरिक्ष में विषमतलीय और समांतर रेखाएँ

अंतरिक्ष में दो रेखाओं की तीन स्थितियाँ होती हैं:

विषमतलीय की जाँच। अगर रेखा a किसी समतल में है और रेखा b उस समतल को ऐसे बिंदु पर काटती है जो a पर नहीं है, तो a और b विषमतलीय हैं।

काम के तथ्य। रेखा के बाहर के बिंदु से उसके समांतर ठीक एक रेखा होती है। तीसरी रेखा के समांतर दो रेखाएँ आपस में समांतर होती हैं। किसी रेखा से होकर, उसकी विषमतलीय रेखा के समांतर ठीक एक समतल जाता है।

घन में गिनती। एक कोर लीजिए। उसके समांतर 3 कोरें हैं, उससे मिलने वाली 4 और विषमतलीय 4 (12 − 1 − 3 − 4 = 4)।

विषमतलीय रेखाओं के बीच का कोण। एक रेखा को अपनी दिशा बनाए रखकर खिसकाइए जब तक वह दूसरी से न मिले। जो कोण बनता है वही विषमतलीय रेखाओं के बीच का कोण है।

समांतर प्रक्षेपण और उसके गुण

एक समतल π (चित्र-तल) और π के समांतर न होने वाली दिशा l चुनिए। आकृति के हर बिंदु A से l के समांतर रेखा खींचिए। वह π को चित्र-बिंदु A′ पर मिलती है। यह समांतर प्रक्षेपण है। ज़मीन पर सूरज की रोशनी अच्छा नमूना है: किरणें लगभग समांतर हैं।

क्या बचता है:

क्या खो जाता है: अलग-अलग दिशाओं में लंबाइयाँ, क्षेत्रफल और कोण। समकोण न्यूनकोण या अधिककोण बन सकता है। केवल समांतर खंडों का (और एक रेखा के खंडों का) अनुपात बचता है।

समतल आकृतियों के चित्र

क्योंकि केवल समांतरता और अनुपात बचते हैं, हम ठीक-ठीक बता सकते हैं कि कौन-से चित्र संभव हैं:

ठोस बनाना। काग़ज़ पर घन बनाने के लिए सामने का फलक समांतर चतुर्भुज बनाते हैं, पीछे के फलक के लिए उसकी खिसकी हुई प्रति बनाते हैं, संगत कोनों को जोड़ते हैं और छिपी कोरें बिंदीदार खींचते हैं। चतुष्फलक त्रिभुज की तरह बनता है जिसमें एक बिंदु अंदर या बाहर होता है और उससे तीन कोनों तक रेखाएँ। ऊपर के सब नियम चित्र को सही रखते हैं।

केंद्रीय प्रक्षेपण

केंद्रीय प्रक्षेपण में सारी किरणें एक बिंदु S (लैंप या आँख) से निकलती हैं। A का चित्र वहाँ है जहाँ रेखा SA चित्र-तल से मिलती है।

कैमरा और आँख दुनिया को ऐसे ही देखते हैं, इसलिए कलाकार इसे परिप्रेक्ष्य (perspective) के लिए इस्तेमाल करते हैं। इंजीनियरिंग चित्रों में समांतर प्रक्षेपण चलता है, क्योंकि वह समांतर रेखाएँ और अनुपात बचाता है।

चतुष्फलक और समानांतर षट्फलक के परिच्छेद

तल द्वारा ठोस का परिच्छेद वह बहुभुज है जहाँ तल उसे काटता है। परिच्छेद की हर भुजा ठोस के एक फलक पर होती है, इसलिए भुजाओं की संख्या फलकों की संख्या से ज़्यादा नहीं हो सकती।

प्रमेय। अगर तल दो समांतर तलों को काटे तो कटी रेखाएँ समांतर होती हैं। इसलिए समानांतर षट्फलक में सम्मुख फलकों पर परिच्छेद की भुजाएँ समांतर होती हैं।

तीन दिए बिंदुओं से परिच्छेद बनाने की विधि:

  1. अगर दो बिंदु एक ही फलक में हैं तो उन्हें जोड़िए। यह परिच्छेद की एक भुजा है।
  2. अगर तल एक फलक को किसी रेखा पर काट चुका है, तो सामने वाले फलक के किसी बिंदु से उसके समांतर रेखा खींचिए।
  3. अटक जाएँ तो ज्ञात भुजा को बढ़ाइए जब तक वह किसी दूसरे फलक के तल से न मिले। यह बिंदु, जिसे अनुरेख (trace) बिंदु कहते हैं, काटने वाले तल पर और उस फलक-तल पर होता है। इससे नई भुजा मिलती है।
  4. तब तक चलिए जब तक बहुभुज बंद न हो जाए।

ख़ास परिच्छेद। घन के कोने पर मिलती तीन कोरों के मध्य बिंदुओं से गुज़रता तल समबाहु त्रिभुज देता है। घन की छह कोरों के मध्य बिंदुओं से गुज़रता तल सम षट्भुज देता है। सम चतुष्फलक की कोरों AB, BC, CD, DA के मध्य बिंदुओं से गुज़रता तल वर्ग देता है।

करके देखिए: छाया और रोटी का टुकड़ा

छाया। कॉपी के ऊपर दो पेंसिलें समांतर पकड़िए और दूर से टॉर्च जलाइए: छायाएँ समांतर हैं। अब टॉर्च पास लाइए: छायाएँ फैल जाती हैं। यही समांतर और केंद्रीय प्रक्षेपण का अंतर है।

परिच्छेद। डबलरोटी या मिट्टी के ढेले को सीधा काटिए, फिर तिरछा, और कटे फलक को देखिए। 3D में तल सरकाने से पहले भुजाओं की संख्या का अनुमान लगाइए।

मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ

हल किए गए उदाहरण

1. घन की 12 कोरें हैं। एक चुनी हुई कोर की कितनी कोरें विषमतलीय हैं?

स्वयं कोर (1), 3 समांतर कोरें और उससे मिलने वाली 4 कोरें (हर सिरे पर 2) हटाइए। 12 − 1 − 3 − 4 = 4 विषमतलीय कोरें।

2. खंड AB पर बिंदु C है और AC : CB = 2 : 3। समांतर प्रक्षेपण में AB का चित्र A′B′ = 10 cm है। A′C′ ज्ञात कीजिए।

रेखा पर अनुपात बना रहता है, इसलिए A′C′ : C′B′ = 2 : 3। A′C′ = 10 × 2/5 = 4 cm।

3. क्या समबाहु त्रिभुज का समांतर प्रक्षेपण में चित्र समकोण त्रिभुज हो सकता है?

हाँ। कोई भी त्रिभुज किसी भी त्रिभुज का चित्र हो सकता है, इसलिए समबाहु त्रिभुज को समकोण त्रिभुज की तरह बनाया जा सकता है।

4. क्या वर्ग का चित्र ऐसा समलंब हो सकता है जिसमें केवल एक जोड़ी भुजाएँ समांतर हों?

नहीं। वर्ग की सम्मुख भुजाएँ समांतर हैं और समांतर रेखाएँ समांतर रहती हैं। दोनों जोड़ियाँ समांतर रहती हैं, इसलिए चित्र समांतर चतुर्भुज है।

5. घन की कोर 4 cm है। एक तल एक कोने पर मिलती तीनों कोरों के मध्य बिंदुओं से गुज़रता है। परिच्छेद क्या है और उसकी भुजा कितनी है?

हर कटा बिंदु कोने से कोर पर 2 cm दूर है। दो कटे बिंदुओं की दूरी √(2² + 2²) = 2√2 ≈ 2.83 cm है। तीनों भुजाएँ बराबर हैं, इसलिए परिच्छेद 2√2 cm भुजा का समबाहु त्रिभुज है।

6. सम चतुष्फलक ABCD की कोर 6 cm है। तल AB, BC, CD, DA के मध्य बिंदुओं M, N, P, Q से गुज़रता है। परिच्छेद ज्ञात कीजिए।

MN त्रिभुज ABC की मध्यिका-रेखा है, इसलिए MN ∥ AC और MN = 3। इसी तरह QP ∥ AC और QP = 3। NP ∥ BD, MQ ∥ BD, दोनों 3 cm। सम चतुष्फलक में सम्मुख कोरें AC और BD परस्पर लंब हैं, इसलिए कोण 90° हैं। परिच्छेद 3 cm भुजा का वर्ग है और क्षेत्रफल 9 cm²।

आम गलतियाँ

अभ्यास क्विज़

1. अंतरिक्ष में जो दो रेखाएँ न मिलें और न समांतर हों, वे हैं:
2. समांतर प्रक्षेपण में क्या बना रहता है?
3. आयत का समांतर प्रक्षेपण चित्र हमेशा होता है:
4. तल घन के दो समांतर फलकों को काटता है। दोनों कटी रेखाएँ होती हैं:
5. चतुष्फलक के परिच्छेद की अधिकतम भुजाएँ होती हैं:

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? एक उदाहरण दीजिए।

विषमतलीय रेखाएँ अंतरिक्ष की वे रेखाएँ हैं जो कभी नहीं मिलतीं और समांतर भी नहीं हैं, इसलिए कोई समतल दोनों को नहीं रखता। कमरे के फ़र्श की कोर और छत की कोई ग़ैर-समांतर कोर विषमतलीय हैं।

समांतर और केंद्रीय प्रक्षेपण में क्या अंतर है?

समांतर प्रक्षेपण में सब किरणें समांतर होती हैं (सूरज की रोशनी की तरह), इसलिए समांतर रेखाएँ समांतर रहती हैं और अनुपात बने रहते हैं। केंद्रीय प्रक्षेपण में सब किरणें एक बिंदु से निकलती हैं (लैंप या आँख की तरह), इसलिए समांतर रेखाएँ चित्र में अक्सर मिल जाती हैं।

घन के परिच्छेद की कितनी भुजाएँ हो सकती हैं?

3, 4, 5 या 6। घन के 6 फलक हैं और परिच्छेद की हर भुजा अलग फलक पर होती है।

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