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खंडशः फलन, मापांक फलन और सीढ़ी फलन

खंडशः फलन (piecewise function) अपने प्रांत के अलग-अलग हिस्सों पर अलग-अलग नियम लगाता है। मान निकालने के लिए पहले देखिए x किस अंतराल में है, फिर सिर्फ़ उसी नियम का उपयोग कीजिए। ग्राफ़ पर भरा बिंदु ● मतलब सिरा शामिल (≤, ≥), खाली बिंदु ○ मतलब शामिल नहीं (<, >)। मापांक फलन y = |x| भी खंडशः है: x < 0 पर −x और x ≥ 0 पर x; ग्राफ़ V-आकार, शीर्ष (0, 0)। y = a|x − h| + k में शीर्ष (h, k) पर चला जाता है। सीढ़ी फलन, जैसे ⌊x⌋, ⌈x⌉ या पार्किंग शुल्क, सपाट टुकड़े होते हैं जो पूर्णांकों पर कूदते हैं।

🎬 कदम-दर-कदम कहानी

  1. कुछ नियम बीच में बदल जाते हैं। एक फलन x-अक्ष के बाएँ हिस्से पर एक नियम और दाएँ हिस्से पर दूसरा नियम लगा सकता है। बँटवारे की जगह पर एक दीवार दिखती है।
  2. f(x) निकालने के लिए पहले पूछिए: x किस हिस्से में है? फिर सिर्फ़ उसी एक नियम में x रखिए। तीन मान बनते हुए देखिए।
  3. बँटवारे वाले बिंदु पर बताना पड़ता है कि वह किस नियम का है। भरा बिंदु मतलब शामिल। खाली बिंदु मतलब शामिल नहीं। अगर दोनों टुकड़े न मिलें, तो ग्राफ़ कूदता है।
  4. मापांक |x| भी खंडशः फलन है: यह ऋणात्मक संख्या को धनात्मक बना देता है। इसका ग्राफ़ V जैसा है। h और k बदलने से V नए शीर्ष (h, k) पर खिसकता है।
  5. सीढ़ी फलन कुछ देर सपाट रहता है, फिर कूदता है। हर शुरू हुए घंटे का पैसा लेने वाली पार्किंग इसका उदाहरण है। हर सीढ़ी के एक सिरे पर खाली और दूसरे पर भरा बिंदु होता है।
  6. अब आपकी बारी। a, h और k से V बदलिए। x खिसकाइए और हरे बिंदु से f(x) पढ़िए।

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

🤔 आम शंकाएँ और उनके जवाब

दोनों टुकड़े विभाजन बिंदु को शामिल क्यों नहीं कर सकते?

तब एक x के दो उत्तर होंगे, जबकि फलन ठीक एक उत्तर देता है। एक टुकड़े को भरा बिंदु मिलता है, दूसरे को खाली।

क्या x को दोनों नियमों में रखकर चुनें?

नहीं। पहले शर्त जाँचिए, फिर सिर्फ़ वही एक नियम। 3D में हरा बिंदु हर x के लिए सही टुकड़े पर जाता है।

क्या |x| सच में खंडशः फलन है?

हाँ: 0 के बाईं ओर −x और दाईं ओर x। V के दो रंगीन आधे यही दो टुकड़े हैं।

|x − 2| से V दाएँ क्यों जाता है, बाएँ क्यों नहीं?

कोना वहाँ है जहाँ x − 2 = 0, यानी x = 2। इसलिए शीर्ष x = 2 पर, जो 0 के दाईं ओर है।

1.5 घंटे की पार्किंग का शुल्क 2 घंटे जितना क्यों?

शुल्क सीलिंग ⌈t⌉ से बनता है: शुरू हुआ घंटा पूरा गिना जाता है। 1.5 वाला बिंदु ऊँचाई 2 वाली सीढ़ी पर है।

a ऋणात्मक हो तो क्या बदलता है?

V उल्टा होकर नीचे खुलता है, शीर्ष सबसे ऊँचा बिंदु बन जाता है। खुद खेलिए में a = −1 करके देखिए।

खंडशः फलन क्या है?

खंडशः फलन दो या ज़्यादा नियमों से बना एक ही फलन है। हर नियम अपने अंतराल (x-अक्ष के एक हिस्से) पर चलता है। अंतराल आपस में नहीं टकराते, इसलिए हर x को ठीक एक उत्तर मिलता है।

इसे बड़े कोष्ठक से लिखते हैं:

f(x) = x + 2, यदि x < 1
f(x) = 5 − x, यदि x ≥ 1

जिस संख्या पर नियम बदलता है (यहाँ x = 1), उसे विभाजन बिंदु (break point) कहते हैं।

खंडशः फलन का मान निकालना

हमेशा इसी क्रम में दो क़दम:

  1. कहाँ? शर्तें देखिए और वह अंतराल ढूँढिए जिसमें x है।
  2. क्या? सिर्फ़ उसी नियम में x रखिए।

ऊपर वाले फलन में: f(−2): −2 < 1, तो x + 2 → 0। f(1): 1 ≥ 1, तो 5 − x → 4। f(3): 3 ≥ 1 → 2।

विभाजन बिंदु पर ध्यान दीजिए: चिह्न < है या ≤।

ग्राफ़ बनाना: खुले और भरे बिंदु, छलाँग

हर नियम का ग्राफ़ सिर्फ़ उसके अपने अंतराल पर बनाइए, जैसे पूरी रेखा से एक टुकड़ा काट लिया हो। हर सिरे पर:

अगर टुकड़े एक ही ऊँचाई पर मिलें, तो ग्राफ़ संतत (continuous) है। अलग ऊँचाई पर ख़त्म हों, तो ग्राफ़ में छलाँग (jump) है। किसी x के ऊपर दो भरे बिंदु नहीं हो सकते, वरना वह फलन नहीं (ऊर्ध्वाधर रेखा परीक्षण)।

प्रांत और परिसर

प्रांत (domain) अंतरालों से पढ़िए और परिसर (range) टुकड़ों की ऊँचाइयों से; सिरे का मान शामिल है या नहीं, यह बिंदु बताता है।

मापांक फलन (Absolute value)

मापांक |x| शून्य से x की दूरी है, इसलिए कभी ऋणात्मक नहीं: |−3| = 3, |3| = 3।

खंडशः रूप: |x| = −x यदि x < 0, और x यदि x ≥ 0। ग्राफ़ V आकार का है, कोना (शीर्ष) (0, 0) पर।

रूपांतरण: y = a|x − h| + k

शीर्ष (h, k) है। |x − 2| = 3 हल करने के लिए दो भाग कीजिए: x − 2 = 3 या x − 2 = −3, यानी x = 5 या x = −1।

सीढ़ी फलन (Step functions)

सीढ़ी फलन ऐसा खंडशः फलन है जिसके सारे टुकड़े सपाट (अचर) हों। ग्राफ़ सीढ़ियों जैसा दिखता है।

असली उदाहरण: वज़न के हिसाब से डाक शुल्क, हर शुरू हुए घंटे की पार्किंग, GB के हिसाब से डेटा प्लान। ₹20 प्रति शुरू हुआ घंटा: शुल्क = 20⌈t⌉ (t > 0)।

करके देखिए: घर पर किराया तालिका

कोई असली दर लीजिए, जैसे ऑटो किराया (पहले 2 km तय राशि, फिर प्रति km) या घर के बिजली बिल की स्लैब दरें। इसे खंडशः फलन के रूप में लिखिए। 5 मानों की तालिका बनाइए, ग्राफ़ पेपर पर बिंदु लगाइए और विभाजन बिंदुओं पर खुले-भरे बिंदु बनाइए। फिर अपने नियम से एक बिल जाँचिए। 3D के चरण 6 में V सेट कीजिए और x खिसकाने से पहले f(x) का अनुमान लगाइए।

मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ

हल किए गए उदाहरण

1. f(x) = 3x यदि x < 2, और x + 4 यदि x ≥ 2। f(0), f(2) और f(5) ज्ञात कीजिए।

f(0): 0 < 2 → 3·0 = 0। f(2): 2 ≥ 2 → 2 + 4 = 6। f(5): 5 ≥ 2 → 5 + 4 = 9।

2. g(x) = 1 यदि x ≤ 0, और −x यदि x > 0। g(0) और g(0.5) ज्ञात कीजिए।

g(0): 0 ≤ 0 → 1। g(0.5): 0.5 > 0 → −0.5।

3. y = −2|x + 1| + 3 का शीर्ष और खुलने की दिशा बताइए।

इसे −2|x − (−1)| + 3 लिखिए: h = −1, k = 3। शीर्ष (−1, 3)। a = −2 < 0, इसलिए V नीचे की ओर खुलता है और (−1, 3) सबसे ऊँचा बिंदु है।

4. क्या f(x) = x + 1 (x < 2), 3 (x ≥ 2) x = 2 पर संतत है?

बायाँ टुकड़ा 2 + 1 = 3 पर (खाली बिंदु) ख़त्म होता है। दायाँ टुकड़ा 3 से (भरा बिंदु) शुरू होता है। ऊँचाई बराबर, कोई छलाँग नहीं: x = 2 पर संतत है।

5. |2x − 1| = 7 हल कीजिए।

दो भाग: 2x − 1 = 7 → x = 4, या 2x − 1 = −7 → x = −3। जाँच: |7| = 7, |−7| = 7। उत्तर x = 4 या x = −3।

6. बिजली पहली 100 यूनिट तक ₹5 प्रति यूनिट और उसके बाद ₹7 प्रति यूनिट है। बिल B(u) लिखिए और B(160) निकालिए।

B(u) = 5u यदि 0 ≤ u ≤ 100; B(u) = 500 + 7(u − 100) यदि u > 100। B(160) = 500 + 7·60 = 500 + 420 = ₹920।

7. पार्किंग ₹20 प्रति शुरू हुआ घंटा है। 2 घंटे 10 मिनट और ठीक 3 घंटे का शुल्क बताइए।

शुल्क = 20⌈t⌉। 2 घंटे 10 मिनट ≈ 2.17 h → ⌈2.17⌉ = 3 → ₹60। ठीक 3 h → ⌈3⌉ = 3 → ₹60।

आम गलतियाँ

अभ्यास क्विज़

1. f(x) = 2x यदि x < 3; 10 यदि x ≥ 3। f(3) क्या है?
2. टुकड़े के सिरे पर खाली बिंदु का अर्थ है:
3. y = |x − 4| − 2 का शीर्ष है:
4. ⌊3.9⌋ बराबर है:
5. y = |x| का ग्राफ़ किस आकार का 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

खंडशः फलन आसान शब्दों में क्या है?

ऐसा फलन जो x की अलग-अलग सीमाओं पर अलग सूत्र लगाता है, जैसे कुछ दूरी के बाद बदलने वाला किराया।

बिंदु खाली होगा या भरा, कैसे पता करें?

असमिका का चिह्न देखिए: < या > पर खाली (शामिल नहीं); ≤ या ≥ पर भरा (शामिल)।

floor और ceiling में क्या अंतर है?

floor ⌊x⌋ नीचे वाले पूर्णांक पर जाता है; ceiling ⌈x⌉ ऊपर वाले पूर्णांक पर।

यह कहाँ पढ़ाया जाता है

अमेरिकाGrade 9Quadratic functions and modeling

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