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बहुफलक: प्रिज़्म, पिरामिड और प्लेटोनिक ठोस

बहुफलक (polyhedron) ऐसा बंद ठोस है जिसकी पूरी सतह समतल बहुभुजों (फलकों) से बनी हो। फलक किनारों पर मिलते हैं और किनारे शीर्षों पर। प्रिज़्म के दो बराबर समांतर आधार होते हैं; पिरामिड का एक आधार और त्रिभुज जो शीर्ष-बिंदु पर मिलते हैं; छिन्नक (frustum) वह पिरामिड है जिसका ऊपरी भाग आधार के समांतर तल से काट दिया गया हो। हर उत्तल बहुफलक के लिए ऑयलर सूत्र V − E + F = 2 सही है। सम (प्लेटोनिक) बहुफलक ठीक पाँच हैं।

🎬 कदम-दर-कदम कहानी

  1. बहुफलक ऐसा ठोस है जिसके सारे फलक समतल हों। इस घन में 6 फलक, 12 किनारे और 8 शीर्ष हैं। गिनिए।
  2. प्रिज़्म के दो बराबर, समांतर आधार होते हैं। n भुजा वाले आधार से n + 2 फलक, 3n किनारे और 2n शीर्ष बनते हैं।
  3. पिरामिड का एक आधार होता है और त्रिभुज शीर्ष-बिंदु पर मिलते हैं। ऊपर का भाग आधार के समांतर काटें तो छिन्नक बनता है।
  4. ऑयलर का सूत्र: हर उत्तल बहुफलक में शीर्ष − किनारे + फलक = 2। हर ठोस पर जाँचिए।
  5. सम (प्लेटोनिक) बहुफलक के सभी फलक एक जैसे सम बहुभुज होते हैं और हर शीर्ष पर बराबर फलक मिलते हैं। ऐसे केवल पाँच हैं।
  6. खुद खेलिए: कोई प्लेटोनिक ठोस चुनिए, घुमाइए, उसके भाग गिनिए और ऑयलर सूत्र जाँचिए।

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

🤔 आम शंकाएँ और उनके जवाब

बेलन बहुफलक क्यों नहीं है?

उसकी सतह वक्र है। बहुफलक केवल समतल बहुभुजों से बनता है।

छिपे किनारे छोड़े बिना कैसे गिनें?

सभी फलकों की भुजाएँ जोड़कर 2 से भाग दीजिए, क्योंकि हर किनारा दो फलकों का साझा है। 3D में घुमाकर भी देखिए।

प्रिज़्म में हमेशा 3n किनारे क्यों?

ऊपरी आधार पर n, निचले पर n, और उन्हें जोड़ने वाले n पार्श्व किनारे।

क्या छिन्नक भी बहुफलक है?

हाँ, उसके सभी फलक समतल हैं: दो समरूप आधार और समलंब पार्श्व फलक।

क्या ऑयलर सूत्र हर ठोस पर लागू है?

हर उत्तल बहुफलक पर (और बिना छेद वाले पर)। आर-पार सुरंग वाले ठोस में उत्तर 0 आता है।

एक शीर्ष पर 6 त्रिभुज क्यों नहीं?

6 × 60° = 360°, त्रिभुज सपाट हो जाएँगे, कोना नहीं बनेगा।

बहुफलक क्या है? फलक, किनारे और शीर्ष

बहुफलक ऐसा बंद ठोस है जिसकी पूरी सतह समतल बहुभुजों से बनी है। हर समतल बहुभुज एक फलक (face) है। दो फलक एक सीधी रेखा पर मिलते हैं, उसे किनारा (edge) कहते हैं। किनारे जिस कोने पर मिलते हैं, वह शीर्ष (vertex) है।

गेंद या डिब्बा-नुमा कैन बहुफलक नहीं हैं, क्योंकि उनकी सतह का कुछ भाग वक्र है।

बहुफलक उत्तल (convex) है यदि उसके किन्हीं दो बिंदुओं को मिलाने वाला रेखाखंड अंदर ही रहे (कोई गड्ढा नहीं)। विकर्ण उन दो शीर्षों को जोड़ता है जो एक ही फलक पर न हों। एक शीर्ष पर मिलने वाले फलक बहुफलकीय कोण बनाते हैं; एक किनारे पर दो फलकों के बीच का कोण द्वितल कोण (dihedral angle) है।

मुख्य बात: उत्तल बहुफलक के हर शीर्ष पर फलकों के कोणों का योग 360° से कम होता है।

प्रिज़्म और समांतर षट्फलक

प्रिज़्म के दो बराबर, समांतर बहुभुज आधार होते हैं। पार्श्व फलक समांतर चतुर्भुज होते हैं। नाम आधार से: त्रिभुजाकार प्रिज़्म, पंचभुजाकार प्रिज़्म आदि।

n भुजा वाले आधार से: F = n + 2, E = 3n, V = 2n।

समांतर षट्फलक (parallelepiped) वह प्रिज़्म है जिसके सभी 6 फलक समांतर चतुर्भुज हैं। घनाभ में सभी फलक आयत हैं; उसका विकर्ण d = √(a² + b² + c²)। घन में d = a√3।

पिरामिड, सम पिरामिड और छिन्नक

पिरामिड का एक बहुभुज आधार होता है और त्रिभुजाकार पार्श्व फलक एक बिंदु, शीर्ष-बिंदु (apex), पर मिलते हैं। ऊँचाई शीर्ष-बिंदु से आधार तक की लंब दूरी है।

n भुजा वाले आधार से: F = n + 1, E = 2n, V = n + 1।

सम पिरामिड का आधार सम बहुभुज होता है और शीर्ष-बिंदु आधार के केंद्र के ठीक ऊपर। सभी पार्श्व फलक बराबर समद्विबाहु त्रिभुज होते हैं। एक पार्श्व त्रिभुज की ऊँचाई तिर्यक ऊँचाई l है। वर्ग पिरामिड में: l = √(h² + (a/2)²)।

चतुष्फलक त्रिभुजाकार पिरामिड है। विशेष: सम चतुष्फलक के चारों फलक समबाहु त्रिभुज; समकोणीय चतुष्फलक में एक शीर्ष पर तीन किनारे आपस में लंब होते हैं, डिब्बे के कोने की तरह।

छिन्नक (frustum): पिरामिड का ऊपरी भाग आधार के समांतर तल से काटने पर बचा भाग। इसके दो समांतर, समरूप आधार और समलंब पार्श्व फलक होते हैं।

ऑयलर सूत्र: V − E + F = 2

लियोनहार्ड ऑयलर ने 1750 में देखा कि हर उत्तल बहुफलक के लिए V − E + F = 2।

ठोसVEFV − E + F
घन81262
त्रिभुजाकार प्रिज़्म6952
वर्ग पिरामिड5852
षट्भुजाकार प्रिज़्म121882

इससे कोई छूटी संख्या निकालिए, या जाँचिए कि दिए V, E, F वाला ठोस बन सकता है या नहीं। जिस ठोस में आर-पार छेद हो (जैसे फोटो फ़्रेम), वहाँ यह 0 देता है।

सम बहुफलक: पाँच प्लेटोनिक ठोस

बहुफलक सम है जब सभी फलक बराबर सम बहुभुज हों और हर शीर्ष पर उतने ही फलक मिलें। ऐसे ठीक पाँच हैं:

ठोसफलकहर शीर्ष परVEF
चतुष्फलकत्रिभुज3464
घनवर्ग38126
अष्टफलकत्रिभुज46128
द्वादशफलकपंचभुज3203012
विंशतिफलकत्रिभुज5123020

केवल पाँच क्यों? एक शीर्ष पर कम से कम 3 फलक चाहिए और उनके कोणों का योग 360° से कम होना चाहिए। त्रिभुज (60°): 3, 4 या 5 चलते हैं; 6 से 360° होकर सपाट। वर्ग (90°): केवल 3। पंचभुज (108°): केवल 3। षट्भुज (120°): 3 से ही 360°। इसलिए केवल 5।

डिज़ाइन में: घन और चतुष्फलक मज़बूत ढाँचे देते हैं; जियोडेसिक गुंबद और कई वायरस के खोल विंशतिफलक पर आधारित हैं।

करके देखिए: जाल (net) से घन और चतुष्फलक बनाइए

कार्ड पर छह बराबर वर्ग क्रॉस के आकार में बनाइए, काटिए, रेखाओं पर मोड़िए और टेप लगाइए: घन तैयार। फलक, किनारे, शीर्ष गिनकर V − E + F = 2 जाँचिए। फिर एक बड़े समबाहु त्रिभुज को चार छोटे त्रिभुजों में बाँटकर कोने ऊपर मोड़िए: चतुष्फलक। गिनने से पहले अनुमान लगाइए।

मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ

हल किए गए उदाहरण

1. पंचभुज आधार वाले प्रिज़्म के F, E, V निकालिए और ऑयलर सूत्र जाँचिए।

n = 5। F = 7, E = 15, V = 10। 10 − 15 + 7 = 2 ✓

2. एक बहुफलक के 12 शीर्ष और 30 किनारे हैं। फलक कितने हैं?

12 − 30 + F = 2 → F = 20 (विंशतिफलक हो सकता है)।

3. एक पिरामिड के 10 किनारे हैं। आधार कैसा है और फलक कितने?

2n = 10 → n = 5, आधार पंचभुज। F = n + 1 = 6।

4. घनाभ 3 cm × 4 cm × 12 cm का है। विकर्ण निकालिए।

d = √(9 + 16 + 144) = √169 = 13 cm।

5. सम वर्ग पिरामिड: आधार भुजा 6 cm, ऊँचाई 4 cm। तिर्यक ऊँचाई और पार्श्व किनारा?

l = √(4² + 3²) = 5 cm। पार्श्व किनारा = √(16 + 18) = √34 ≈ 5.83 cm।

6. दिखाइए कि कोई सम बहुफलक षट्भुज फलकों से नहीं बन सकता।

सम षट्भुज का हर कोण 120°। कम से कम 3 फलक: 3 × 120° = 360°, यानी सपाट। ठोस कोने के लिए योग 360° से कम चाहिए, इसलिए असंभव।

आम गलतियाँ

अभ्यास क्विज़

1. घन के कितने किनारे होते हैं?
2. उत्तल बहुफलक के लिए ऑयलर सूत्र है:
3. षट्भुजाकार पिरामिड के कितने फलक हैं?
4. सम (प्लेटोनिक) बहुफलक कितने हैं?
5. द्वादशफलक के फलक कैसे होते 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

बहुफलक क्या है, आसान शब्दों में?

ऐसा ठोस जिसकी सतह केवल समतल फलकों से बनी हो, जैसे डिब्बा या पिरामिड।

5 प्लेटोनिक ठोस कौन से हैं?

चतुष्फलक, घन, अष्टफलक, द्वादशफलक और विंशतिफलक।

बहुफलक का ऑयलर सूत्र क्या है?

उत्तल बहुफलक के लिए शीर्ष − किनारे + फलक = 2, यानी V − E + F = 2।

यह कहाँ पढ़ाया जाता है

स्पेन2º BachilleratoApplied spatial representation systems
यूक्रेन10 класGeometry: introduction to solid geometry (15 h)
यूक्रेन11 класGeometry: polyhedra
यूक्रेन11 класGeometry: elements of tetrahedron geometry
यूक्रेन11 класGeometry: polyhedra (24 h)
यूक्रेन11 класGeometry: polyhedra (14 h)
रूस10 классPolyhedra
रूस10 классPolyhedra

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