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बहुपद फलन और उनके ग्राफ़

बहुपद फलन y = aₙxⁿ + … + a₁x + a₀ है जिसमें घातें पूर्ण संख्याएँ हैं। घात n और अग्र गुणांक aₙ अंत व्यवहार तय करते हैं। हर वास्तविक शून्यक r से गुणनखंड (x − r) मिलता है; विषम बहुलता वाले शून्यक पर ग्राफ़ x-अक्ष पार करता है, सम बहुलता पर छूकर लौटता है। घात n के बहुपद के अधिकतम n वास्तविक शून्यक और अधिकतम n − 1 घुमाव बिंदु होते हैं; सम्मिश्र गिनें तो ठीक n शून्यक। दो बिंदुओं के बीच औसत परिवर्तन दर छेदक रेखा का ढाल है।

🎬 कदम-दर-कदम कहानी

  1. यह है y = (x + 2)(x − 1)(x − 3). गुणा करो: सबसे बड़ा पद x³. घात 3, अग्र गुणांक 1.
  2. सिरे देखो। विषम घात और a > 0: बाएँ नीचे, दाएँ ऊपर। a ऋणात्मक करो तो दोनों सिरे पलट जाते हैं।
  3. हर गुणनखंड एक शून्यक देता है। (x + 2) से x = −2, (x − 1) से 1, (x − 3) से 3. ग्राफ़ वहीं x-अक्ष काटता है।
  4. अब गुणनखंड (x − 1) दो बार है। x = 1 पर ग्राफ़ अक्ष को सिर्फ़ छूकर लौट जाता है।
  5. मोड़ गिनो: अधिकतम घात − 1 = 2. बैंगनी छेदक रेखा x = 0 से x = 2 तक औसत परिवर्तन दर दिखाती है।
  6. अब तुम: तीनों शून्यक और a खिसकाओ। पहले अनुमान लगाओ कि ग्राफ़ कहाँ काटेगा और सिरे किधर जाएँगे, फिर जाँचो।

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

🤔 आम शंकाएँ और उनके जवाब

केवल अग्र पद ही सिरे क्यों तय करता है?

बहुत बड़े x पर x³, x² या x से बहुत तेज़ बढ़ता है। x = 100 पर x³ = 10 लाख, जबकि 5x = 500.

गुणनखंड (x + 2) हो तो शून्यक −2 क्यों?

गुणनफल 0 तब होता है जब कोई गुणनखंड 0 हो: x + 2 = 0 से x = −2.

दोहरा शून्यक उछलता क्यों है?

(x − 1)² कभी ऋणात्मक नहीं, इसलिए x = 1 पर y का चिह्न नहीं बदलता। ग्राफ़ अक्ष तक आकर उसी ओर लौटता है।

अधिकतम n − 1 मोड़ ही क्यों?

दो मोड़ों के बीच ग्राफ़ ऊपर फिर नीचे जाता है। n शून्यकों के बीच केवल n − 1 जगहें होती हैं।

सम्मिश्र शून्यक ग्राफ़ पर कहाँ हैं?

वे x-अंतःखंड नहीं हैं। वे "छूटे हुए कटान" की तरह दिखते हैं: वक्र अक्ष तक पहुँचने से पहले मुड़ जाता है।

बहुपद फलन क्या है?

बहुपद फलन f(x) = aₙxⁿ + aₙ₋₁xⁿ⁻¹ + … + a₁x + a₀ है, जहाँ घातें पूर्ण संख्याएँ (0, 1, 2, …) हैं और aₙ ≠ 0.

नाम: घात 0 अचर, 1 रैखिक, 2 द्विघात, 3 त्रिघात (घन), 4 चतुर्घात। बहुपद नहीं: 1/x, √x, 2ˣ.

परिमित अंतर: बराबर दूरी के x पर, घात n के बहुपद के n-वें अंतर स्थिर होते हैं (aₙ × n!). इससे तालिका से घात पता चलती है।

अंत व्यवहार

बहुत बड़े |x| पर अग्र पद aₙxⁿ सबसे भारी होता है, वही सिरों की दिशा तय करता है।

aₙ > 0aₙ < 0
n सम↖ … ↗ (दोनों ऊपर)↙ … ↘ (दोनों नीचे)
n विषम↙ … ↗↖ … ↘

सममिति: केवल सम घातें → सम फलन (y-अक्ष सममिति); केवल विषम घातें → विषम फलन (मूलबिंदु सममिति)।

शून्यक, गुणनखंड और बहुलता

गुणनखंड प्रमेय: f(r) = 0 तभी जब (x − r) गुणनखंड हो। शेषफल प्रमेय: f(x) को (x − r) से भाग देने पर शेषफल f(r).

(x − r) k बार आए तो r की बहुलता k:

गुणनखंड रूप से रेखाचित्र: (1) शून्यक, (2) y-अंतःखंड f(0), (3) अग्र पद से सिरे, (4) हर शून्यक पर पार या उछाल।

ग्राफ़ से समीकरण: शून्यक और बहुलता पढ़ो, y = a(x − r₁)(x − r₂)… लिखो, एक और बिंदु से a निकालो। y = k(x − r₁)(x − r₂) बहुपदों का एक कुल (family) है।

घुमाव बिंदु और बहुपद समीकरण हल करना

घात n के बहुपद में अधिकतम n − 1 घुमाव बिंदु और अधिकतम n वास्तविक शून्यक होते हैं।

  1. सार्व गुणनखंड बाहर निकालो।
  2. a₀ के पूर्णांक गुणनखंड आज़माओ (परिमेय मूल परीक्षण)।
  3. f(r) = 0 मिले तो (x − r) से भाग दो (लंबा या संश्लिष्ट भाग)।
  4. बचा द्विघात हल करो।

असमिकाएँ f(x) > 0: शून्यक निकालो, फिर ग्राफ़ या चिह्न-सारणी से देखो कि वक्र अक्ष के ऊपर कहाँ है।

सम्मिश्र शून्यक

बीजगणित का मूलभूत प्रमेय: घात n के बहुपद के ठीक n शून्यक होते हैं (बहुलता और सम्मिश्र सहित)।

वास्तविक गुणांक हों तो सम्मिश्र शून्यक संयुग्मी जोड़ों a ± bi में आते हैं। ये x-अंतःखंड नहीं बनते। उदाहरण: x³ − x² + 4x − 4 = (x − 1)(x² + 4): शून्यक 1, 2i, −2i; ग्राफ़ अक्ष को केवल एक बार काटता है।

परिवर्तन की दर

औसत परिवर्तन दर x = a से x = b: [f(b) − f(a)] ÷ (b − a), यानी छेदक का ढाल।

तात्क्षणिक दर x = a पर: अंतराल (a, a + h) में h बहुत छोटा करो; छेदक स्पर्शरेखा बन जाती है। घुमाव बिंदु पर यह 0 है। आगे यही अवकलज (derivative) बनता है।

करके देखो: डिब्बा बनाओ

A4 जैसी शीट (लगभग 30 cm × 21 cm) लो। कोनों से x भुजा के बराबर वर्ग काटकर डिब्बा मोड़ो। x = 2, 4, 6 cm आज़माकर आयतन नापो। V = x(30 − 2x)(21 − 2x) से मिलाओ। किस x पर सबसे बड़ा डिब्बा? (लगभग 4 cm: एक घुमाव बिंदु।)

मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ

हल किए गए उदाहरण

1. f(x) = −2x⁴ + 3x − 1 की घात, अग्र गुणांक और अंत व्यवहार लिखो।

घात 4 (सम), aₙ = −2 (ऋणात्मक)। दोनों सिरे नीचे: ↙ … ↘.

2. f(x) = x(x − 2)²(x + 3) के शून्यक और पार/उछाल बताओ।

x = 0 (×1, पार), x = 2 (×2, उछाल), x = −3 (×1, पार)।

3. क्या (x − 2), x³ − 3x² + 4 का गुणनखंड है?

f(2) = 8 − 12 + 4 = 0. हाँ।

4. x³ − 6x² + 11x − 6 = 0 हल करो।

x = 1: 1 − 6 + 11 − 6 = 0, तो (x − 1) गुणनखंड। भाग देने पर x² − 5x + 6 = (x − 2)(x − 3). शून्यक 1, 2, 3.

5. एक घन बहुपद के शून्यक −1, 2, 4 हैं और यह (0, 16) से गुज़रता है। बहुपद लिखो।

y = a(x + 1)(x − 2)(x − 4). x = 0 पर 8a = 16, a = 2. y = 2(x + 1)(x − 2)(x − 4).

6. f(x) = x³ की x = 1 से x = 3 तक औसत परिवर्तन दर?

(27 − 1) ÷ 2 = 13.

7. x³ + x² + 9x + 9 के सभी शून्यक निकालो।

x²(x + 1) + 9(x + 1) = (x + 1)(x² + 9). शून्यक −1, 3i, −3i.

8. (x + 2)(x − 1)(x − 3) > 0 हल करो।

शून्यक −2, 1, 3; विषम घात, a > 0, ग्राफ़ नीचे से शुरू। −2 < x < 1 और x > 3 पर अक्ष के ऊपर।

आम गलतियाँ

अभ्यास क्विज़

1. 5x³ − x⁷ + 2 की घात है:
2. सम घात और ऋणात्मक अग्र गुणांक: सिरे
3. बहुलता 2 वाले शून्यक पर ग्राफ़:
4. घात 5 के बहुपद के अधिकतम घुमाव बिंदु:
5. यदि f(3) = 0, तो:

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

बहुपद का अंत व्यवहार कैसे निकालें?

सिर्फ़ अग्र पद aₙxⁿ देखो: सम n में दोनों सिरे एक ओर, विषम में उलटे; aₙ का चिह्न बताता है दायाँ सिरा ऊपर या नीचे।

शून्यक की बहुलता का क्या अर्थ है?

उसका गुणनखंड कितनी बार आता है। विषम: ग्राफ़ पार करता है। सम: छूकर लौटता है।

बहुपद के कितने घुमाव बिंदु हो सकते हैं?

घात से अधिकतम एक कम।

यह कहाँ पढ़ाया जाता है

कनाडा (ओंटारियो)Grade 12B. Polynomial Functions
कनाडा (ओंटारियो)Grade 12C. Polynomial and Rational Functions
इंग्लैंडYear 12B Algebra and functions
अमेरिकाGrade 11Polynomial, rational and radical relationships
अमेरिकाGrade 12Polynomial and Rational Functions
जर्मनीJahrgangsstufe 12Functions: antiderivatives, product and chain rule

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