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द्विघात फलन और उनके ग्राफ़

द्विघात फलन (quadratic function) y = ax² + bx + c है, जहाँ a ≠ 0। इसका ग्राफ़ U-आकार का वक्र होता है जिसे परवलय (parabola) कहते हैं। a > 0 हो तो वक्र ऊपर खुलता है और उसका एक सबसे निचला बिंदु होता है; a < 0 हो तो नीचे खुलता है और सबसे ऊँचा बिंदु होता है। यह मोड़ बिंदु शीर्ष (vertex) है, x = −b/2a पर। शीर्ष रूप y = a(x − h)² + k में शीर्ष (h, k) है।

🎬 कदम-दर-कदम कहानी

  1. y = x² लीजिए। हर x का वर्ग कीजिए और बिंदु लगाइए। बिंदु जुड़कर U-आकार बनाते हैं। इसे परवलय कहते हैं।
  2. अब a बदलिए। बड़ा a वक्र को पतला करता है। छोटा a चौड़ा करता है। ऋणात्मक a उसे उल्टा कर देता है।
  3. y = (x − h)² + k में h वक्र को दाएँ-बाएँ और k ऊपर-नीचे खिसकाता है। मोड़ बिंदु, यानी शीर्ष, (h, k) पर रहता है।
  4. ज़्यादातर फलन y = ax² + bx + c रूप में मिलते हैं। शीर्ष का x = −b/2a से निकालिए, फिर वही x रखकर y निकालिए।
  5. ऊपर फेंकी गई गेंद परवलय पर चलती है। शीर्ष सबसे ऊँचा बिंदु बताता है। जहाँ वक्र अक्ष से मिलता है, वहाँ गेंद ज़मीन पर है।
  6. अब आपकी बारी। a, h और k बदलिए और देखिए शीर्ष, दर्पण रेखा और मूल कैसे बदलते हैं।

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

🤔 आम शंकाएँ और उनके जवाब

ग्राफ़ सीधा न होकर मुड़ा हुआ क्यों है?

क्योंकि y, x गुणा x की तरह बढ़ता है। x = 1 से 2 पर 3 बढ़ता है, 2 से 3 पर 5, 3 से 4 पर 7। क़दम बढ़ते जाते हैं, इसलिए ग्राफ़ मुड़ता है। चरण 1 में बिंदुओं की तालिका देखिए।

y = (x − 2)² दाएँ क्यों जाता है, बाएँ क्यों नहीं?

सबसे छोटा मान 0 अब तब आता है जब x − 2 = 0, यानी x = 2 पर। U का तल x = 2 पर, दाईं ओर चला गया। चरण 3 में खिसकते देखिए।

आकार परवलय ही रहता है तो a क्या करता है?

a वक्र को ऊपर-नीचे खींचता है। |a| बड़ा हो तो y तेज़ी से बढ़ता है और U पतला होता है; a ऋण हो तो पलट जाता है। चरण 2 देखिए।

x = −b/2a कहाँ से आया?

पूर्ण वर्ग बनाने पर ax² + bx + c = a(x + b/2a)² + कुछ बनता है। कोष्ठक सबसे छोटा (शून्य) तब है जब x = −b/2a, वहीं शीर्ष है। चरण 4 में पंक्ति-दर-पंक्ति हल देखिए।

कैसे जानें कि शीर्ष अधिकतम है या न्यूनतम?

a का चिह्न देखिए। धन a: U आकार, न्यूनतम। ऋण a: ∩ आकार, अधिकतम। चरण 5 की गेंद में a = −5 है, इसलिए शीर्ष सबसे ऊपर है।

क्या परवलय का कोई मूल न हो, ऐसा हो सकता है?

हाँ। U-आकार वक्र का शीर्ष x-अक्ष से ऊपर हो तो वह अक्ष तक आता ही नहीं। खुले खेल में a = 1 और k = 2 रखिए, हरे मूल-बिंदु ग़ायब हो जाएँगे।

द्विघात फलन क्या है?

फलन एक नियम है जो हर इनपुट x के लिए एक आउटपुट y देता है।

द्विघात फलन का नियम है y = ax² + bx + c। यहाँ a, b, c स्थिर संख्याएँ हैं और a ≠ 0। x की सबसे बड़ी घात 2 है।

तालिका से भी पहचान सकते हैं। y = x² में x = 0, 1, 2, 3, 4 के लिए y = 0, 1, 4, 9, 16। पहले अंतर 1, 3, 5, 7 हैं। दूसरे अंतर सब 2 हैं। दूसरे अंतर बराबर हों तो पैटर्न द्विघात है।

हर द्विघात फलन का ग्राफ़ परवलय होता है: चिकना U या ∩ आकार। यह कभी सीधी रेखा नहीं होता और इसमें कोई नुकीला कोना नहीं होता।

परवलय की मुख्य बातें

रूपांतरण और शीर्ष रूप

मूल ग्राफ़ y = x² से शुरू कीजिए। बाक़ी हर परवलय इसी को खींचकर, पलटकर या खिसकाकर बनता है।

शीर्ष रूप: y = a(x − h)² + k

इसलिए शीर्ष (h, k) और अक्ष x = h है।

मानक रूप से शीर्ष रूप (पूर्ण वर्ग बनाकर): y = x² − 6x + 5 = (x² − 6x + 9) − 9 + 5 = (x − 3)² − 4। शीर्ष (3, −4)।

गुणनखंड रूप y = a(x − p)(x − q) सीधे मूल p और q दिखाता है। अक्ष ठीक बीच में: x = (p + q)/2।

द्विघात फलन और समीकरण का संबंध

ax² + bx + c = 0 हल करना यही पूछना है: परवलय x-अक्ष को कहाँ काटता है?

मूल सीधे न निकलें तो ग्राफ़ से लगभग मूल पढ़िए, या तालिका बनाइए: x = 1 और x = 2 के बीच y का चिह्न बदले तो मूल इन्हीं के बीच है।

परवलय और रेखा: y = x² और y = x + 2 कहाँ मिलते हैं? x² = x + 2, यानी x² − x − 2 = 0, तो x = 2 या x = −1। दो मिलन बिंदु। नए समीकरण में D = 0 हो तो रेखा केवल छूती है (स्पर्श रेखा); D < 0 हो तो कभी नहीं मिलती।

अधिकतम और न्यूनतम वाले प्रश्न

कई असली प्रश्न "सबसे ज़्यादा" या "सबसे कम" पूछते हैं। अगर राशि द्विघात है तो उत्तर शीर्ष पर है।

  1. राशि को एक चर के द्विघात रूप में लिखिए।
  2. x = −b/2a (या शीर्ष रूप) से शीर्ष निकालिए।
  3. जाँचिए कि उत्तर ठीक बैठता है (लंबाई धनात्मक, समय सही सीमा में)।

उदाहरण: 40 m बाड़ से आयत बनाना है। एक भुजा x हो तो दूसरी 20 − x। क्षेत्रफल A = x(20 − x) = −x² + 20x। शीर्ष x = −20/(2·(−1)) = 10। सबसे बड़ा क्षेत्रफल 10 × 10 = 100 m²। सबसे अच्छा आयत वर्ग है।

करके देखिए: कागज़ की गेंद का परवलय

दीवार के सामने कागज़ की गेंद धीरे से उछालिए। दोस्त से फ़ोन पर वीडियो बनवाइए। कुछ-कुछ फ़्रेम पर वीडियो रोकिए और गेंद की जगह पर स्क्रीन पर छोटा निशान लगाइए। निशान जोड़िए: ∩-आकार का परवलय बनेगा। सबसे ऊँचा निशान शीर्ष है। अब ऊपर 3D में a ऋणात्मक रखकर अपना वक्र मिलाइए।

मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ

हल किए गए उदाहरण

1. y = −2x² + 3 ऊपर खुलता है या नीचे? शीर्ष बताइए।

a = −2 ऋणात्मक है, इसलिए नीचे खुलता है (∩)। bx पद नहीं है, b = 0, तो शीर्ष x = 0, y = 3 पर। शीर्ष (0, 3), अधिकतम।

2. y = 3(x + 1)² − 5 का शीर्ष, अक्ष और परिसर लिखिए।

a(x − h)² + k से तुलना: h = −1, k = −5। शीर्ष (−1, −5)। अक्ष x = −1। a = 3 > 0, तो परिसर y ≥ −5।

3. y = x² − 4x + 3 का शीर्ष निकालिए और रेखाचित्र बनाइए।

a = 1, b = −4। x = −b/2a = 4/2 = 2। y = 4 − 8 + 3 = −1। शीर्ष (2, −1)। y-अंतःखंड 3। मूल: (x − 1)(x − 3) = 0, तो x = 1 और 3। इन पाँच बातों को लगाकर U बनाइए।

4. y = 2x² + 8x + 5 को शीर्ष रूप में लिखिए।

पहले दो पदों से 2 बाहर: y = 2(x² + 4x) + 5। पूर्ण वर्ग: x² + 4x = (x + 2)² − 4। तो y = 2[(x + 2)² − 4] + 5 = 2(x + 2)² − 3। शीर्ष (−2, −3)।

5. t सेकंड बाद गेंद की ऊँचाई h = 20t − 5t² मीटर है। सबसे ऊँचा बिंदु और ज़मीन पर गिरने का समय निकालिए।

a = −5, b = 20। t = −20/(2 × −5) = 2 s। h(2) = 40 − 20 = 20 m, सबसे ऊँचा बिंदु। गिरना: h = 0 → 5t(4 − t) = 0 → t = 0 या 4। 4 s बाद ज़मीन पर।

6. एक दुकान रोज़ x थैले बेचती है और मुनाफ़ा P = −x² + 30x − 125 रुपये है। कितने थैलों पर सबसे ज़्यादा मुनाफ़ा होगा?

a = −1, b = 30। x = −30/(−2) = 15 थैले। P(15) = −225 + 450 − 125 = ₹100। 15 थैले बेचने पर सबसे ज़्यादा मुनाफ़ा ₹100।

7. y = x² और रेखा y = 2x + 3 कहाँ मिलते हैं?

x² = 2x + 3 → x² − 2x − 3 = 0 → (x − 3)(x + 1) = 0। x = 3 पर y = 9; x = −1 पर y = 1। मिलन बिंदु (3, 9) और (−1, 1)।

आम गलतियाँ

अभ्यास क्विज़

1. y = ax² + bx + c का ग्राफ़ कहलाता है:
2. y = −x² + 4 खुलता है:
3. y = (x − 5)² + 2 का शीर्ष है:
4. y = x² + 6x + 1 का सममित अक्ष है:
5. b² − 4ac < 0 हो तो परवलय:

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

द्विघात समीकरण और द्विघात फलन में क्या अंतर है?

द्विघात फलन y = ax² + bx + c एक नियम है जो पूरा वक्र देता है। द्विघात समीकरण ax² + bx + c = 0 केवल वे x-मान पूछता है जहाँ वक्र x-अक्ष से मिलता है।

परवलय का शीर्ष जल्दी कैसे निकालें?

x = −b/2a निकालिए, फिर उसे फलन में रखकर y निकालिए। फलन शीर्ष रूप a(x − h)² + k में हो तो शीर्ष सीधे (h, k) है।

सममित अक्ष क्या है?

शीर्ष से होकर जाने वाली खड़ी रेखा x = −b/2a। ग्राफ़ को इस पर मोड़ें तो दोनों हिस्से मिल जाते हैं।

यह कहाँ पढ़ाया जाता है

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