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ठोसों का आयतन: प्रिज़्म, पिरामिड और छिन्नक

आयतन वह जगह है जो कोई ठोस घेरता है, जिसे इकाई-घनों से गिना जाता है। प्रिज़्म या समांतर षट्फलक का आयतन V = आधार का क्षेत्रफल × ऊँचाई। पिरामिड का आयतन V = ⅓ × आधार क्षेत्रफल × ऊँचाई। छिन्नक (ऊपर से कटा पिरामिड) का आयतन V = h/3 × (B₁ + B₂ + √(B₁B₂))। सब एक ही विचार से निकलते हैं: पतली परतों को जोड़ना।

🎬 कदम-दर-कदम कहानी

  1. आयतन यानी डिब्बे में कितने इकाई-घन समाते हैं। पहली परत में 4 × 3 = 12 घन। दूसरी परत में 12 और। कुल 24 घन।
  2. प्रिज़्म में भी यही विचार है, आधार कोई भी हो। त्रिभुज की पतली परतें ऊपर-ऊपर रखो: आधार क्षेत्रफल 6, ऊँचाई 5, आयतन 30। स्लाइडर चलाओ: प्रिज़्म तिरछा होता है, पर आयतन 30 ही रहता है।
  3. उसी आधार और ऊँचाई का पिरामिड प्रिज़्म के अंदर आ जाता है। पिरामिड से तीन बार पानी डालो तो प्रिज़्म भर जाता है। यानी पिरामिड प्रिज़्म का एक-तिहाई है।
  4. पिरामिड को परतों में काटो। कम परतें मोटा जोड़ देती हैं। ज़्यादा परतें बेहतर जोड़ देती हैं। अंत में जोड़ ठीक एक-तिहाई आता है। यही समाकलन (integral) का विचार है।
  5. छिन्नक वह पिरामिड है जिसका ऊपर का हिस्सा कटा हो। बड़ा पिरामिड घटा छोटा पिरामिड। सूत्र में नीचे का आधार, ऊपर का आधार और ऊँचाई आते हैं।
  6. खुद करो: आधार की भुजा, ऊँचाई और कटाव बदलो। सूत्र के साथ आयतन की संख्या बदलती देखो।

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

🤔 आम शंकाएँ और उनके जवाब

तिरछा प्रिज़्म लंबा दिखता है, तो क्या उसका आयतन ज़्यादा है?

नहीं। तिरछी कोर लंबी है, पर ऊँचाई (सीधे ऊपर) वही है। तिरछापन का स्लाइडर चलाओ: लेबल में 30 ही रहता है।

आधार के क्षेत्रफल को ऊँचाई से क्यों गुणा करते हैं?

हर परत में उतने घन होते हैं जितना आधार का क्षेत्रफल है, और ऊँचाई बताती है कि कितनी परतें हैं। चरण 1 में परतें गिनो।

ठीक एक-तिहाई ही क्यों, आधा क्यों नहीं?

पिरामिड की परतें ऊपर चढ़ते हुए छोटी होती जाती हैं, बीच की परत आधार की केवल एक-चौथाई होती है। सब जोड़ने पर एक-तिहाई आता है। तीन बार पानी डालकर देखो।

क्या परतों का जोड़ ठीक आयतन होता है?

कम परतों में नहीं। परतों का स्लाइडर 1 से 20 तक चलाओ और जोड़ को 21.33 के पास आते देखो। असीम पतली परतों में यह ठीक होता है।

छिन्नक के सूत्र में वर्गमूल क्यों है?

√(B₁B₂) दोनों आधारों के बीच के एक "मध्य वर्ग" का क्षेत्रफल है। यह दो समरूप पिरामिडों को घटाने से आता है।

कटाव शून्य करने पर छिन्नक का क्या होता है?

ऊपर का फलक बिंदु बन जाता है और छिन्नक पूरा पिरामिड बन जाता है। खुद करो वाले चरण में कटाव स्लाइडर 0 पर लाओ।

आयतन का अर्थ और गुण

आयतन वह जगह है जो ठोस के अंदर होती है। हम इसे इकाई-घन गिनकर नापते हैं (1 cm × 1 cm × 1 cm का घन = 1 cm³)।

चार सरल गुण:

समांतर षट्फलक और प्रिज़्म

प्रिज़्म के दो आधार बराबर और समांतर होते हैं और पार्श्व फलक समतल होते हैं। समांतर षट्फलक (parallelepiped) वह प्रिज़्म है जिसका आधार समांतर चतुर्भुज हो। घनाभ और घन इसके विशेष रूप हैं।

V = B × h, जहाँ B आधार का क्षेत्रफल है और h ऊँचाई (दोनों आधारों के बीच की सीधी दूरी, तिरछी कोर नहीं)।

पिरामिड: एक-तिहाई क्यों?

पिरामिड में एक आधार होता है और त्रिभुजाकार फलक एक बिंदु (शीर्ष) पर मिलते हैं। इसका आयतन

V = ⅓ × B × h

तिहाई क्यों? घन को एक कोने पर मिलने वाले तीन बराबर पिरामिडों में काटा जा सकता है। हर पिरामिड का आधार और ऊँचाई घन जितनी है, इसलिए हर एक घन का एक-तिहाई है। कैवेलिएरी इसे हर आकार के आधार तक बढ़ा देता है। पिरामिड के बीच की परत का क्षेत्रफल आधार का केवल एक-चौथाई होता है, इसलिए पिरामिड प्रिज़्म से काफ़ी पतला है।

परत-क्षेत्रफल का समाकलन और छिन्नक

ठोस को Δx मोटाई की पतली परतों में काटो। हर परत का आयतन = (परत का क्षेत्रफल) × Δx। सब जोड़ो। परतें जितनी पतली, उत्तर उतना सही, और सीमा में यह समाकलन बन जाता है:

V = ∫ A(x) dx, 0 से h तक, जहाँ A(x) ऊँचाई x पर परत का क्षेत्रफल है।

वर्गाकार आधार (भुजा a) और ऊँचाई h वाले पिरामिड में x ऊँचाई पर परत की भुजा a(1 − x/h) है, इसलिए A(x) = a²(1 − x/h)²। तब

V = a² ∫(1 − x/h)² dx = a²·h/3 = ⅓ × B × h। यही एक-तिहाई नियम का प्रमाण है।

पिरामिड का छिन्नक

छिन्नक (frustum) वह भाग है जो पिरामिड के ऊपर का हिस्सा आधार के समांतर तल से काटने पर बचता है। अगर आधारों के क्षेत्रफल B₁ (नीचे) और B₂ (ऊपर) हैं और बीच की ऊँचाई h है:

V = (h/3)(B₁ + B₂ + √(B₁B₂))

यह "बड़ा पिरामिड घटा छोटा पिरामिड" से आता है। कटा हुआ पिरामिड बड़े के समरूप है, इसलिए उसकी भुजाएँ उसी अनुपात में हैं।

घर पर करके देखो

कागज़ से एक ही आधार और ऊँचाई वाला प्रिज़्म और पिरामिड बनाओ। पिरामिड में चावल भरकर प्रिज़्म में उँडेलो। प्रिज़्म भरने में तीन बार लगेंगे।

मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ

हल किए गए उदाहरण

1. 5 cm × 4 cm × 3 cm के घनाभ का आयतन ज्ञात करो।

V = l × b × h = 5 × 4 × 3 = 60 cm³।

2. एक त्रिभुजाकार प्रिज़्म का आधार समकोण त्रिभुज है जिसकी भुजाएँ 6 cm और 8 cm हैं। प्रिज़्म की लंबाई 10 cm है। आयतन ज्ञात करो।

आधार क्षेत्रफल = ½ × 6 × 8 = 24 cm²। V = B × h = 24 × 10 = 240 cm³।

3. वर्गाकार आधार वाले पिरामिड की भुजा 6 m और ऊँचाई 9 m है। आयतन ज्ञात करो।

B = 6 × 6 = 36 m²। V = ⅓ × 36 × 9 = 108 m³।

4. एक सम षट्भुजाकार प्रिज़्म के आधार की भुजा 4 cm और ऊँचाई 10 cm है। आयतन ज्ञात करो। (√3 = 1.73)

षट्भुज का क्षेत्रफल = (3√3/2) × भुजा² = 2.598 × 16 ≈ 41.6 cm²। V = 41.6 × 10 ≈ 416 cm³।

5. एक छिन्नक के वर्गाकार आधारों की भुजाएँ 6 cm (नीचे) और 2 cm (ऊपर) हैं, ऊँचाई 3 cm है। आयतन ज्ञात करो।

B₁ = 36, B₂ = 4, √(B₁B₂) = √144 = 12। V = (3/3)(36 + 4 + 12) = 52 cm³।

6. वर्गाकार पिरामिड की आधार भुजा 12 cm और ऊँचाई 9 cm है। आधार के समांतर तल से ऊपर का 6 cm हिस्सा काट दिया गया। बचे छिन्नक का आयतन ज्ञात करो।

पूरा पिरामिड: ⅓ × 144 × 9 = 432 cm³। ऊपर वाले पिरामिड की ऊँचाई 6 है, इसलिए आधार भुजा 12 × 6/9 = 8 cm: ⅓ × 64 × 6 = 128 cm³। छिन्नक = 432 − 128 = 304 cm³। सूत्र से जाँच: h = 3, (3/3)(144 + 64 + 96) = 304 cm³।

7. एक पिरामिड की आधार भुजा 4 और ऊँचाई 4 है। उसे 2 बराबर परतों में काटो और हर परत की बीच की चौड़ाई से आयतन का अनुमान लगाओ। ठीक मान से तुलना करो।

हर परत 2 मोटी है। बीच की चौड़ाइयाँ 3 और 1। जोड़ = 3² × 2 + 1² × 2 = 18 + 2 = 20। ठीक मान = ⅓ × 16 × 4 = 21.33। परतें बढ़ाने पर जोड़ ठीक मान के पास आता है।

8. समाकलन से वर्गाकार आधार (भुजा a) और ऊँचाई h वाले पिरामिड का आयतन निकालो।

ऊँचाई x पर परत की भुजा a(1 − x/h), क्षेत्रफल a²(1 − x/h)²। V = ∫₀ʰ a²(1 − x/h)² dx। u = 1 − x/h रखो, dx = −h du। V = a²h ∫₀¹ u² du = a²h/3 = ⅓ B h।

आम गलतियाँ

अभ्यास क्विज़

1. आधार क्षेत्रफल 30 और ऊँचाई 6 वाले पिरामिड का आयतन है:
2. प्रिज़्म किनारे की ओर झुक जाता है पर आधार और ऊँचाई वही रहती है। उसका आयतन:
3. कौन-सा सिद्धांत कहता है कि हर स्तर पर बराबर परत-क्षेत्रफल हों तो आयतन बराबर होते हैं?
4. छिन्नक है:
5. किसी ठोस की सभी लंबाइयाँ दोगुनी की गईं। उसका आयतन हो जाएगा:

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

पिरामिड के आयतन का सूत्र क्या है?

V = ⅓ × आधार क्षेत्रफल × ऊँचाई।

पिरामिड का आयतन प्रिज़्म का एक-तिहाई क्यों होता है?

उसी आधार और ऊँचाई वाले प्रिज़्म को तीन बराबर पिरामिड भर देते हैं। परतों से भी यही निकलता है: ऊपर जाते-जाते परतें छोटी होती जाती हैं।

छिन्नक का आयतन कैसे निकालें?

V = (h/3)(B₁ + B₂ + √(B₁B₂)) लगाओ, या बड़े पिरामिड में से ऊपर का छोटा पिरामिड घटाओ।

यह कहाँ पढ़ाया जाता है

यूक्रेन11 класGeometry: volumes of polyhedra
यूक्रेन11 класGeometry: volumes of polyhedra (16 h)

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