अध्याय 10 दीर्घवृत्तीय खंड EXERCISE 10.1
EXERCISE 10.1
निम्नलिखित प्रत्येक अभ्यास $1$ से $5$ में, केंद्र के साथ वृत्त का समीकरण ज्ञात कीजिए
1. केंद्र $\left(0,2\right)$ और त्रिज्या $2$
उत्तर दिखाएं
उत्तर :
केंद्र $\left(h, k\right)$ और त्रिज्या $r$ वाले एक वृत्त का समीकरण निम्नलिखित होता है
$\left(x-h\right)^{2}+\left(y-k\right)^{2}=r^{2}$
दिया गया है कि केंद्र $\left(h, k\right)=\left(0,2\right)$ और त्रिज्या $\left(r\right)=2$
इसलिए, वृत्त का समीकरण है
$\left(x-0\right)^{2}+\left(y-2\right)^{2}=2^{2}$
$x^{2}+y^{2}+4-4 y=4$
$x^{2}+y^{2}-4 y=0$
2. केंद्र $\left(-2,3\right)$ और त्रिज्या $4$
उत्तर दिखाएं
उत्तर :
केंद्र $\left(h, k\right)$ और त्रिज्या $r$ वाले एक वृत्त का समीकरण निम्नलिखित होता है
$\left(x-h\right)^{2}+\left(y-k\right)^{2}=r^{2}$
दिया गया है कि केंद्र $\left(h, k\right)=\left(-2,3\right)$ और त्रिज्या $\left(r\right)=4$
इसलिए, वृत्त का समीकरण है
$\left(x+2\right)^{2}+\left(y-3\right)^{2}=\left(4\right)^{2}$
$x^{2}+4 x+4+y^{2}-6 y+9=16$
$x^{2}+y^{2}+4 x-6 y-3=0$
3. केंद्र $\left(\dfrac{1}{2}, \dfrac{1}{4}\right)$ और त्रिज्या $\dfrac{1}{12}$
उत्तर दिखाएं
उत्तर :
केंद्र $\left(h, k\right)$ और त्रिज्या $r$ वाले एक वृत्त का समीकरण निम्नलिखित होता है
$\left(x - h\right)^{2}+\left(y - k\right)^{2}=r^{2}$
दिया गया है कि केंद्र $\left(h, k\right)=\left(\dfrac{1}{2}, \dfrac{1}{4}\right)$ और त्रिज्या $\left(r\right)=\dfrac{1}{12}$
इसलिए, वृत्त का समीकरण है
$ \begin{aligned} & \left(x-\dfrac{1}{2}\right)^{2}+\left(y-\dfrac{1}{4}\right)^{2}=\left(\dfrac{1}{12}\right)^{2} \\ \\ & x^{2}-x+\dfrac{1}{4}+y^{2}-\dfrac{y}{2}+\dfrac{1}{16}=\dfrac{1}{144} \\ \\ & x^{2}-x+\dfrac{1}{4}+y^{2}-\dfrac{y}{2}+\dfrac{1}{16}-\dfrac{1}{144}=0 \\ \\ & 144 x^{2}-144 x+36+144 y^{2}-72 y+9-1=0 \\ \\ & 144 x^{2}-144 x+144 y^{2}-72 y+44=0 \\ \\
& 36 x^{2}-36 x+36 y^{2}-18 y+11=0 \\ \\ & 36 x^{2}+36 y^{2}-36 x-18 y+11=0 \end{aligned} $
4. केंद्र $\left(1,1\right)$ और त्रिज्या $\sqrt{2}$
उत्तर दिखाएं
उत्तर :
केंद्र $\left(h, k\right)$ और त्रिज्या $r$ वाले एक वृत्त का समीकरण $\left(x - h\right)^{2}+\left(y - k\right)^{2}=r^{2}$ द्वारा दिया गया है
दिया गया है केंद्र $\left(h, k\right)=\left(1,1\right)$ और त्रिज्या $\left(r\right)=\sqrt{2}$
इसलिए, वृत्त का समीकरण है
$ \begin{aligned} & \left(x-1\right)^{2}+\left(y-1\right)^{2}=\left(\sqrt{2}\right)^{2} \\ \\ & x^{2}-2 x+1+y^{2}-2 y+1=2 \\ \\ & x^{2}+y^{2}-2 x-2 y=0 \end{aligned} $
5. केंद्र $\left(-a,-b\right)$ और त्रिज्या $\sqrt{a^{2}-b^{2}}$
उत्तर दिखाएं
उत्तर :
केंद्र $\left(h, k\right)$ और त्रिज्या $r$ वाले एक वृत्त का समीकरण निम्नलिखित है
$\left(x - h\right)^{2}+\left(y - k\right)^{2}=r^{2}$
दिया गया है केंद्र $\left(h, k\right)=\left(-a, -b\right)$ और त्रिज्या $\left(r\right)=\sqrt{a^{2}-b^{2}}$
इसलिए, वृत्त का समीकरण है
$ \begin{aligned} & \left(x+a\right)^{2}+\left(y+b\right)^{2}=\left(\sqrt{a^{2}-b^{2}}\right)^{2} \\ \\ & x^{2}+2 a x+a^{2}+y^{2}+2 b y+b^{2}=a^{2}-b^{2} \\ \\ & x^{2}+y^{2}+2 a x+2 b y+2 b^{2}=0 \end{aligned} $
निम्नलिखित प्रश्नों 6 से 9 में से प्रत्येक में वृत्त के केंद्र और त्रिज्या ज्ञात कीजिए।
6. $\left(x+5\right)^{2}+\left(y-3\right)^{2}=36$
उत्तर दिखाएं
उत्तर :
दिए गए वृत्त का समीकरण $\left(x+5\right)^{2}+\left(y-3\right)^{2}=36$ है
$\left(x+5\right)^{2}+\left(y-3\right)^{2}=36$
$ \lbrace x-\left(-5\right) \rbrace ^{2}+\left(y-3\right)^{2}=6^{2}$,
जो $ \left(x-h\right)^{2}+\left(y-k\right)^{2}=r^{2} $ के रूप में है,
जहाँ $h=-5, k=3$, और $r=6$
इसलिए, दिए गए वृत्त का केंद्र $\left(-5,3\right)$ है, जबकि इसकी त्रिज्या $6$ है।
7. $x^{2}+y^{2}-4 x-8 y-45=0$
उत्तर दिखाएं
उत्तर :
दिए गए वृत्त का समीकरण $ x^{2}+y^{2} - 4 x-8 y - 45=0$ है
$x^{2}+y^{2} -4 x - 8 y - 45=0$
$\Rightarrow\left(x^{2} - 4 x\right)+\left(y^{2} - 8 y\right)=45$
$\Rightarrow \lbrace x^{2} - 2\left(x\right)\left(2\right)+2^{2} \rbrace + \lbrace y^{2} - 2\left(y\right)\left(4\right)+4^{2} \rbrace $ $- 4 -16=45$
$\Rightarrow\left(x - 2\right)^{2}+\left(y - 4\right)^{2}=65$
$\Rightarrow\left(x - 2\right)^{2}+\left(y - 4\right)^{2}=\left(\sqrt{65}\right)^{2}$,
जो $ \left(x - h\right)^{2}+\left(y - k\right)^{2}=r^{2} $ के रूप में है, जहाँ $h=2, k=4$, और $r=\sqrt{65}$
इसलिए, दिए गए वृत्त केंद्र $ \left(2,4\right) $ है, जबकि इसकी त्रिज्या $ \sqrt{65} $ है
8. $x^{2}+y^{2}-8 x+10 y-12=0$
उत्तर दिखाएं
उत्तर :
दिए गए वृत्त का समीकरण $x^{2}+y^{2} - 8 x+10 y - 12=0$ है
$x^{2}+y^{2} - 8 x+10 y - 12=0$
$\Rightarrow\left(x^{2} - 8 x\right)+\left(y^{2}+10 y\right)=12$
$\Rightarrow \lbrace x^{2} - 2\left(x\right)\left(4\right)+4^{2} \rbrace + \lbrace y^{2}+2\left(y\right)\left(5\right)+5^{2} \rbrace - 16 - 25=12$
$\Rightarrow\left(x - 4\right)^{2}+\left(y+5\right)^{2}=53$
$\Rightarrow\left(x-4\right)^{2}+\left[ \lbrace y-\left(-5\right) \rbrace \right]^{2}=\left(\sqrt{53}\right)^{2}$,
जो $ \left(x - h\right)^{2}+\left(y - k\right)^{2}=r^{2} $ के रूप में है, जहाँ $h=4, k=- 5,$ और $ \ \ r=\sqrt{53}$
इसलिए, दिए गए वृत्त केंद्र $ \left( 4, - 5 \right) $ है, जबकि इसकी त्रिज्या $ \sqrt{53} $ है
9. $2 x^{2}+2 y^{2}-x=0$
उत्तर दिखाएं
उत्तर :
दिए गए वृत्त का समीकरण $2 x^{2}+2 y^{2} - x=0$ है
$ \begin{aligned} & 2 x^{2}+2 y^{2}-x=0 \\ \\ & \Rightarrow\left(2 x^{2}-x\right)+2 y^{2}=0 \\ \\ & \Rightarrow 2\left[\left(x^{2}-\dfrac{x}{2}\right)+y^{2}\right]=0 \\ \\ & \Rightarrow \left\lbrace x^{2}-2 \cdot x\left(\dfrac{1}{4}\right)+\left(\dfrac{1}{4}\right)^{2} \right\rbrace +y^{2}-\left(\dfrac{1}{4}\right)^{2}=0 \\ \\ `
$$ \Rightarrow\left(x-\dfrac{1}{4}\right)^{2}+\left(y-0\right)^{2}=\left(\dfrac{1}{4}\right)^{2}, \\ \\ &\text{ जो } \left(x - h\right)^{2}+\left(y - k\right)^{2}=r^{2} \text{ के रूप में है, जहाँ } h=\dfrac{1}{4}, k=0, \text{ और } r=\dfrac{1}{4} \end{aligned} $$
इसलिए, दिए गए वृत्त केंद्र $\left(\dfrac{1}{4}, 0\right)$ है, जबकि इसकी त्रिज्या $\dfrac{1}{4}$ है
10. बिंदुओं $\left(4,1\right)$ और $\left(6,5\right)$ से गुजरते हुए और जिसका केंद्र रेखा $4 x+y=16$ पर स्थित हो वाले वृत्त का समीकरण ज्ञात कीजिए
उत्तर दिखाएं
उत्तर :
आवश्यक वृत्त का समीकरण मान लीजिए $\left(x - h\right)^{2}+\left(y - k\right)^{2}=r^{2}$
क्योंकि वृत्त बिंदुओं $\left(4,1\right)$ और $\left(6,5\right)$ से गुजरता है,
$\left(4 - h\right)^{2}+\left(1 - k\right)^{2}=r^{2}\qquad \ldots(1)$
$\left(6 - h\right)^{2}+\left(5 - k\right)^{2}=r^{2}\qquad \ldots(2)$
केंद्र $\left(h, k\right)$ रेखा $4 x+y=16$ पर स्थित है,
$4 h+k=16$
समीकरण $\left(1\right)$ और $\left(2\right)$ से, हम प्राप्त करते हैं
$\left(4 - h\right)^{2}+\left(1 - k\right)^{2}=\left(6 - h\right)^{2}+\left(5 -{2} k\right)^{2}$
$\Rightarrow 16 - 8 h+h^{2}+1-2 k+k^{2}=36-12 h+h^{2}+25-10 k+k^{2}$
$\Rightarrow 16 - 8 h+1 - 2 k=36 - 12 h+25 - 10 k$
$\Rightarrow 4 h+8 k=44\qquad \ldots(3)$
$\Rightarrow h+2 k=11\qquad \ldots(4)$
समीकरण $\left(3\right)$ और $\left(4\right)$ को हल करने पर, हमें $h=3$ और $k=4$ प्राप्त होते हैं
$ h $ और $ k $ के मानों को समीकरण $\left(1\right)$ में रखने पर, हम प्राप्त करते हैं
$\left(4 - 3\right)^{2}+\left(1 -4\right)^{2}=r^{2}$
$\Rightarrow\left(1\right)^{2}+\left(- 3\right)^{2}=r^{2}$
$\Rightarrow 1+9=r^{2}$
$\Rightarrow r^{2}=10$
$\Rightarrow r=\sqrt{10}$
इसलिए, आवश्यक वृत्त का समीकरण है
$\left(x - 3\right)^{2}+\left(y - 4\right)^{2}=\left(\sqrt{10}\right)^{2}$
$x^{2} - 6 x+9+y^{2} - 8 y+16=10$
$x^{2}+y^{2} -6 x-8 y+15=0$
11. बिंदुओं $\left(2,3\right)$ और $\left(-1,1\right)$ से गुजरते हुए और जिसका केंद्र रेखा $x-3 y-11=0$ पर स्थित हो वाले वृत्त का समीकरण ज्ञात कीजिए
उत्तर दिखाएँ
उत्तर :
आवश्यक वृत्त के समीकरण को $\left(x - h\right)^{2}+\left(y - k\right)^{2}=r^{2}$ मान लीजिए
क्योंकि वृत्त बिंदुओं $\left(2,3\right)$ और $\left( - 1,1 \right)$ से गुजरता है,
$\left(2 - h\right)^{2}+\left(3 - k\right)^{2}=r^{2} \qquad\ldots\left(1\right)$
$\left(- 1 - h\right)^{2}+\left(1 - k\right)^{2}=r^{2}\qquad \ldots(2)$
क्योंकि वृत्त के केंद्र $\left(h, k\right)$ रेखा $ x -3 y - 11=0 $ पर स्थित है,
$h - 3 k=11\qquad \ldots(3)$
समीकरण $\left(1\right)$ और $\left(2\right)$ से, हम प्राप्त करते हैं
$ \left(2-h\right)^2 + \left(3-k\right)^2 =\left(-1-h\right)^2 + \left(1-k\right)^2 $
$\Rightarrow 4 - 4 h+h^{2}+9 - 6 k+k^{2}=1+2 h+h^{2}+1 - 2 k+k^{2}$
$\Rightarrow 4 - 4 h+9 - 6 k=1+2 h+1 - 2 k$
$\Rightarrow 6 h+4 k=11\qquad \ldots(4)$
समीकरण $\left(3\right)$ और $\left(4\right)$ को हल करने पर, हमें $h=\dfrac{7}{2}$ और $k=\dfrac{-5}{2}$ प्राप्त होते हैं
$h$ और $k$ के मान को समीकरण $\left(1\right)$ में रखने पर, हम प्राप्त करते हैं
$\left(2-\dfrac{7}{2}\right)^{2}+\left(3+\dfrac{5}{2}\right)^{2}=r^{2}$
$\Rightarrow\left(\dfrac{4-7}{2}\right)^{2}+\left(\dfrac{6+5}{2}\right)^{2}=r^{2}$
$\Rightarrow\left(\dfrac{-3}{2}\right)^{2}+\left(\dfrac{11}{2}\right)^{2}=r^{2}$
$\Rightarrow \dfrac{9}{4}+\dfrac{121}{4}=r^{2}$
$\Rightarrow \dfrac{130}{4}=r^{2}$
इसलिए, आवश्यक वृत्त का समीकरण है
$ \begin{aligned} & \left(x-\dfrac{7}{2}\right)^{2}+\left(y+\dfrac{5}{2}\right)^{2}=\dfrac{130}{4} \\ \\ & \left(\dfrac{2 x-7}{2}\right)^{2}+\left(\dfrac{2 y+5}{2}\right)^{2}=\dfrac{130}{4} \\ \\ & 4 x^{2}-28 x+49+4 y^{2}+20 y+25=130 \\ \\ & 4 x^{2}+4 y^{2}-28 x+20 y-56=0 \\ \\ & 4\left(x^{2}+y^{2}-7 x+5 y-14\right)=0 \\ \\ & x^{2}+y^{2}-7 x+5 y-14=0 \end{aligned} $
12. वृत्त का समीकरण ज्ञात कीजिए जिसकी त्रिज्या 5 है और जो $x$-अक्ष पर स्थित केंद्र वाला है तथा बिंदु $\left(2,3\right)$ से गुजरता है
उत्तर दिखाएँ
उत्तर :
आवश्यक वृत्त के समीकरण को $\left(x - h\right)^{2}+\left(y - k\right)^{2}=r^{2}$ मान लीजिए
क्योंकि वृत्त की त्रिज्या 5 है और इसका केंद्र $x$-अक्ष पर स्थित है, $k=0$ और $r=5$
अब, वृत्त का समीकरण $\left(x - h\right)^{2}+y^{2}=25$ हो जाता है
दिया गया है कि वृत्त बिंदु $\left(2,3\right)$ से गुजरता है
$\therefore \ \left(2-h\right)^{2}+3^{2}=25$
$\Rightarrow\left(2-h\right)^{2}=25-9$
$\Rightarrow\left(2-h\right)^{2}=16$
$\Rightarrow 2-h= \pm \sqrt{16}= \pm 4$
यदि $2-h=4$, तो $h=-2$
यदि $2-h=-4$, तो $h=6$
जब $h=-2$ हो, तो वृत्त का समीकरण निम्नलिखित हो जाता है
$\left(x+2\right)^{2}+y^{2}=25$
$x^{2}+4 x+4+y^{2}=25$
$x^{2}+y^{2}+4 x - {21}=0$
जब $h=6$, तो वृत्त का समीकरण निम्नलिखित हो जाता है
$\left(x \text{ - 6 }\right)^{2}+y^{2}=25$
$ x^2 - 12x + 36 +y^2 = 25 $
$x^{2}+y^{2} - 12 x+11=0$
13. बिंदु $\left(0,0\right)$ से गुजरते हुए और निर्देशांक अक्षों पर $a$ और $b$ अपवार्तियाँ बनाने वाले वृत्त का समीकरण ज्ञात कीजिए।
उत्तर दिखाएं
Answer :
आवश्यक वृत्त का समीकरण मान लीजिए $\left(x - h\right)^{2}+\left(y - k\right)^{2}=r^{2}$
क्योंकि वृत्त $\left(0,0\right)$ से गुजरता है,
$\left(0 - h\right)^{2}+\left(0 - k\right)^{2}=r^{2}$
$\Rightarrow h^{2}+k^{2}=r^{2}$
अब वृत्त का समीकरण $\left(x - h\right)^{2}+\left(y - k\right)^{2}=h^{2}+k^{2}$ हो जाता है
दिया गया है कि वृत्त निर्देशांक अक्षों पर $a$ और $b$ अपवार्तियाँ बनाता है।
इसका अर्थ है कि वृत्त बिंदु $\left(a, 0\right)$ और $\left(0, b\right)$ से गुजरता है। अतः,
$\left(a - h\right)^{2}+\left(0 - k\right)^{2}=h^{2}+k^{2}\qquad \ldots(1)$
$\left(0 - h\right)^{2}+\left(b - k\right)^{2}=h^{2}+k^{2}\qquad \ldots(2)$
समीकरण $\left(1\right)$ से हम प्राप्त करते हैं
$a^{2} - 2 a h+h^{2}+k^{2}=h^{2}+k^{2}$
$\Rightarrow a^{2} - 2 a h=0$
$\Rightarrow a\left(a - 2 h\right)=0$
$\Rightarrow a=0$ या $\left(a - 2 h\right)=0$
हालांकि, $a \neq 0$
अतः, $\left(a - 2 h\right)=0 \Rightarrow h=2$
समीकरण $\left(2\right)$ से हम प्राप्त करते हैं
$h^{2}+b^{2} - 2 b k+k^{2}=h^{2}+k^{2}$
$\Rightarrow b^{2} - 2 b k=0$
$\Rightarrow b\left(b - 2 k\right)=0$
$\Rightarrow b=0$ या $\left(b - 2 k\right)=0$
हालांकि, $b \neq 0$
अतः, $\left( b - 2 k\right)=0 \Rightarrow k=\dfrac{b}{2}$
इसलिए, अभीष्ट वृत्त का समीकरण है
$ \begin{aligned} & \left(x-\dfrac{a}{2}\right)^{2}+\left(y-\dfrac{b}{2}\right)^{2}=\left(\dfrac{a}{2}\right)^{2}+\left(\dfrac{b}{2}\right)^{2} \\ \\ & \Rightarrow\left(\dfrac{2 x-a}{2}\right)^{2}+\left(\dfrac{2 y-b}{2}\right)^{2}=\dfrac{a^{2}+b^{2}}{4} \\ \\ & \Rightarrow 4 x^{2}-4 a x+a^{2}+4 y^{2}-4 b y+b^{2}=a^{2}+b^{2} \\ \\ & \Rightarrow 4 x^{2}+4 y^{2}-4 a x-4 b y=0 \\ \\ & \Rightarrow x^{2}+y^{2}-a x-b y=0 \end{aligned} $
14. केंद्र $\left(2,2\right)$ वाले एक वृत्त का समीकरण ज्ञात कीजिए जो बिंदु $\left(4,5\right)$ से गुजरता हो।
उत्तर दिखाएं
Answer :
वृत्त के केंद्र को $\left(h, k\right)=\left(2,2\right)$ दिया गया है
क्योंकि वृत्त बिंदु $\left(4,5\right)$ से गुजरता है, तो वृत्त की त्रिज्या $\left(r\right)$ बिंदुओं $\left(2,2\right)$ और $\left(4, 5\right)$ के बीच की दूरी है।
$ \therefore r=\sqrt{\left(2-4\right)^{2}+\left(2-5\right)^{2}}=\sqrt{\left(-2\right)^{2}+\left(-3\right)^{2}}=\sqrt{4+9}=\sqrt{13} $
इसलिए, वृत्त का समीकरण है
$ \begin{aligned} & \left(x-h\right)^{2}+\left(y-k\right)^{2}=r^{2} \\ \\ & \left(x-2\right)^{2}+\left(y-2\right)^{2}=\left(\sqrt{13}\right)^{2} \\ \\ & x^{2}-4 x+4+y^{2}-4 y+4=13 \\ \\ & x^{2}+y^{2}-4 x-4 y-5=0 \end{aligned} $
15. बिंदु $\left(-2.5,3.5\right)$ वृत्त $x^{2}+y^{2}=25$ के अंदर, बाहर या वृत्त पर स्थित है?
उत्तर दिखाएं
Answer :
दिए गए वृत्त का समीकरण $x^{2}+y^{2}=25$ है
$x^{2}+y^{2}=25$
$\Rightarrow\left(x - 0\right)^{2}+\left(y - 0\right)^{2}=5^{2}$, जो $\left(x - h\right)^{2}+\left(y - k\right)^{2}=r^{2}$ के रूप में है,
जहाँ $h=0, k=0$, और $r=5$
$\therefore \ $ केंद्र $=\left(0,0\right)$ और त्रिज्या $=5$
बिंदु $\left(-2.5, 3.5\right)$ और केंद्र $\left(0,0\right)$ के बीच की दूरी
है
$ \begin{aligned} & =\sqrt{\left(-2.5-0\right)^{2}+\left(3.5-0\right)^{2}} \\ \\ & =\sqrt{6.25+12.25} \\ \\ & =\sqrt{18.5} \\ \\ & =4.3\left(\text{ approx. }\right)<5 \end{aligned} $
क्योंकि बिंदु $\left(-2.5,3.5\right)$ और वृत्त के केंद्र $\left(0,0\right)$ के बीच की दूरी वृत्त की त्रिज्या से कम है, बिंदु $\left(-2.5, 3.5\right)$ वृत्त के अंदर स्थित है।