सदिश योग का समांतर चतुर्भुज नियम
सदिश योग के नियम
सदिश योग के दो नियम हैं (जैसा कि पिछले अनुभाग में बताया गया है)।
- त्रिभुज नियम
- समांतर चतुर्भुज नियम
इन दो नियमों का उपयोग करके, हम यह साबित करने जा रहे हैं कि दो सदिशों का योग उन्हें सिर से पूंछ तक जोड़कर प्राप्त किया जाता है और सदिश योग उस सदिश द्वारा दिया जाता है जो मुक्त पूंछ और मुक्त सिर को जोड़ता है। आइए आने वाले अनुभागों में इनमें से प्रत्येक नियम का विस्तार से अध्ययन करें।
सदिशों के योग का समांतर चतुर्भुज नियम
वेक्टर योग का समांतर चतुर्भुज नियम एक विधि है जिसका उपयोग वेक्टर सिद्धांत में दो वेक्टरों का योग ज्ञात करने के लिए किया जाता है। हम वेक्टरों के योग के लिए दो नियमों का अध्ययन करते हैं - वेक्टर योग का त्रिभुज नियम और वेक्टर योग का समांतर चतुर्भुज नियम। वेक्टर योग का समांतर चतुर्भुज नियम दो वेक्टरों को जोड़ने के लिए उपयोग किया जाता है जब जोड़े जाने वाले वेक्टर दो वेक्टरों की पूंछों को जोड़कर समांतर चतुर्भुज की दो आसन्न भुजाएँ बनाते हैं। फिर, दो वेक्टरों का योग दो वेक्टरों की पूंछ से गुजरने वाले समांतर चतुर्भुज के विकर्ण द्वारा दिया जाता है।
इस लेख में, हम वेक्टरों के योग के समांतर चतुर्भुज नियम, इसके सूत्र, कथन और प्रमाण का पता लगाएंगे। हम अवधारणा की बेहतर समझ के लिए विभिन्न उदाहरणों की मदद से कानून को लागू करना सीखेंगे।
वेक्टर योग का समांतर चतुर्भुज नियम क्या है?
वेक्टर योग का समांतर चतुर्भुज नियम ज्यामितीय रूप से वेक्टरों को जोड़ने की प्रक्रिया है। यह नियम कहता है, "दो सदिशों को एक समांतर चतुर्भुज की आसन्न भुजाओं के रूप में इस तरह व्यवस्थित किया जा सकता है कि उनकी पूंछ एक दूसरे से जुड़ी हों और दो सदिशों का योग उस समांतर चतुर्भुज के विकर्ण के बराबर हो जिसकी पूंछ दो सदिशों के समान हो"।
नीचे दिए गए चित्र में सदिश P और Q पर विचार करें। उनका योग ज्ञात करने के लिए:
चरण 1: सदिश P और Q को इस तरह बनाएँ कि उनकी पूंछ एक दूसरे को स्पर्श करें।
चरण 2: अन्य दो भुजाएँ खींचकर समांतर चतुर्भुज को पूरा करें।
चरण 3: समांतर चतुर्भुज का विकर्ण जिसकी पूंछ सदिश P और Q के समान है, दो सदिशों के योग को दर्शाता है।
i.e., P + Q = R.
☛नोट: यहाँ, सदिश R को परिणामी सदिश (P और Q का) कहा जाता है।
समांतर चतुर्भुज सदिश नियम सूत्र
दो सदिश P और Q पर विचार करें जिनके बीच θ कोण है। सदिश P और Q का योग सदिश R द्वारा दिया जाता है, जो सदिश योग के समांतर चतुर्भुज नियम का उपयोग करते हुए परिणामी योग सदिश है। यदि परिणामी सदिश R सदिश P के साथ β कोण बनाता है, तो इसके परिमाण और दिशा के सूत्र हैं:
- |R| = √(P2 + Q2 + 2PQ cos θ)
- β = tan-1[(Q sin θ)/(P + Q cos θ)]
हम नीचे दिए गए अनुभाग में इन सूत्रों का प्रमाण देखेंगे।
सदिश योग का समांतर चतुर्भुज नियम प्रमाण
आइए सबसे पहले सदिशों के समांतर चतुर्भुज नियम का कथन देखें:
सदिश योग के समांतर चतुर्भुज नियम का कथन: यदि दो सदिशों को एक बिंदु से खींचे गए समांतर चतुर्भुज की दो आसन्न भुजाओं द्वारा दर्शाया जा सकता है, तो उनका परिणामी योग सदिश उसी बिंदु से खींचे गए समांतर चतुर्भुज के विकर्ण द्वारा पूरी तरह से दर्शाया जाता है।
अब, समांतर चतुर्भुज नियम के सूत्र को सिद्ध करने के लिए, हम दो सदिश P और Q पर विचार करते हैं, जो समांतर चतुर्भुज OBCA की दो आसन्न भुजाओं OB और OA द्वारा क्रमशः दर्शाए जाते हैं। दो सदिशों के बीच का कोण θ है। इन दो सदिशों का योग समांतर चतुर्भुज के एक ही शीर्ष O से खींचे गए विकर्ण द्वारा दर्शाया जाता है, परिणामी योग सदिश R जो सदिश P के साथ β कोण बनाता है।
वेक्टर P को D तक इस प्रकार बढ़ाएँ कि CD, OD पर लंबवत हो। चूँकि OB, AC के समानांतर है, इसलिए कोण AOB कोण CAD के बराबर है क्योंकि वे संगत कोण हैं, अर्थात कोण CAD = θ। अब, सबसे पहले, हम परिणामी वेक्टर R (भुजा OC) के परिमाण का सूत्र निकालेंगे। ध्यान दें कि
- |P| = P
- |Q| = Q
- |R| = R
समकोण त्रिभुज OCD में, पाइथागोरस प्रमेय द्वारा, हमारे पास है
OC2 = OD2 + DC2
⇒ OC2 = (OA + AD)2 + DC2 --- (1)
In the right triangle CAD, we have
cos θ = AD/AC and sin θ = DC/AC
⇒ AD = AC cos θ and DC = AC sin θ
⇒ AD = Q cos θ and DC = Q sin θ --- (2)
Substituting values from (2) in (1), we have
R2 = (P + Q cos θ)2 + (Q sin θ)2
⇒ R2 = P2 + Q2cos2θ + 2PQ cos θ + Q2sin2θ
⇒ R2 = P2 + 2PQ cos θ + Q2(cos2θ + sin2θ)
⇒ R2 = P2 + 2PQ cos θ + Q2 [cos2θ + sin2θ = 1]
⇒ R = √(P2 + 2PQ cos θ + Q2) → Magnitude of the resultant vector R
इसके बाद, हम परिणामी सदिश की दिशा निर्धारित करेंगे। समकोण त्रिभुज ODC में,
tan β = DC/OD
⇒ tan β = Q sin θ/(OA + AD) [From (2)]
⇒ tan β = Q sin θ/(P + Q cos θ) [From (2)]
⇒ β = tan-1[(Q sin θ)/(P + Q cos θ)] → Direction of the resultant vector R
समांतर चतुर्भुज सदिश योग नियम के कुछ विशेष मामले
अब, हम दो सदिशों के योग का परिमाण और दिशा निर्धारित करने का सूत्र जानते हैं। आइए कुछ विशेष मामलों पर विचार करें और सूत्र में मान प्रतिस्थापित करें:
जब दो सदिश समांतर हों (एक ही दिशा में)
यदि सदिश P और Q समांतर हैं, तो हमारे पास θ = 0° है। इसे सदिशों के समांतर चतुर्भुज नियम के सूत्र में प्रतिस्थापित करने पर, हमारे पास है
|R| = R = √(P2 + 2PQ cos 0 + Q2)
= √(P2 + 2PQ + Q2) [Because cos 0 = 1]
= √(P + Q)2
= P + Q
β = tan-1[(Q sin 0)/(P + Q cos 0)]
= tan-1[(0)/(P + Q cos 0)] [Because sin 0 = 0]
= 0°
जब दो सदिश विपरीत दिशा में कार्य कर रहे हों
यदि सदिश P और Q विपरीत दिशा में कार्य कर रहे हों, तो हमारे पास θ = 180° है। इसे सदिश योग के समांतर चतुर्भुज नियम के सूत्र में प्रतिस्थापित करने पर, हमारे पास यह है
|R| = √(P2 + 2PQ cos 180° + Q2)
= √(P2 - 2PQ + Q2) [Because cos 180° = -1]
= √(P - Q)2 or √(Q - P)2
= P - Q or Q - P
β = tan-1[(Q sin 180°)/(P + Q cos 180°)]
= tan-1[(0)/(P + Q cos 0)] [Because sin 180° = 0]
= 0° or 180°
जब दो सदिश लंबवत हों
यदि सदिश P और Q एक दूसरे के लंबवत हों, तो हमारे पास θ = 90° है। सदिश योग के समांतर चतुर्भुज नियम के अनुसार, हमारे पास है
|R| = √(P2 + 2PQ cos 90° + Q2)
= √(P2 + 0 + Q2) [Because cos 90° = 0]
= √(P2 + Q2)
β = tan-1[(Q sin 90°)/(P + Q cos 90°)]
= tan-1[Q/(P + 0)] [Because cos 90° = 0]
= tan-1(Q/P)
महत्वपूर्ण टिप्पणियाँ
सदिश योग के समांतर चतुर्भुज नियम को लागू करने के लिए, दो सदिश एक दूसरे की पूंछ पर जुड़ जाते हैं और समांतर चतुर्भुज की आसन्न भुजाएँ बनाते हैं।
जब दो सदिश समांतर होते हैं, तो उनके परिणामी सदिश का परिमाण केवल दो सदिशों के परिमाणों को जोड़कर निर्धारित किया जा सकता है।
त्रिकोण नियम और सदिश योग का समांतर चतुर्भुज नियम समतुल्य हैं और परिणामी सदिश के समान मान देते हैं।
