3.3 रैखिक समीकरण Notes

3.3 रैखिक समीकरण

विषय: रेलवे NTPC – गणित (बीजगणित) अध्याय: 3.3 रैखिक समीकरण विषय-वस्तु: एक-दो चर रैखिक समीकरण

1. परिचय

रैखिक समीकरण वह समीकरण है जिसमें चर की अधिकतम घात 1 होती है। जैसे 2x + 3 = 11 एक रैखिक समीकरण है। रेलवे NTPC परीक्षा में एक चर और दो चर वाले रैखिक समीकरणों से नियमित रूप से प्रश्न पूछे जाते हैं। इन प्रश्नों में चर का मान ज्ञात करना, दो समीकरणों को हल करके x और y का मान निकालना तथा शब्द समस्याओं को समीकरण में बदलकर हल करना शामिल है।

एक चर वाला रैखिक समीकरण ax + b = c के रूप का होता है, जबकि दो चर वाला रैखिक समीकरण ax + by = c के रूप का होता है। दो चर वाले समीकरण को हल करने के लिए कम से कम दो अलग-अलग समीकरणों की आवश्यकता होती है, जिन्हें विलोपन या प्रतिस्थापन विधि से हल किया जाता है। NTPC में दोनों विधियों के प्रश्न आते हैं।

इस अध्याय में हम समीकरण को हल करने के चरण, विलोपन विधि, प्रतिस्थापन विधि, पार-गुणन विधि तथा शब्द समस्याओं को समीकरण में बदलने की कला सीखेंगे। प्रत्येक अवधारणा के साथ हल किए गए उदाहरण दिए गए हैं। अंत में त्वरित पुनरावृत्ति तालिकाएँ, माइंड मैप, आरेख, सामान्य गलतियाँ और परीक्षा युक्तियाँ प्रस्तुत हैं।

2. एक चर वाले रैखिक समीकरण

एक चर वाले रैखिक समीकरण को हल करने का मुख्य सिद्धांत है: चर को एक तरफ ले जाओ और अचर को दूसरी तरफ। संक्रिया पक्ष बदलने पर चिह्न बदल जाता है; जोड़ घटाव बन जाता है और घटाव जोड़, गुणा भाग बन जाता है और भाग गुणा।

हल करने के चरण: 1. भिन्न हों तो उन्हें समाप्त करें या हरों का लघुत्तम समापवर्त्य लेकर गुणा करें। 2. कोष्ठक हों तो उन्हें खोलें। 3. चर वाले पद एक ओर और अचर दूसरी ओर ले जाएँ। 4. दोनों पक्षों को सरल करें और अंत में चर का गुणांक पार करें।

उदाहरण 1: 2x + 3 = 11 को हल कीजिए।

हल: 3 को दूसरी ओर ले जाने पर: 2x = 11 - 3 = 8। अतः x = 8 ÷ 2 = 4। जाँच: 2 × 4 + 3 = 11।

उदाहरण 2: 5x - 7 = 3x + 9 को हल कीजिए।

हल: 3x को बाएँ और -7 को दाएँ ले जाते हैं: 5x - 3x = 9 + 7, अर्थात 2x = 16, अतः x = 8।

उदाहरण 3: x/3 + 2 = 5 को हल कीजिए।

हल: x/3 = 5 - 2 = 3, अतः x = 3 × 3 = 9।

उदाहरण 4: (2x - 1)/3 = (x + 1)/2 को हल कीजिए।

हल: पार-गुणन करने पर: 2(2x - 1) = 3(x + 1), अर्थात 4x - 2 = 3x + 3, अतः x = 5।

उदाहरण 5: 3(x - 2) + 4 = 13 को हल कीजिए।

हल: 3x - 6 + 4 = 13, अर्थात 3x - 2 = 13, अतः 3x = 15, इसलिए x = 5।

उदाहरण 6: 7 = 3x - 5 में x का मान ज्ञात कीजिए।

हल: 3x = 7 + 5 = 12, अतः x = 4।

3. दो चर वाले रैखिक समीकरण

दो चर वाले समीकरण ax + by = c के रूप में होते हैं। इन्हें हल करने के लिए दो समीकरण चाहिए। मुख्य विधियाँ तीन हैं: विलोपन, प्रतिस्थापन और पार-गुणन।

विलोपन विधि (Elimination Method): किसी एक चर के गुणांकों को समान करके दोनों समीकरणों को जोड़ते या घटाते हैं ताकि वह चर विलुप्त हो जाए और एक चर का समीकरण मिल जाए।

प्रतिस्थापन विधि (Substitution Method): एक समीकरण से एक चर को दूसरे के रूप में व्यक्त करके दूसरे समीकरण में प्रतिस्थापित करते हैं।

पार-गुणन विधि: सूत्र के प्रयोग से सीधे x और y के मान प्राप्त होते हैं, परंतु NTPC में विलोपन विधि सबसे सुविधाजनक रहती है।

उदाहरण 7: x + y = 10 और x - y = 4 को हल कीजिए।

हल (विलोपन): दोनों समीकरणों को जोड़ने पर: 2x = 14, अतः x = 7। अब x = 7 पहले समीकरण में रखने पर: 7 + y = 10, अतः y = 3। हल: x = 7, y = 3।

उदाहरण 8: 2x + 3y = 11 और 3x + 2y = 9 को हल कीजिए।

हल: पहले को 2 से और दूसरे को 3 से गुणा करके y के गुणांक समान करते हैं: 4x + 6y = 22 और 9x + 6y = 27। दूसरे में से पहला घटाने पर: 5x = 5, अतः x = 1। x = 1 रखने पर: 2 + 3y = 11, अतः y = 3। हल: x = 1, y = 3।

उदाहरण 9: x + 2y = 8 और 2x - y = 1 को प्रतिस्थापन विधि से हल कीजिए।

हल: पहले समीकरण से x = 8 - 2y। दूसरे में रखने पर: 2(8 - 2y) - y = 1, अर्थात 16 - 4y - y = 1, अतः -5y = -15, y = 3। अब x = 8 - 6 = 2। हल: x = 2, y = 3।

उदाहरण 10: 5x + y = 12 और x - 3y = -4 को हल कीजिए।

हल: पहले से y = 12 - 5x। दूसरे में रखने पर: x - 3(12 - 5x) = -4, अर्थात x - 36 + 15x = -4, अतः 16x = 32, x = 2। फिर y = 12 - 10 = 2। हल: x = 2, y = 2।

उदाहरण 11: 3x + 4y = 10 और 6x + 8y = 20 के कितने हल होंगे?

हल: दूसरा समीकरण पहले का गुणज है (दोनों पक्ष 2 से गुणा किए गए हैं), अतः समीकरण संगत और आश्रित हैं। इनके अपरिमित रूप से अनेक हल होंगे।

उदाहरण 12: 2x - 3y = 8 और 4x - 6y = 5 के कितने हल होंगे?

हल: दोनों में x और y के गुणांकों का अनुपात समान (2:4 = 3:6) परंतु अचर पदों का अनुपात भिन्न है, अतः रेखाएँ समांतर होंगी और इनका कोई हल नहीं होगा।

4. शब्द समस्याएँ

शब्द समस्याओं को हल करने का सबसे महत्वपूर्ण कदम है कथन को सही समीकरण में बदलना। इसके लिए अज्ञात राशि को x या y मान लें और दी गई शर्तों के अनुसार समीकरण बनाएँ।

उदाहरण 13: किसी संख्या का तिगुना उसमें 8 जोड़ने पर प्राप्त योग से 4 अधिक है। संख्या ज्ञात कीजिए।

हल: माना संख्या x है। प्रश्नानुसार 3x = x + 8 + 4 = x + 12। अतः 2x = 12, x = 6।

उदाहरण 14: दो संख्याओं का योग 45 है और उनका अंतर 15 है। संख्याएँ ज्ञात कीजिए।

हल: माना संख्याएँ x और y हैं। x + y = 45, x - y = 15। जोड़ने पर 2x = 60, x = 30, तथा y = 15। संख्याएँ 30 और 15 हैं।

उदाहरण 15: किसी संख्या का 40% उस संख्या के 25% से 15 अधिक है। संख्या ज्ञात कीजिए।

हल: 0.40x - 0.25x = 15, अर्थात 0.15x = 15, अतः x = 100।

उदाहरण 16: एक पिता की आयु पुत्र की आयु की तीन गुनी है। 10 वर्ष बाद पिता की आयु पुत्र की आयु की दो गुनी होगी। पुत्र की वर्तमान आयु ज्ञात कीजिए।

हल: माना पुत्र की आयु x है, तो पिता की 3x। 10 वर्ष बाद: 3x + 10 = 2(x + 10), अर्थात 3x + 10 = 2x + 20, अतः x = 10। पुत्र की आयु 10 वर्ष है।

उदाहरण 17: एक संख्या के दुगुने में से 5 घटाने पर 11 प्राप्त होता है। संख्या ज्ञात कीजिए।

हल: 2x - 5 = 11, अतः 2x = 16, x = 8।

उदाहरण 18: किसी परीक्षा में कुल अंक 100 हैं। किसी छात्र को गणित में 45 और विज्ञान में x अंक मिले। यदि कुल 82 अंक हों तो विज्ञान में कितने अंक मिले?

हल: 45 + x = 82, अतः x = 37।

उदाहरण 19: तीन क्रमागत संख्याओं का योग 42 है। सबसे छोटी संख्या ज्ञात कीजिए।

हल: माना संख्याएँ x, x + 1, x + 2 हैं। 3x + 3 = 42, अतः 3x = 39, x = 13।

उदाहरण 20: 5 पेन और 3 किताबों का मूल्य 145 रुपये है। एक किताब का मूल्य 35 रुपये है। एक पेन का मूल्य ज्ञात कीजिए।

हल: 5x + 3 × 35 = 145, अर्थात 5x + 105 = 145, 5x = 40, अतः x = 8 रुपये।

5. त्वरित पुनरावृत्ति तालिकाएँ

तालिका 1: दो रैखिक समीकरणों के हल की शर्तें

गुणांक अनुपात स्थिति हल
a₁/a₂ ≠ b₁/b₂ प्रतिच्छेदी रेखाएँ अद्वितीय हल
a₁/a₂ = b₁/b₂ = c₁/c₂ संपाती रेखाएँ अपरिमित हल
a₁/a₂ = b₁/b₂ ≠ c₁/c₂ समांतर रेखाएँ कोई हल नहीं

तालिका 2: हल करने की विधियाँ

विधि प्रक्रिया उपयुक्तता
विलोपन गुणांक समान कर जोड़ना/घटाना गुणांक सरल हों
प्रतिस्थापन एक चर को दूसरे में व्यक्त करना कोई गुणांक 1 हो
पार-गुणन सीधा सूत्र लगाना समय बचाने के लिए

6. माइंड मैप

flowchart TD
    A[रैखिक समीकरण] --> B[एक चर]
    A --> C[दो चर]
    B --> D[ax + b = c]
    D --> E[चिह्न बदलकर चर अलग करें]
    E --> F[अंतिम मान की जाँच]
    C --> G[विलोपन विधि]
    C --> H[प्रतिस्थापन विधि]
    G --> I[गुणांक समान करें और जोड़ें-घटाएँ]
    H --> J[एक चर व्यक्त कर प्रतिस्थापित करें]
    C --> K[शब्द समस्याएँ]
    K --> L[अज्ञात को x मानें]
    K --> M[शर्त से समीकरण बनाएँ]
    I --> N[सही मान मिलना]
    J --> N
    M --> N

7. महत्वपूर्ण आरेख (SVG)

विलोपन विधि: x + y = 10, x - y = 4 x + y = 10 x - y = 4 जोड़ने पर y विलुप्त 2x = 14, अतः x = 7 x = 7 रखने पर y = 3 हल: x = 7, y = 3 स्वर्ण नियम: गुणांक समान करके समीकरणों को जोड़ें या घटाएँ, एक चर विलुप्त होगा।

दो समीकरणों की ज्यामितीय स्थितियाँ प्रतिच्छेदी एक हल समांतर कोई हल नहीं संपाती अपरिमित हल याद रखें: a₁/a₂ = b₁/b₂ पर हल अनिश्चित यदि c का अनुपात भी समान है तो अपरिमित हल यदि c का अनुपात भिन्न है तो कोई हल नहीं स्वर्ण नियम: गुणांक अनुपात समान होने पर हलों की स्थिति का सावधानी से निर्णय करें।

8. सामान्य गलतियाँ

  1. पक्ष बदलने पर चिह्न न बदलना: 2x + 5 = 13 में 5 को बाएँ ले जाने पर 2x = 13 + 5 लिखना गलत है, सही 2x = 13 - 5 है।
  2. भिन्न समीकरणों में लघुत्तम समापवर्त्य से गुणा करते समय केवल एक पद को गुणा करना।
  3. विलोपन विधि में गुणांक समान करते समय पूरे समीकरण को गुणा न करना, केवल चर के गुणांक पर ही गुणा लगाना।
  4. दोनों समीकरणों को घटाते समय चिह्नों की गलती, विशेषकर ऋणात्मक पदों के मामले में।
  5. मिले मान को वापस रखकर जाँच न करना, जिससे छोटी अंकगणितीय गलतियाँ अनजानी रह जाती हैं।
  6. शब्द समस्याओं में "अधिक", "कम", "गुना", "से 2 अधिक" जैसे वाक्यांशों को गलत समीकरण में बदलना।
  7. जब समीकरणों के कोई हल न हों (समांतर रेखाएँ) तब भी किसी मान को हल मान लेना।
  8. प्रतिस्थापन करते समय प्राप्त मान को वापस उसी समीकरण में रख देना जिससे निकाला था; हमेशा दूसरे समीकरण में जाँच करें।

9. परीक्षा युक्तियाँ

  1. एक चर वाले प्रश्नों में विकल्पों को सीधे समीकरण में रखकर उत्तर तुरंत निकालें।
  2. दो चर वाले प्रश्नों में सदैव विलोपन विधि से शुरुआत करें; गुणांक सरल होने पर यह सबसे तेज़ होती है।
  3. यदि किसी चर का गुणांक 1 है तो प्रतिस्थापन विधि अधिक उपयुक्त रहती है।
  4. शब्द समस्याओं में दो अज्ञात हों तो उनके बीच के संबंध को पहले पहचानें, जैसे आयु या क्रमागत संख्याएँ।
  5. उत्तर मिलने के बाद उसे मूल समीकरणों में रखकर सदैव जाँच करें; इससे कुछ सेकंड ही लगते हैं।
  6. पार-गुणन वाले प्रश्नों में हरों को पहले सरल करें ताकि बड़े अंकों से बचा जा सके।
  7. समय प्रबंधन के लिए विकल्प-जाँच की आदत डालें, विशेषकर जब गणना लंबी होती जा रही हो।

10. निष्कर्ष

रैखिक समीकरण NTPC गणित का एक स्थायी विषय है जिससे हर वर्ष अवश्य प्रश्न आते हैं। एक चर वाले समीकरण के हल के नियमों और दो चर वाले समीकरणों की विलोपन तथा प्रतिस्थापन विधियों में दक्षता प्राप्त करके तथा शब्द समस्याओं को समीकरण में बदलने का अभ्यास करके इस विषय पर पूर्ण पकड़ बनाई जा सकती है। नियमित अभ्यास और उत्तर-जाँच की आदत से इस अध्याय में अच्छे अंक सुनिश्चित किए जा सकते हैं।