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CLASS 12 MATHS · CHAPTER 5

Continuity and Differentiabilityसांतत्य तथा अवकलनीयताContinuity aur Differentiability

Continuity (graphs without breaks), differentiability, chain rule, implicit and inverse-trig derivatives, exponential & log functions, logarithmic differentiation, parametric forms and second order derivatives — NCERT Chapter 5, in easy words.सांतत्य (बिना टूटे ग्राफ़), अवकलनीयता, श्रृंखला नियम, अस्पष्ट और प्रतिलोम त्रिकोणमितीय फलनों के अवकलज, चरघातांकी तथा लघुगणकीय फलन, लघुगणकीय अवकलन, प्राचलिक रूप और द्वितीय कोटि के अवकलज — NCERT अध्याय 5, आसान शब्दों में।Continuity (bina toote graph), differentiability, chain rule, implicit aur inverse-trig derivatives, exponential aur log functions, logarithmic differentiation, parametric form aur second order derivatives — NCERT Chapter 5, aasaan shabdon mein.

In this chapterइस अध्याय मेंIs chapter mein

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A jump: LHL ≠ RHL at x = 0छलाँग: x = 0 पर LHL ≠ RHLJump: x = 0 par LHL ≠ RHLFig 5.1Limits agree, but f(0) is somewhere elseसीमाएँ बराबर, पर f(0) कहीं औरLimits barabar, par f(0) kahin aurFig 5.2y = 1/x near 0: shoots to +∞ and −∞0 के पास y = 1/x: +∞ और −∞ की ओर0 ke paas y = 1/x: +∞ aur −∞ ki tarafFig 5.3Example 10: jump at x = 1उदाहरण 10: x = 1 पर छलाँगExample 10: x = 1 par jumpFig 5.4Greatest integer function [x]: a jump at every integerमहत्तम पूर्णांक फलन [x]: हर पूर्णांक पर छलाँगGreatest integer function [x]: har integer par jumpFig 5.8Secant → tangent: the derivative is a limit of slopesछेदक रेखा → स्पर्श रेखा: अवकलज ढालों की सीमा हैSecant → tangent: derivative slopes ki limit haiSection 5.3f(x) = |x|: continuous at 0 but not differentiable theref(x) = |x|: 0 पर संतत पर अवकलनीय नहींf(x) = |x|: 0 par continuous par differentiable nahiSection 5.3Chain rule: a box inside a boxश्रृंखला नियम: डिब्बे के अंदर डिब्बाChain rule: dabbe ke andar dabbaTheorem 4y = eˣ and y = log x: mirror images in y = xy = eˣ और y = log x: y = x में दर्पण प्रतिबिंबy = eˣ aur y = log x: y = x mein mirror imageFig 5.11A parametric curve: x = a(θ + sin θ), y = a(1 − cos θ)प्राचलिक वक्र: x = a(θ + sin θ), y = a(1 − cos θ)Parametric curve: x = a(θ + sin θ), y = a(1 − cos θ)Example 33

Try it yourselfखुद करके देखिएKhud karke dekhiye

All sections (NCERT order)सभी खंड (NCERT क्रम)Saare sections (NCERT order)
  1. 5.1IntroductionभूमिकाIntroduction
  2. 5.2Continuityसांतत्यContinuity
  3. 5.2.1Algebra of continuous functionsसंतत फलनों का बीजगणितContinuous functions ka algebra
  4. 5.3DifferentiabilityअवकलनीयताDifferentiability
  5. 5.3.1Derivatives of composite functionsसंयुक्त फलनों के अवकलजComposite functions ke derivatives
  6. 5.3.2Derivatives of implicit functionsअस्पष्ट फलनों के अवकलजImplicit functions ke derivatives
  7. 5.3.3Derivatives of inverse trigonometric functionsप्रतिलोम त्रिकोणमितीय फलनों के अवकलजInverse trigonometric functions ke derivatives
  8. 5.4Exponential and Logarithmic Functionsचरघातांकी तथा लघुगणकीय फलनExponential aur Logarithmic Functions
  9. 5.5Logarithmic Differentiationलघुगणकीय अवकलनLogarithmic Differentiation
  10. 5.6Derivatives of Functions in Parametric Formsप्राचलिक रूपों में फलनों के अवकलजParametric form mein functions ke derivatives
  11. 5.7Second Order Derivativeद्वितीय कोटि का अवकलजSecond Order Derivative
  12. Miscellaneous Examplesविविध उदाहरणMiscellaneous Examples
  13. Formula sheetसूत्र-पत्रFormula sheet
  14. Quick revisionत्वरित पुनरावृत्तिQuick revision

5.1IntroductionभूमिकाIntroduction

🌱 Start here🌱 यहाँ से शुरू कीजिए🌱 Yahan se shuru kijiyeStart here. Imagine drawing a graph with a pencil. If you can draw it near a point without lifting the pencil, the function is continuous there. If the graph is also smooth there (no sharp corner), it has a slope (derivative) there — it is differentiable. This whole chapter is about these two ideas and about many new rules to find derivatives.यहाँ से शुरू कीजिए। मान लीजिए आप पेंसिल से ग्राफ़ बना रहे हैं। यदि किसी बिंदु के पास आप पेंसिल उठाए बिना ग्राफ़ बना सकते हैं, तो फलन वहाँ संतत है। यदि ग्राफ़ वहाँ चिकना भी है (कोई नुकीला कोना नहीं), तो वहाँ उसकी ढाल (अवकलज) होती है — फलन वहाँ अवकलनीय है। पूरा अध्याय इन्हीं दो विचारों और अवकलज निकालने के कई नए नियमों के बारे में है।Yahan se shuru kijiye. Maan lijiye aap pencil se graph bana rahe hain. Agar kisi point ke paas aap pencil uthaye bina graph bana sakte hain, to function wahan continuous hai. Agar graph wahan smooth bhi hai (koi nukila kona nahi), to wahan uska slope (derivative) hota hai — function wahan differentiable hai. Poora chapter inhi do ideas aur derivative nikalne ke kai naye rules ke baare mein hai.

This chapter continues the study of differentiation of functions which you began in Class XI, where you differentiated polynomial and trigonometric functions. Here we introduce the very important ideas of continuity, differentiability and the relation between them. We also learn to differentiate inverse trigonometric functions, and a new class of functions called exponential and logarithmic functions.यह अध्याय अवकलन के उस अध्ययन को आगे बढ़ाता है जो आपने कक्षा XI में बहुपद और त्रिकोणमितीय फलनों का अवकलन करके शुरू किया था। यहाँ हम सांतत्य, अवकलनीयता और इनके बीच के संबंध की महत्वपूर्ण अवधारणाएँ सीखेंगे। साथ ही प्रतिलोम त्रिकोणमितीय फलनों का अवकलन, और चरघातांकी तथा लघुगणकीय फलन नामक नए फलनों का अवकलन भी सीखेंगे।Ye chapter differentiation ki wahi padhai aage badhata hai jo aapne Class XI mein polynomial aur trigonometric functions ko differentiate karke shuru ki thi. Yahan hum continuity, differentiability aur inke beech ka relation seekhenge. Saath hi inverse trigonometric functions ka derivative, aur exponential aur logarithmic functions naam ke naye functions ka derivative bhi seekhenge.

5.2Continuityसांतत्यContinuity

🌱 Start here🌱 यहाँ से शुरू कीजिए🌱 Yahan se shuru kijiyeThree numbers decide continuity at a point x = c: the left hand limit (LHL — where the graph is heading as you walk towards c from the left), the right hand limit (RHL — heading from the right) and the value f(c) (where the dot actually is). If all three exist and are equal, the function is continuous at c. Think of a road: LHL and RHL are the two road ends meeting at a bridge, and f(c) is the bridge itself.किसी बिंदु x = c पर सांतत्य तीन संख्याएँ तय करती हैं: बाएँ पक्ष की सीमा (LHL — बाईं ओर से c की तरफ़ चलने पर ग्राफ़ कहाँ पहुँच रहा है), दाएँ पक्ष की सीमा (RHL — दाईं ओर से) और मान f(c) (बिंदु असल में कहाँ है)। यदि तीनों का अस्तित्व है और तीनों बराबर हैं, तो फलन c पर संतत है। एक सड़क सोचिए: LHL और RHL सड़क के दो सिरे हैं जो एक पुल पर मिलते हैं, और f(c) स्वयं वह पुल है।Kisi point x = c par continuity teen numbers tay karte hain: left hand limit (LHL — left se c ki taraf chalne par graph kahan pahunch raha hai), right hand limit (RHL — right se) aur value f(c) (dot asal mein kahan hai). Agar teeno exist karte hain aur barabar hain, to function c par continuous hai. Ek sadak sochiye: LHL aur RHL sadak ke do sire hain jo ek pul par milte hain, aur f(c) khud wo pul hai.

Two informal examples first. Let f(x) = 1 if x \le 0 and f(x) = 2 if x > 0 (Fig 5.1). Near x = 0, at points to the left like -0.1, -0.01, -0.001 the value is 1; at points to the right like 0.1, 0.01, 0.001 the value is 2. So the left hand limit at 0 is 1 and the right hand limit is 2 — they do not coincide. The graph cannot be drawn in one stroke: we must lift the pen at 0. This function is not continuous at x = 0.पहले दो अनौपचारिक उदाहरण। मान लीजिए x \le 0 के लिए f(x) = 1 और x > 0 के लिए f(x) = 2 (आकृति 5.1)। x = 0 के पास, बाईं ओर के बिंदुओं -0.1, -0.01, -0.001 पर मान 1 है; दाईं ओर के बिंदुओं 0.1, 0.01, 0.001 पर मान 2 है। अतः 0 पर बाएँ पक्ष की सीमा 1 और दाएँ पक्ष की सीमा 2 है — दोनों बराबर नहीं। ग्राफ़ एक बार में नहीं खींचा जा सकता: 0 पर पेन उठाना पड़ता है। यह फलन x = 0 पर संतत नहीं है।Pehle do informal examples. Maan lijiye x \le 0 ke liye f(x) = 1 aur x > 0 ke liye f(x) = 2 (Fig 5.1). x = 0 ke paas, left ke points -0.1, -0.01, -0.001 par value 1 hai; right ke points 0.1, 0.01, 0.001 par value 2 hai. To 0 par LHL 1 aur RHL 2 hai — dono barabar nahi. Graph ek stroke mein nahi banta: 0 par pen uthana padta hai. Ye function x = 0 par continuous nahi hai.

A jump: LHL ≠ RHL at x = 0छलाँग: x = 0 पर LHL ≠ RHLJump: x = 0 par LHL ≠ RHLNCERT Fig 5.1 · 8 tappable partsOpen

Now let f(x) = 1 if x \ne 0 and f(x) = 2 if x = 0 (Fig 5.2). Here the left and right hand limits at 0 are both 1, but the value f(0) = 2 does not coincide with them. Again we cannot draw the graph without lifting the pen — another function not continuous at x = 0.अब मान लीजिए x \ne 0 के लिए f(x) = 1 और x = 0 के लिए f(x) = 2 (आकृति 5.2)। यहाँ 0 पर बाएँ और दाएँ पक्ष की सीमाएँ दोनों 1 हैं, पर मान f(0) = 2 उनसे मेल नहीं खाता। फिर से पेन उठाए बिना ग्राफ़ नहीं बनता — यह फलन भी x = 0 पर संतत नहीं है।Ab maan lijiye x \ne 0 ke liye f(x) = 1 aur x = 0 ke liye f(x) = 2 (Fig 5.2). Yahan 0 par LHL aur RHL dono 1 hain, par value f(0) = 2 unse match nahi karti. Phir se pen uthaye bina graph nahi banta — ye function bhi x = 0 par continuous nahi hai.

Limits agree, but f(0) is somewhere elseसीमाएँ बराबर, पर f(0) कहीं औरLimits barabar, par f(0) kahin aurNCERT Fig 5.2 · 6 tappable partsOpen
📘 Definition (NCERT)📘 परिभाषा (NCERT)📘 Definition (NCERT)Definition 1 (continuity at a point)Suppose f is a real function on a subset of the real numbers and let c be a point in the domain of f. Then f is continuous at c if \lim_{x \to c} f(x) = f(c) More elaborately, if the left hand limit, right hand limit and the value of the function at x = c exist and are equal to each other, then f is continuous at x = c. If f is not continuous at c, we say f is discontinuous at c and c is called a point of discontinuity of f.परिभाषा 1 (किसी बिंदु पर सांतत्य)मान लीजिए f वास्तविक संख्याओं के किसी उपसमुच्चय में परिभाषित एक वास्तविक फलन है और c, f के प्रांत में एक बिंदु है। तब f, c पर संतत है यदि \lim_{x \to c} f(x) = f(c) विस्तार से, यदि x = c पर बाएँ पक्ष की सीमा, दाएँ पक्ष की सीमा और फलन के मान का अस्तित्व है और ये परस्पर बराबर हैं, तो f, x = c पर संतत है। यदि f, c पर संतत नहीं है, तो f को c पर असंतत कहते हैं और c को f का असांतत्य का बिंदु कहते हैं।Definition 1 (point par continuity)Maan lijiye f real numbers ke kisi subset par ek real function hai aur c, f ke domain ka ek point hai. Tab f, c par continuous hai agar \lim_{x \to c} f(x) = f(c) Vistaar se, agar x = c par LHL, RHL aur function ki value exist karti hain aur teeno barabar hain, to f, x = c par continuous hai. Agar f, c par continuous nahi hai, to f ko c par discontinuous kehte hain aur c ko f ka point of discontinuity kehte hain.
Loading experiment…
Example 1Check the continuity of the function f given by f(x) = 2x + 3 at x = 1.उदाहरण 1जाँचिए कि फलन f(x) = 2x + 3, x = 1 पर संतत है या नहीं।Example 1Check kijiye ki function f(x) = 2x + 3, x = 1 par continuous hai ya nahi.
Solution — step by step (3)हल — चरण दर चरण (3)Hal — step by step (3)
  1. First check that f is defined at the point: yes, its value is 5.पहले देखिए कि f उस बिंदु पर परिभाषित है: हाँ, मान 5 है।Pehle dekhiye ki f us point par defined hai: haan, value 5 hai.
    f(1) = 2(1) + 3 = 5
  2. Find the limit at x = 1.x = 1 पर सीमा निकालिए।x = 1 par limit nikaaliye.
    \lim_{x \to 1} f(x) = \lim_{x \to 1} (2x + 3) = 2(1) + 3 = 5
  3. Limit equals the value.सीमा = मान।Limit = value.
    \lim_{x \to 1} f(x) = 5 = f(1)

✔ f is continuous at x = 1.f, x = 1 पर संतत है।f, x = 1 par continuous hai.

Example 2Examine whether the function f given by f(x) = x^2 is continuous at x = 0.उदाहरण 2जाँचिए कि क्या फलन f(x) = x^2, x = 0 पर संतत है।Example 2Check kijiye kya function f(x) = x^2, x = 0 par continuous hai.
Solution — step by step (2)हल — चरण दर चरण (2)Hal — step by step (2)
  1. f is defined at 0.f, 0 पर परिभाषित है।f, 0 par defined hai.
    f(0) = 0^2 = 0
  2. Limit equals the value.सीमा = मान।Limit = value.
    \lim_{x \to 0} f(x) = \lim_{x \to 0} x^2 = 0^2 = 0 = f(0)

✔ f is continuous at x = 0.f, x = 0 पर संतत है।f, x = 0 par continuous hai.

Example 3Discuss the continuity of the function f given by f(x) = |x| at x = 0.उदाहरण 3x = 0 पर फलन f(x) = |x| के सांतत्य की चर्चा कीजिए।Example 3x = 0 par function f(x) = |x| ki continuity discuss kijiye.
Solution — step by step (4)हल — चरण दर चरण (4)Hal — step by step (4)
  1. Write |x| in two pieces (definition of modulus).|x| को दो टुकड़ों में लिखिए (मापांक की परिभाषा)।|x| ko do tukdon mein likhiye (modulus ki definition).
    f(x) = \begin{cases} -x, & x < 0 \\ x, & x \ge 0 \end{cases}
  2. Value at 0.0 पर मान।0 par value.
    f(0) = 0
  3. Left of 0 use -x, right of 0 use x.0 के बाईं ओर -x, दाईं ओर x लीजिए।0 ke left -x, right x lijiye.
    \text{LHL} = \lim_{x \to 0^-} (-x) = 0, \quad \text{RHL} = \lim_{x \to 0^+} x = 0
  4. All three coincide.तीनों बराबर हैं।Teeno barabar hain.
    \text{LHL} = \text{RHL} = f(0) = 0

✔ f is continuous at x = 0.f, x = 0 पर संतत है।f, x = 0 par continuous hai.

Example 4Show that the function f given by f(x) = \begin{cases} x^3 + 3, & \text{if } x \ne 0 \\ 1, & \text{if } x = 0 \end{cases} is not continuous at x = 0.उदाहरण 4दर्शाइए कि f(x) = \begin{cases} x^3 + 3, & x \ne 0 \\ 1, & x = 0 \end{cases} द्वारा प्रदत्त फलन f, x = 0 पर संतत नहीं है।Example 4Dikhaiye ki f(x) = \begin{cases} x^3 + 3, & x \ne 0 \\ 1, & x = 0 \end{cases} wala function f, x = 0 par continuous nahi hai.
Solution — step by step (3)हल — चरण दर चरण (3)Hal — step by step (3)
  1. The value at 0 is given separately.0 पर मान अलग से दिया है।0 par value alag se di hai.
    f(0) = 1
  2. Near 0 (but not at 0) f is the polynomial x^3 + 3.0 के पास (पर 0 पर नहीं) f बहुपद x^3 + 3 है।0 ke paas (par 0 par nahi) f polynomial x^3 + 3 hai.
    \lim_{x \to 0} f(x) = \lim_{x \to 0} (x^3 + 3) = 0^3 + 3 = 3
  3. Limit does not coincide with the value.सीमा, मान के बराबर नहीं।Limit, value ke barabar nahi.
    \lim_{x \to 0} f(x) = 3 \ne 1 = f(0)

✔ f is not continuous at x = 0; x = 0 is its only point of discontinuity.f, x = 0 पर संतत नहीं है; x = 0 इसका एकमात्र असांतत्य का बिंदु है।f, x = 0 par continuous nahi hai; x = 0 iska akela point of discontinuity hai.

Example 5Check the points where the constant function f(x) = k is continuous.उदाहरण 5उन बिंदुओं की जाँच कीजिए जिन पर अचर फलन f(x) = k संतत है।Example 5Wo points check kijiye jahan constant function f(x) = k continuous hai.
Solution — step by step (2)हल — चरण दर चरण (2)Hal — step by step (2)
  1. Defined at all real numbers, always equal to k.सभी वास्तविक संख्याओं पर परिभाषित, मान हमेशा k।Sabhi real numbers par defined, value hamesha k.
    f(c) = k for every real c
  2. Limit of a constant is the constant.अचर की सीमा वही अचर है।Constant ki limit wahi constant hai.
    \lim_{x \to c} f(x) = \lim_{x \to c} k = k = f(c)

✔ The constant function is continuous at every real number.अचर फलन प्रत्येक वास्तविक संख्या पर संतत है।Constant function har real number par continuous hai.

Example 6Prove that the identity function on real numbers given by f(x) = x is continuous at every real number.उदाहरण 6सिद्ध कीजिए कि वास्तविक संख्याओं पर f(x) = x द्वारा प्रदत्त तत्समक फलन प्रत्येक वास्तविक संख्या पर संतत है।Example 6Prove kijiye ki real numbers par f(x) = x wala identity function har real number par continuous hai.
Solution — step by step (2)हल — चरण दर चरण (2)Hal — step by step (2)
  1. Defined everywhere.हर जगह परिभाषित।Har jagah defined.
    f(c) = c
  2. Limit equals the value at every c.हर c पर सीमा = मान।Har c par limit = value.
    \lim_{x \to c} f(x) = \lim_{x \to c} x = c = f(c)

✔ The identity function is continuous at every real number.तत्समक फलन प्रत्येक वास्तविक संख्या पर संतत है।Identity function har real number par continuous hai.

📘 Definition (NCERT)📘 परिभाषा (NCERT)📘 Definition (NCERT)Definition 2 (continuous function)A real function f is said to be continuous if it is continuous at every point in the domain of f.परिभाषा 2 (संतत फलन)एक वास्तविक फलन f संतत कहलाता है यदि वह f के प्रांत के प्रत्येक बिंदु पर संतत है।Definition 2 (continuous function)Ek real function f continuous kehlata hai agar wo f ke domain ke har point par continuous hai.

If f is defined on a closed interval [a, b], then f must be continuous at every point of [a, b] including the end points. At the end points only one side makes sense: continuity at a means \lim_{x \to a^+} f(x) = f(a) and continuity at b means \lim_{x \to b^-} f(x) = f(b). (\lim_{x \to a^-} f(x) and \lim_{x \to b^+} f(x) do not make sense.) As a consequence, if the domain of f is a single point, f is continuous.यदि f बंद अंतराल [a, b] पर परिभाषित है, तो f को [a, b] के हर बिंदु पर, अंत्य बिंदुओं सहित, संतत होना चाहिए। अंत्य बिंदुओं पर केवल एक ओर का अर्थ बनता है: a पर सांतत्य का अर्थ \lim_{x \to a^+} f(x) = f(a) और b पर सांतत्य का अर्थ \lim_{x \to b^-} f(x) = f(b)। (\lim_{x \to a^-} f(x) और \lim_{x \to b^+} f(x) का कोई अर्थ नहीं।) परिणामस्वरूप, यदि f का प्रांत एकल बिंदु है, तो f संतत है।Agar f closed interval [a, b] par defined hai, to f ko [a, b] ke har point par, end points samet, continuous hona chahiye. End points par sirf ek side ka matlab banta hai: a par continuity ka matlab \lim_{x \to a^+} f(x) = f(a) aur b par \lim_{x \to b^-} f(x) = f(b). (\lim_{x \to a^-} f(x) aur \lim_{x \to b^+} f(x) ka koi matlab nahi.) Isliye, agar f ka domain ek hi point hai, to f continuous hai.

Example 7Is the function defined by f(x) = |x|, a continuous function?उदाहरण 7क्या f(x) = |x| द्वारा परिभाषित फलन एक संतत फलन है?Example 7Kya f(x) = |x| wala function ek continuous function hai?
Solution — step by step (3)हल — चरण दर चरण (3)Hal — step by step (3)
  1. Rewrite in pieces; by Example 3, f is continuous at x = 0.टुकड़ों में लिखिए; उदाहरण 3 से f, x = 0 पर संतत है।Tukdon mein likhiye; Example 3 se f, x = 0 par continuous hai.
    f(x) = \begin{cases} -x, & x < 0 \\ x, & x \ge 0 \end{cases}
  2. Near a negative c, all nearby x are negative too, so f is -x there.किसी ऋणात्मक c के पास सभी x भी ऋणात्मक हैं, इसलिए वहाँ f = -x।Kisi negative c ke paas saare x bhi negative hain, isliye wahan f = -x.
    c < 0:\ \lim_{x \to c} (-x) = -c = f(c)
  3. Near a positive c, f is x.किसी धनात्मक c के पास f = x।Kisi positive c ke paas f = x.
    c > 0:\ \lim_{x \to c} x = c = f(c)

✔ Yes. f is continuous at all points, so |x| is a continuous function.हाँ। f सभी बिंदुओं पर संतत है, अतः |x| एक संतत फलन है।Haan. f saare points par continuous hai, isliye |x| ek continuous function hai.

Example 8Discuss the continuity of the function f given by f(x) = x^3 + x^2 - 1.उदाहरण 8f(x) = x^3 + x^2 - 1 द्वारा प्रदत्त फलन f के सांतत्य की चर्चा कीजिए।Example 8f(x) = x^3 + x^2 - 1 wale function f ki continuity discuss kijiye.
Solution — step by step (2)हल — चरण दर चरण (2)Hal — step by step (2)
  1. Defined at every real c.हर वास्तविक c पर परिभाषित।Har real c par defined.
    f(c) = c^3 + c^2 - 1
  2. Limit of a polynomial: just substitute.बहुपद की सीमा: सीधे मान रखिए।Polynomial ki limit: seedha value rakhiye.
    \lim_{x \to c} (x^3 + x^2 - 1) = c^3 + c^2 - 1 = f(c)

✔ f is continuous at every real number, i.e., f is a continuous function.f प्रत्येक वास्तविक संख्या पर संतत है, अर्थात् f एक संतत फलन है।f har real number par continuous hai, yaani f ek continuous function hai.

Example 9Discuss the continuity of the function f defined by f(x) = \dfrac{1}{x},\ x \ne 0.उदाहरण 9f(x) = \dfrac{1}{x},\ x \ne 0 द्वारा परिभाषित फलन f के सांतत्य की चर्चा कीजिए।Example 9f(x) = \dfrac{1}{x},\ x \ne 0 wale function f ki continuity discuss kijiye.
Solution — step by step (2)हल — चरण दर चरण (2)Hal — step by step (2)
  1. The domain is all non-zero reals; take any point c of it.प्रांत सभी शून्येतर वास्तविक संख्याएँ हैं; उसका कोई बिंदु c लीजिए।Domain saare non-zero real numbers hain; uska koi point c lijiye.
    \text{Fix any } c \ne 0:\ \lim_{x \to c} \dfrac{1}{x} = \dfrac{1}{c}
  2. Limit equals value at every point of the domain.प्रांत के हर बिंदु पर सीमा = मान।Domain ke har point par limit = value.
    f(c) = \dfrac{1}{c} = \lim_{x \to c} f(x)

✔ f is continuous at every point of its domain, so f(x) = \dfrac{1}{x} is a continuous function. (x = 0 is not in its domain, so it is not a "point of discontinuity" by this definition.)f अपने प्रांत के हर बिंदु पर संतत है, अतः f(x) = \dfrac{1}{x} एक संतत फलन है। (x = 0 इसके प्रांत में ही नहीं है।)f apne domain ke har point par continuous hai, isliye f(x) = \dfrac{1}{x} ek continuous function hai. (x = 0 iske domain mein hi nahi hai.)

What does infinity mean here? Look at f(x) = \dfrac{1}{x} near 0. At x = 1, 0.3, 0.2, 0.1, 0.01, 0.001, 10^{-n} the values are 1, 3.333\ldots, 5, 10, 100, 1000, 10^{n} (Table 5.1): as x comes close to 0 from the right, f(x) shoots up beyond any number. We write \lim_{x \to 0^+} f(x) = +\infty. From the left (Table 5.2: x = -1, -0.3, \ldots, -10^{-n} give -1, -3.333\ldots, \ldots, -10^{n}) we write \lim_{x \to 0^-} f(x) = -\infty. Remember: +\infty and -\infty are NOT real numbers, so these one-sided limits do not exist as real numbers (Fig 5.3).यहाँ अनंत का क्या अर्थ है? 0 के पास f(x) = \dfrac{1}{x} देखिए। x = 1, 0.3, 0.2, 0.1, 0.01, 0.001, 10^{-n} पर मान 1, 3.333\ldots, 5, 10, 100, 1000, 10^{n} हैं (सारणी 5.1): जैसे-जैसे x दाईं ओर से 0 के पास आता है, f(x) किसी भी संख्या से बड़ा हो जाता है। हम लिखते हैं \lim_{x \to 0^+} f(x) = +\infty। बाईं ओर से (सारणी 5.2) \lim_{x \to 0^-} f(x) = -\infty। याद रखिए: +\infty और -\infty वास्तविक संख्याएँ नहीं हैं, इसलिए ये एकपक्षीय सीमाएँ वास्तविक संख्या के रूप में विद्यमान नहीं हैं (आकृति 5.3)।Yahan infinity ka kya matlab hai? 0 ke paas f(x) = \dfrac{1}{x} dekhiye. x = 1, 0.3, 0.2, 0.1, 0.01, 0.001, 10^{-n} par values 1, 3.333\ldots, 5, 10, 100, 1000, 10^{n} hain (Table 5.1): jaise-jaise x right se 0 ke paas aata hai, f(x) kisi bhi number se bada ho jaata hai. Hum likhte hain \lim_{x \to 0^+} f(x) = +\infty. Left se (Table 5.2) \lim_{x \to 0^-} f(x) = -\infty. Yaad rakhiye: +\infty aur -\infty real numbers nahi hain, isliye ye one-sided limits real number ke roop mein exist nahi karti (Fig 5.3).

y = 1/x near 0: shoots to +∞ and −∞0 के पास y = 1/x: +∞ और −∞ की ओर0 ke paas y = 1/x: +∞ aur −∞ ki tarafNCERT Fig 5.3 · 7 tappable partsOpen
Example 10Discuss the continuity of the function f defined by f(x) = \begin{cases} x + 2, & \text{if } x \le 1 \\ x - 2, & \text{if } x > 1 \end{cases}उदाहरण 10f(x) = \begin{cases} x + 2, & x \le 1 \\ x - 2, & x > 1 \end{cases} द्वारा परिभाषित फलन f के सांतत्य की चर्चा कीजिए।Example 10f(x) = \begin{cases} x + 2, & x \le 1 \\ x - 2, & x > 1 \end{cases} wale function f ki continuity discuss kijiye.
Solution — step by step (4)हल — चरण दर चरण (4)Hal — step by step (4)
  1. Case 1: left of 1, f is the polynomial x + 2 — continuous.स्थिति 1: 1 के बाईं ओर f बहुपद x + 2 है — संतत।Case 1: 1 ke left f polynomial x + 2 hai — continuous.
    c < 1:\ \lim_{x \to c} (x + 2) = c + 2 = f(c)
  2. Case 2: right of 1, f is x - 2 — continuous.स्थिति 2: 1 के दाईं ओर f = x - 2 — संतत।Case 2: 1 ke right f = x - 2 — continuous.
    c > 1:\ \lim_{x \to c} (x - 2) = c - 2 = f(c)
  3. Case 3: at c = 1 the two pieces meet.स्थिति 3: c = 1 पर दोनों टुकड़े मिलते हैं।Case 3: c = 1 par dono tukde milte hain.
    \text{LHL} = \lim_{x \to 1^-} (x + 2) = 3, \quad \text{RHL} = \lim_{x \to 1^+} (x - 2) = -1
  4. Left and right hand limits do not coincide (a jump of 4).बाएँ और दाएँ पक्ष की सीमाएँ बराबर नहीं (4 की छलाँग)।LHL aur RHL barabar nahi (4 ki chhalaang).
    3 \ne -1

✔ f is not continuous at x = 1; x = 1 is the only point of discontinuity (Fig 5.4).f, x = 1 पर संतत नहीं है; x = 1 एकमात्र असांतत्य का बिंदु है (आकृति 5.4)।f, x = 1 par continuous nahi hai; x = 1 akela point of discontinuity hai (Fig 5.4).

Example 10: jump at x = 1उदाहरण 10: x = 1 पर छलाँगExample 10: x = 1 par jumpNCERT Fig 5.4 · 8 tappable partsOpen
Example 11Find all the points of discontinuity of the function f defined by f(x) = \begin{cases} x + 2, & \text{if } x < 1 \\ 0, & \text{if } x = 1 \\ x - 2, & \text{if } x > 1 \end{cases}उदाहरण 11f(x) = \begin{cases} x + 2, & x < 1 \\ 0, & x = 1 \\ x - 2, & x > 1 \end{cases} द्वारा परिभाषित फलन f के सभी असांतत्य के बिंदु ज्ञात कीजिए।Example 11f(x) = \begin{cases} x + 2, & x < 1 \\ 0, & x = 1 \\ x - 2, & x > 1 \end{cases} wale function f ke saare points of discontinuity nikaaliye.
Solution — step by step (3)हल — चरण दर चरण (3)Hal — step by step (3)
  1. As in Example 10, each piece is a polynomial.उदाहरण 10 की तरह, हर टुकड़ा बहुपद है।Example 10 ki tarah, har tukda polynomial hai.
    x \ne 1:\ \text{continuous}
  2. One-sided limits at 1.1 पर एकपक्षीय सीमाएँ।1 par one-sided limits.
    \text{LHL} = \lim_{x \to 1^-} (x + 2) = 3, \quad \text{RHL} = \lim_{x \to 1^+} (x - 2) = -1
  3. They do not coincide, so the value f(1) = 0 cannot save continuity.ये बराबर नहीं, इसलिए मान f(1) = 0 सांतत्य नहीं बचा सकता।Ye barabar nahi, isliye value f(1) = 0 continuity nahi bacha sakti.
    \text{LHL} \ne \text{RHL}

✔ x = 1 is the only point of discontinuity of f (Fig 5.5).x = 1, f का एकमात्र असांतत्य का बिंदु है (आकृति 5.5)।x = 1, f ka akela point of discontinuity hai (Fig 5.5).

Example 12Discuss the continuity of the function defined by f(x) = \begin{cases} x + 2, & \text{if } x < 0 \\ -x + 2, & \text{if } x > 0 \end{cases}उदाहरण 12f(x) = \begin{cases} x + 2, & x < 0 \\ -x + 2, & x > 0 \end{cases} द्वारा परिभाषित फलन के सांतत्य की चर्चा कीजिए।Example 12f(x) = \begin{cases} x + 2, & x < 0 \\ -x + 2, & x > 0 \end{cases} wale function ki continuity discuss kijiye.
Solution — step by step (3)हल — चरण दर चरण (3)Hal — step by step (3)
  1. f is not defined at 0, so 0 is not in the domain.f, 0 पर परिभाषित नहीं है, इसलिए 0 प्रांत में नहीं है।f, 0 par defined nahi hai, isliye 0 domain mein nahi hai.
    \text{Domain} = D_1 \cup D_2,\ D_1 = \{x < 0\},\ D_2 = \{x > 0\}
  2. Case 1: continuous in D_1.स्थिति 1: D_1 में संतत।Case 1: D_1 mein continuous.
    c \in D_1:\ \lim_{x \to c} (x + 2) = c + 2 = f(c)
  3. Case 2: continuous in D_2.स्थिति 2: D_2 में संतत।Case 2: D_2 mein continuous.
    c \in D_2:\ \lim_{x \to c} (-x + 2) = -c + 2 = f(c)

✔ f is continuous at every point of its domain, so f is a continuous function. We lift the pen only at x = 0, where f is not defined (Fig 5.6).f अपने प्रांत के हर बिंदु पर संतत है, अतः f एक संतत फलन है। पेन केवल x = 0 पर उठाना पड़ता है, जहाँ f परिभाषित ही नहीं है (आकृति 5.6)।f apne domain ke har point par continuous hai, isliye f ek continuous function hai. Pen sirf x = 0 par uthana padta hai, jahan f defined hi nahi hai (Fig 5.6).

Example 13Discuss the continuity of the function f given by f(x) = \begin{cases} x, & \text{if } x \ge 0 \\ x^2, & \text{if } x < 0 \end{cases}उदाहरण 13f(x) = \begin{cases} x, & x \ge 0 \\ x^2, & x < 0 \end{cases} द्वारा प्रदत्त फलन f के सांतत्य की चर्चा कीजिए।Example 13f(x) = \begin{cases} x, & x \ge 0 \\ x^2, & x < 0 \end{cases} wale function f ki continuity discuss kijiye.
Solution — step by step (3)हल — चरण दर चरण (3)Hal — step by step (3)
  1. Split the real line into three disjoint parts.वास्तविक रेखा को तीन असंयुक्त भागों में बाँटिए।Real line ko teen alag hisson mein baantiye.
    D_1 = \{x < 0\},\ D_2 = \{0\},\ D_3 = \{x > 0\}
  2. Both are continuous there (Examples 2 and 6).दोनों वहाँ संतत हैं (उदाहरण 2 और 6)।Dono wahan continuous hain (Examples 2 aur 6).
    D_1:\ f(x) = x^2,\quad D_3:\ f(x) = x
  3. At 0, check all three numbers.0 पर तीनों संख्याएँ जाँचिए।0 par teeno numbers check kijiye.
    f(0) = 0,\ \lim_{x \to 0^-} x^2 = 0,\ \lim_{x \to 0^+} x = 0

✔ \lim_{x \to 0} f(x) = 0 = f(0), so f is continuous at 0 too; f is a continuous function (Fig 5.7).\lim_{x \to 0} f(x) = 0 = f(0), अतः f, 0 पर भी संतत है; f एक संतत फलन है (आकृति 5.7)।\lim_{x \to 0} f(x) = 0 = f(0), isliye f, 0 par bhi continuous hai; f ek continuous function hai (Fig 5.7).

Example 14Show that every polynomial function is continuous.उदाहरण 14दर्शाइए कि प्रत्येक बहुपद फलन संतत है।Example 14Dikhaiye ki har polynomial function continuous hai.
Solution — step by step (2)हल — चरण दर चरण (2)Hal — step by step (2)
  1. A polynomial is defined for every real number.बहुपद प्रत्येक वास्तविक संख्या के लिए परिभाषित है।Polynomial har real number ke liye defined hai.
    p(x) = a_0 + a_1 x + \ldots + a_n x^n,\ a_n \ne 0,\ a_i \in \mathbf{R}
  2. For any fixed real c (limit of a polynomial = value).किसी भी नियत वास्तविक c के लिए (बहुपद की सीमा = मान)।Kisi bhi fixed real c ke liye (polynomial ki limit = value).
    \lim_{x \to c} p(x) = p(c)

✔ p is continuous at every real number, so every polynomial function is continuous.p प्रत्येक वास्तविक संख्या पर संतत है, अतः प्रत्येक बहुपद फलन संतत है।p har real number par continuous hai, isliye har polynomial function continuous hai.

Example 15Find all the points of discontinuity of the greatest integer function defined by f(x) = [x], where [x] denotes the greatest integer less than or equal to x.उदाहरण 15f(x) = [x] द्वारा परिभाषित महत्तम पूर्णांक फलन के सभी असांतत्य के बिंदु ज्ञात कीजिए, जहाँ [x], x से कम या x के बराबर महत्तम पूर्णांक है।Example 15f(x) = [x] wale greatest integer function ke saare points of discontinuity nikaaliye, jahan [x], x se kam ya barabar sabse bada integer hai.
Solution — step by step (3)हल — चरण दर चरण (3)Hal — step by step (3)
  1. Case 1: near a non-integer c, [x] stays equal to [c] — flat step, continuous.स्थिति 1: किसी अपूर्णांक c के पास [x] का मान [c] ही रहता है — समतल सीढ़ी, संतत।Case 1: kisi non-integer c ke paas [x] ki value [c] hi rehti hai — flat step, continuous.
    c \notin \mathbf{Z}:\ \lim_{x \to c} [x] = [c] = f(c)
  2. Case 2: for a small r > 0 just left of an integer the value is one less.स्थिति 2: छोटे r > 0 के लिए पूर्णांक के ठीक बाईं ओर मान एक कम है।Case 2: chhote r > 0 ke liye integer ke theek left value ek kam hai.
    c \in \mathbf{Z}:\ [c - r] = c - 1,\ [c + r] = c
  3. One-sided limits differ.एकपक्षीय सीमाएँ अलग हैं।One-sided limits alag hain.
    \lim_{x \to c^-} f(x) = c - 1 \ne c = \lim_{x \to c^+} f(x)

✔ The greatest integer function is discontinuous at every integer and continuous at every other real number (Fig 5.8).महत्तम पूर्णांक फलन प्रत्येक पूर्णांक पर असंतत है और बाकी हर वास्तविक संख्या पर संतत है (आकृति 5.8)।Greatest integer function har integer par discontinuous hai aur baaki har real number par continuous hai (Fig 5.8).

Greatest integer function [x]: a jump at every integerमहत्तम पूर्णांक फलन [x]: हर पूर्णांक पर छलाँगGreatest integer function [x]: har integer par jumpNCERT Fig 5.8 · 9 tappable partsOpen
⚠️ Mistakes that cost marks⚠️ ग़लतियाँ जिनसे अंक कटते हैं⚠️ Galtiyan jinse marks katte hain(1) Never decide continuity from the formula of only one piece — at a joining point always find LHL, RHL and f(c). (2) A point outside the domain (like x = 0 for \dfrac{1}{x} or for Example 12) is not a point of discontinuity in NCERT's definition. (3) For [x], just to the left of 2 the value is 1, not 2: \lim_{x \to 2^-}[x] = 1. (4) At the end points of [a, b] only one side is checked.(1) केवल एक टुकड़े के सूत्र से सांतत्य तय न कीजिए — जोड़ बिंदु पर हमेशा LHL, RHL और f(c) निकालिए। (2) प्रांत से बाहर का बिंदु (जैसे \dfrac{1}{x} के लिए x = 0) NCERT की परिभाषा में असांतत्य का बिंदु नहीं है। (3) [x] में 2 के ठीक बाईं ओर मान 1 है, 2 नहीं: \lim_{x \to 2^-}[x] = 1। (4) [a, b] के अंत्य बिंदुओं पर केवल एक पक्ष जाँचा जाता है।(1) Sirf ek tukde ke formula se continuity tay mat kijiye — joining point par hamesha LHL, RHL aur f(c) nikaaliye. (2) Domain se bahar ka point (jaise \dfrac{1}{x} ke liye x = 0) NCERT ki definition mein point of discontinuity nahi hai. (3) [x] mein 2 ke theek left value 1 hai, 2 nahi: \lim_{x \to 2^-}[x] = 1. (4) [a, b] ke end points par sirf ek side check hoti hai.

5.2.1Algebra of continuous functionsसंतत फलनों का बीजगणितContinuous functions ka algebra

📐 Theorem📐 प्रमेय📐 TheoremTheorem 1Suppose f and g be two real functions continuous at a real number c. Then (1) f + g is continuous at x = c. (2) f - g is continuous at x = c. (3) f \cdot g is continuous at x = c. (4) \dfrac{f}{g} is continuous at x = c (provided g(c) \ne 0).प्रमेय 1मान लीजिए f और g दो वास्तविक फलन हैं जो वास्तविक संख्या c पर संतत हैं। तब (1) f + g, x = c पर संतत है। (2) f - g, x = c पर संतत है। (3) f \cdot g, x = c पर संतत है। (4) \dfrac{f}{g}, x = c पर संतत है (बशर्ते g(c) \ne 0)।Theorem 1Maan lijiye f aur g do real functions hain jo real number c par continuous hain. Tab (1) f + g, x = c par continuous hai. (2) f - g, x = c par continuous hai. (3) f \cdot g, x = c par continuous hai. (4) \dfrac{f}{g}, x = c par continuous hai (bas g(c) \ne 0 ho).

Proof of (1). \lim_{x \to c} (f + g)(x) = \lim_{x \to c} [f(x) + g(x)] = \lim_{x \to c} f(x) + \lim_{x \to c} g(x) = f(c) + g(c) = (f + g)(c) — using the definition of f + g, the theorem on limits, and continuity of f and g. The other parts are similar. Remarks: (i) taking f constant = \lambda in (3): \lambda g is continuous; with \lambda = -1, continuity of f gives continuity of -f. (ii) taking f constant in (4): \dfrac{\lambda}{g} is continuous wherever g(x) \ne 0; in particular \dfrac{1}{g} is.(1) की उपपत्ति। \lim_{x \to c} (f + g)(x) = \lim_{x \to c} [f(x) + g(x)] = \lim_{x \to c} f(x) + \lim_{x \to c} g(x) = f(c) + g(c) = (f + g)(c) — f + g की परिभाषा, सीमाओं के प्रमेय और f, g के सांतत्य से। बाकी भाग इसी तरह हैं। टिप्पणी: (i) (3) में f को अचर = \lambda लेने पर \lambda g संतत है; \lambda = -1 से f संतत ⇒ -f संतत। (ii) (4) में f अचर लेने पर \dfrac{\lambda}{g} वहाँ संतत है जहाँ g(x) \ne 0; विशेष रूप से \dfrac{1}{g}।(1) ka proof. \lim_{x \to c} (f + g)(x) = \lim_{x \to c} [f(x) + g(x)] = \lim_{x \to c} f(x) + \lim_{x \to c} g(x) = f(c) + g(c) = (f + g)(c) — f + g ki definition, limits ke theorem aur f, g ki continuity se. Baaki parts isi tarah hain. Remarks: (i) (3) mein f ko constant = \lambda lene par \lambda g continuous hai; \lambda = -1 se f continuous ⇒ -f continuous. (ii) (4) mein f constant lene par \dfrac{\lambda}{g} wahan continuous hai jahan g(x) \ne 0; khaas taur par \dfrac{1}{g}.

Example 16Prove that every rational function is continuous.उदाहरण 16सिद्ध कीजिए कि प्रत्येक परिमेय फलन संतत है।Example 16Prove kijiye ki har rational function continuous hai.
Solution — step by step (2)हल — चरण दर चरण (2)Hal — step by step (2)
  1. p and q are polynomials; the domain leaves out the zeros of q.p और q बहुपद हैं; प्रांत में q के शून्यक शामिल नहीं।p aur q polynomials hain; domain mein q ke zeros shaamil nahi.
    f(x) = \dfrac{p(x)}{q(x)},\ q(x) \ne 0
  2. By part (4) of Theorem 1.प्रमेय 1 के भाग (4) से।Theorem 1 ke part (4) se.
    p,\ q \text{ continuous (Example 14)} \Rightarrow \dfrac{p}{q} \text{ continuous}

✔ Every rational function is continuous (at every point of its domain).प्रत्येक परिमेय फलन संतत है (अपने प्रांत के हर बिंदु पर)।Har rational function continuous hai (apne domain ke har point par).

Example 17Discuss the continuity of sine function.उदाहरण 17sine फलन के सांतत्य की चर्चा कीजिए।Example 17Sine function ki continuity discuss kijiye.
Solution — step by step (4)हल — चरण दर चरण (4)Hal — step by step (4)
  1. Fact used (clear from the graph of sin x near 0; also \lim_{h \to 0} \cos h = 1).प्रयुक्त तथ्य (0 के पास sin x के ग्राफ़ से स्पष्ट; साथ ही \lim_{h \to 0} \cos h = 1)।Use kiya fact (0 ke paas sin x ke graph se saaf; saath hi \lim_{h \to 0} \cos h = 1).
    \lim_{x \to 0} \sin x = 0
  2. Put x = c + h; x \to c means h \to 0.x = c + h रखिए; x \to c का अर्थ h \to 0।x = c + h rakhiye; x \to c ka matlab h \to 0.
    x = c + h:\ \lim_{x \to c} \sin x = \lim_{h \to 0} \sin(c + h)
  3. Expand \sin(A + B).\sin(A + B) का प्रसार।\sin(A + B) ko expand kijiye.
    = \lim_{h \to 0} [\sin c \cos h + \cos c \sin h]
  4. Limits of each part.हर भाग की सीमा।Har part ki limit.
    = \sin c \cdot 1 + \cos c \cdot 0 = \sin c = f(c)

✔ \lim_{x \to c} \sin x = \sin c for every real c, so sine is a continuous function. (A similar proof works for cosine.)हर वास्तविक c के लिए \lim_{x \to c} \sin x = \sin c, अतः sine एक संतत फलन है। (cosine के लिए भी ऐसी ही उपपत्ति।)Har real c ke liye \lim_{x \to c} \sin x = \sin c, isliye sine ek continuous function hai. (Cosine ke liye bhi aisa hi proof.)

Example 18Prove that the function defined by f(x) = \tan x is a continuous function.उदाहरण 18सिद्ध कीजिए कि f(x) = \tan x द्वारा परिभाषित फलन एक संतत फलन है।Example 18Prove kijiye ki f(x) = \tan x wala function ek continuous function hai.
Solution — step by step (2)हल — चरण दर चरण (2)Hal — step by step (2)
  1. Domain of tan.tan का प्रांत।Tan ka domain.
    \tan x = \dfrac{\sin x}{\cos x},\ \cos x \ne 0 \iff x \ne (2n + 1)\dfrac{\pi}{2}
  2. Quotient of continuous functions (Theorem 1(4)).संतत फलनों का भागफल (प्रमेय 1(4))।Continuous functions ka quotient (Theorem 1(4)).
    \sin,\ \cos \text{ continuous} \Rightarrow \dfrac{\sin}{\cos} \text{ continuous where defined}

✔ tan x is continuous at every point of its domain, i.e., it is a continuous function.tan x अपने प्रांत के हर बिंदु पर संतत है, अर्थात् यह एक संतत फलन है।tan x apne domain ke har point par continuous hai, yaani ye ek continuous function hai.

📐 Theorem📐 प्रमेय📐 TheoremTheorem 2Suppose f and g are real valued functions such that (f \circ g) is defined at c. If g is continuous at c and if f is continuous at g(c), then (f \circ g) is continuous at c.प्रमेय 2मान लीजिए f और g वास्तविक मान फलन इस प्रकार हैं कि c पर (f \circ g) परिभाषित है। यदि g, c पर संतत है और f, g(c) पर संतत है, तो (f \circ g), c पर संतत है।Theorem 2Maan lijiye f aur g real valued functions aise hain ki c par (f \circ g) defined hai. Agar g, c par continuous hai aur f, g(c) par continuous hai, to (f \circ g), c par continuous hai.
Example 19Show that the function defined by f(x) = \sin(x^2) is a continuous function.उदाहरण 19दर्शाइए कि f(x) = \sin(x^2) द्वारा परिभाषित फलन एक संतत फलन है।Example 19Dikhaiye ki f(x) = \sin(x^2) wala function ek continuous function hai.
Solution — step by step (2)हल — चरण दर चरण (2)Hal — step by step (2)
  1. Break it as a composition (inner x^2, outer sin).इसे संयोजन के रूप में तोड़िए (भीतर x^2, बाहर sin)।Ise composition ki tarah todiye (andar x^2, bahar sin).
    f = g \circ h,\ g(x) = \sin x,\ h(x) = x^2
  2. Theorem 2.प्रमेय 2।Theorem 2.
    g,\ h \text{ continuous} \Rightarrow g \circ h \text{ continuous}

✔ \sin(x^2) is a continuous function.\sin(x^2) एक संतत फलन है।\sin(x^2) ek continuous function hai.

Example 20Show that the function f defined by f(x) = |1 - x + |x||, where x is any real number, is a continuous function.उदाहरण 20दर्शाइए कि f(x) = |1 - x + |x|| द्वारा परिभाषित फलन f, जहाँ x कोई वास्तविक संख्या है, एक संतत फलन है।Example 20Dikhaiye ki f(x) = |1 - x + |x|| wala function f, jahan x koi real number hai, ek continuous function hai.
Solution — step by step (3)हल — चरण दर चरण (3)Hal — step by step (3)
  1. Name the inner and outer functions.भीतरी और बाहरी फलन के नाम रखिए।Andar aur bahar wale function ka naam rakhiye.
    g(x) = 1 - x + |x|,\ h(x) = |x|
  2. So f = h \circ g.अतः f = h \circ g।Isliye f = h \circ g.
    (h \circ g)(x) = h(1 - x + |x|) = |1 - x + |x|| = f(x)
  3. Sum of continuous functions is continuous.संतत फलनों का योग संतत है।Continuous functions ka sum continuous hai.
    h \text{ continuous (Ex. 7)},\ g = \text{polynomial} + |x| \text{ continuous}

✔ f, a composite of two continuous functions, is continuous.f, दो संतत फलनों का संयुक्त होने से, संतत है।f, do continuous functions ka composite hone se, continuous hai.

🏆 Topper box🏆 टॉपर बॉक्स🏆 Topper boxTopper's trick for "find k": write LHL = f(c) (or LHL = RHL) at the joining point and solve. Example: f(x) = kx + 1 for x \le 5 and 3x - 5 for x > 5 is continuous at 5 when 5k + 1 = 10, i.e., k = \dfrac{9}{5}. And if LHL and RHL come out as different numbers not containing k, no value of k can help."k ज्ञात कीजिए" वाली तरकीब: जोड़ बिंदु पर LHL = f(c) (या LHL = RHL) लिखकर हल कीजिए। उदाहरण: x \le 5 के लिए f(x) = kx + 1 और x > 5 के लिए 3x - 5, 5 पर संतत है जब 5k + 1 = 10, अर्थात् k = \dfrac{9}{5}। और यदि LHL और RHL अलग-अलग संख्याएँ आएँ जिनमें k नहीं, तो k का कोई मान काम नहीं आएगा।"k nikaaliye" wali trick: joining point par LHL = f(c) (ya LHL = RHL) likhkar solve kijiye. Example: x \le 5 ke liye f(x) = kx + 1 aur x > 5 ke liye 3x - 5, 5 par continuous hai jab 5k + 1 = 10, yaani k = \dfrac{9}{5}. Aur agar LHL aur RHL alag numbers aayein jinmein k nahi, to k ki koi value kaam nahi aayegi.
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(Exercise 5.1, Q5) Is f(x) = \begin{cases} x, & x \le 1 \\ 5, & x > 1 \end{cases} continuous at x = 0? At x = 1? At x = 2?(प्रश्नावली 5.1, प्र. 5) क्या f(x) = \begin{cases} x, & x \le 1 \\ 5, & x > 1 \end{cases}, x = 0 पर संतत है? x = 1 पर? x = 2 पर?(Exercise 5.1, Q5) Kya f(x) = \begin{cases} x, & x \le 1 \\ 5, & x > 1 \end{cases}, x = 0 par continuous hai? x = 1 par? x = 2 par?

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f is continuous at x = 0 and x = 2; not continuous at x = 1 (LHL = 1, RHL = 5).f, x = 0 और x = 2 पर संतत है; x = 1 पर संतत नहीं (LHL = 1, RHL = 5)।f, x = 0 aur x = 2 par continuous hai; x = 1 par continuous nahi (LHL = 1, RHL = 5).

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(Exercise 5.1, Q8) Find all points of discontinuity of f(x) = \begin{cases} \dfrac{|x|}{x}, & x \ne 0 \\ 0, & x = 0 \end{cases}(प्रश्नावली 5.1, प्र. 8) f(x) = \begin{cases} \dfrac{|x|}{x}, & x \ne 0 \\ 0, & x = 0 \end{cases} के सभी असांतत्य के बिंदु ज्ञात कीजिए।(Exercise 5.1, Q8) f(x) = \begin{cases} \dfrac{|x|}{x}, & x \ne 0 \\ 0, & x = 0 \end{cases} ke saare points of discontinuity nikaaliye.

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Discontinuous at x = 0 (LHL = -1, RHL = 1).x = 0 पर असंतत (LHL = -1, RHL = 1)।x = 0 par discontinuous (LHL = -1, RHL = 1).

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(Exercise 5.1, Q17) Find the relationship between a and b so that f(x) = \begin{cases} ax + 1, & x \le 3 \\ bx + 3, & x > 3 \end{cases} is continuous at x = 3.(प्रश्नावली 5.1, प्र. 17) a और b में संबंध ज्ञात कीजिए ताकि f(x) = \begin{cases} ax + 1, & x \le 3 \\ bx + 3, & x > 3 \end{cases}, x = 3 पर संतत हो।(Exercise 5.1, Q17) a aur b mein relation nikaaliye taaki f(x) = \begin{cases} ax + 1, & x \le 3 \\ bx + 3, & x > 3 \end{cases}, x = 3 par continuous ho.

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3a + 1 = 3b + 3, i.e., a = b + \dfrac{2}{3}.3a + 1 = 3b + 3, अर्थात् a = b + \dfrac{2}{3}।3a + 1 = 3b + 3, yaani a = b + \dfrac{2}{3}.

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(Exercise 5.1, Q18) For what value of λ is f(x) = \begin{cases} \lambda(x^2 - 2x), & x \le 0 \\ 4x + 1, & x > 0 \end{cases} continuous at x = 0? What about x = 1?(प्रश्नावली 5.1, प्र. 18) λ के किस मान के लिए f(x) = \begin{cases} \lambda(x^2 - 2x), & x \le 0 \\ 4x + 1, & x > 0 \end{cases}, x = 0 पर संतत है? x = 1 पर क्या?(Exercise 5.1, Q18) λ ki kis value ke liye f(x) = \begin{cases} \lambda(x^2 - 2x), & x \le 0 \\ 4x + 1, & x > 0 \end{cases}, x = 0 par continuous hai? x = 1 par?

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For no value of λ is f continuous at x = 0 (LHL = 0, RHL = 1), but f is continuous at x = 1 for any value of λ.λ के किसी भी मान के लिए f, x = 0 पर संतत नहीं (LHL = 0, RHL = 1), पर x = 1 पर λ के हर मान के लिए संतत है।λ ki kisi bhi value ke liye f, x = 0 par continuous nahi (LHL = 0, RHL = 1), par x = 1 par λ ki har value ke liye continuous hai.

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(Exercise 5.1, Q26) Find k so that f(x) = \begin{cases} \dfrac{k \cos x}{\pi - 2x}, & x \ne \dfrac{\pi}{2} \\ 3, & x = \dfrac{\pi}{2} \end{cases} is continuous at x = \dfrac{\pi}{2}.(प्रश्नावली 5.1, प्र. 26) k ज्ञात कीजिए ताकि f(x) = \begin{cases} \dfrac{k \cos x}{\pi - 2x}, & x \ne \dfrac{\pi}{2} \\ 3, & x = \dfrac{\pi}{2} \end{cases}, x = \dfrac{\pi}{2} पर संतत हो।(Exercise 5.1, Q26) k nikaaliye taaki f(x) = \begin{cases} \dfrac{k \cos x}{\pi - 2x}, & x \ne \dfrac{\pi}{2} \\ 3, & x = \dfrac{\pi}{2} \end{cases}, x = \dfrac{\pi}{2} par continuous ho.

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k = 6 (the limit is \dfrac{k}{2}, and \dfrac{k}{2} = 3).k = 6 (सीमा \dfrac{k}{2} है, और \dfrac{k}{2} = 3)।k = 6 (limit \dfrac{k}{2} hai, aur \dfrac{k}{2} = 3).

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(Exercise 5.1, Q27) Find k so that f(x) = \begin{cases} kx^2, & x \le 2 \\ 3, & x > 2 \end{cases} is continuous at x = 2.(प्रश्नावली 5.1, प्र. 27) k ज्ञात कीजिए ताकि f(x) = \begin{cases} kx^2, & x \le 2 \\ 3, & x > 2 \end{cases}, x = 2 पर संतत हो।(Exercise 5.1, Q27) k nikaaliye taaki f(x) = \begin{cases} kx^2, & x \le 2 \\ 3, & x > 2 \end{cases}, x = 2 par continuous ho.

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k = \dfrac{3}{4}k = \dfrac{3}{4}k = \dfrac{3}{4}

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(Exercise 5.1, Q28) Find k so that f(x) = \begin{cases} kx + 1, & x \le \pi \\ \cos x, & x > \pi \end{cases} is continuous at x = \pi.(प्रश्नावली 5.1, प्र. 28) k ज्ञात कीजिए ताकि f(x) = \begin{cases} kx + 1, & x \le \pi \\ \cos x, & x > \pi \end{cases}, x = \pi पर संतत हो।(Exercise 5.1, Q28) k nikaaliye taaki f(x) = \begin{cases} kx + 1, & x \le \pi \\ \cos x, & x > \pi \end{cases}, x = \pi par continuous ho.

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k = -\dfrac{2}{\pi}k = -\dfrac{2}{\pi}k = -\dfrac{2}{\pi}

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(Exercise 5.1, Q30) Find a and b such that f(x) = \begin{cases} 5, & x \le 2 \\ ax + b, & 2 < x < 10 \\ 21, & x \ge 10 \end{cases} is a continuous function.(प्रश्नावली 5.1, प्र. 30) a और b ज्ञात कीजिए ताकि f(x) = \begin{cases} 5, & x \le 2 \\ ax + b, & 2 < x < 10 \\ 21, & x \ge 10 \end{cases} एक संतत फलन हो।(Exercise 5.1, Q30) a aur b nikaaliye taaki f(x) = \begin{cases} 5, & x \le 2 \\ ax + b, & 2 < x < 10 \\ 21, & x \ge 10 \end{cases} ek continuous function ho.

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a = 2,\ b = 1 (from 2a + b = 5 and 10a + b = 21).a = 2,\ b = 1 (2a + b = 5 और 10a + b = 21 से)।a = 2,\ b = 1 (2a + b = 5 aur 10a + b = 21 se).

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(Exercise 5.1, Q34) Find all the points of discontinuity of f(x) = |x| - |x + 1|.(प्रश्नावली 5.1, प्र. 34) f(x) = |x| - |x + 1| के सभी असांतत्य के बिंदु ज्ञात कीजिए।(Exercise 5.1, Q34) f(x) = |x| - |x + 1| ke saare points of discontinuity nikaaliye.

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There is no point of discontinuity.कोई असांतत्य का बिंदु नहीं है।Koi point of discontinuity nahi hai.

5.3DifferentiabilityअवकलनीयताDifferentiability

🌱 Start here🌱 यहाँ से शुरू कीजिए🌱 Yahan se shuru kijiyeThe derivative is the slope of the curve at a point. Take two points on the graph, at x = c and x = c + h, and join them — that line is a secant with slope \dfrac{f(c+h) - f(c)}{h}. Now slide the second point towards the first (h → 0). The secant turns into the tangent, and its slope becomes f'(c). Play with the slider below and watch it happen.अवकलज किसी बिंदु पर वक्र की ढाल है। ग्राफ़ पर x = c और x = c + h पर दो बिंदु लेकर उन्हें मिलाइए — यह रेखा छेदक रेखा है जिसकी ढाल \dfrac{f(c+h) - f(c)}{h} है। अब दूसरे बिंदु को पहले की ओर खिसकाइए (h → 0)। छेदक रेखा स्पर्श रेखा बन जाती है और उसकी ढाल f'(c) हो जाती है। नीचे के स्लाइडर से यह होते हुए देखिए।Derivative kisi point par curve ka slope hai. Graph par x = c aur x = c + h par do points lekar unhe jodiye — ye line secant hai jiska slope \dfrac{f(c+h) - f(c)}{h} hai. Ab doosre point ko pehle ki taraf khiskaiye (h → 0). Secant tangent ban jaati hai aur uska slope f'(c) ho jaata hai. Neeche ke slider se ye hote hue dekhiye.
Secant → tangent: the derivative is a limit of slopesछेदक रेखा → स्पर्श रेखा: अवकलज ढालों की सीमा हैSecant → tangent: derivative slopes ki limit haiNCERT Section 5.3 · 10 tappable partsOpen
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📘 Definition (NCERT)📘 परिभाषा (NCERT)📘 Definition (NCERT)Derivative (recall from Class XI)Suppose f is a real function and c is a point in its domain. The derivative of f at c is defined by f'(c) = \lim_{h \to 0} \frac{f(c + h) - f(c)}{h} provided this limit exists. The function f'(x) = \lim_{h \to 0} \dfrac{f(x + h) - f(x)}{h}, wherever the limit exists, is the derivative of f, also written \dfrac{d}{dx}(f(x)), or \dfrac{dy}{dx} or y' if y = f(x). Finding it is called differentiation.अवकलज (कक्षा XI से याद कीजिए)मान लीजिए f एक वास्तविक फलन है और c उसके प्रांत में एक बिंदु है। c पर f का अवकलज f'(c) = \lim_{h \to 0} \frac{f(c + h) - f(c)}{h} द्वारा परिभाषित है, बशर्ते यह सीमा विद्यमान हो। फलन f'(x) = \lim_{h \to 0} \dfrac{f(x + h) - f(x)}{h}, जहाँ भी सीमा विद्यमान हो, f का अवकलज है; इसे \dfrac{d}{dx}(f(x)), या y = f(x) हो तो \dfrac{dy}{dx} या y' भी लिखते हैं। इसे निकालना अवकलन कहलाता है।Derivative (Class XI se yaad kijiye)Maan lijiye f ek real function hai aur c uske domain ka ek point hai. c par f ka derivative f'(c) = \lim_{h \to 0} \frac{f(c + h) - f(c)}{h} se defined hai, bas ye limit exist kare. Function f'(x) = \lim_{h \to 0} \dfrac{f(x + h) - f(x)}{h}, jahan bhi limit exist kare, f ka derivative hai; ise \dfrac{d}{dx}(f(x)), ya y = f(x) ho to \dfrac{dy}{dx} ya y' bhi likhte hain. Ise nikaalna differentiation kehlata hai.

Algebra of derivatives: (1) (u \pm v)' = u' \pm v' (2) (uv)' = u'v + uv' (Leibnitz or product rule) (3) \left(\dfrac{u}{v}\right)' = \dfrac{u'v - uv'}{v^2}, wherever v \ne 0 (quotient rule). Table 5.3: \dfrac{d}{dx}x^n = nx^{n-1}, \dfrac{d}{dx}\sin x = \cos x, \dfrac{d}{dx}\cos x = -\sin x, \dfrac{d}{dx}\tan x = \sec^2 x.अवकलजों का बीजगणित: (1) (u \pm v)' = u' \pm v' (2) (uv)' = u'v + uv' (लाइबनिट्ज़ या गुणनफल नियम) (3) \left(\dfrac{u}{v}\right)' = \dfrac{u'v - uv'}{v^2}, जहाँ v \ne 0 (भागफल नियम)। सारणी 5.3: \dfrac{d}{dx}x^n = nx^{n-1}, \dfrac{d}{dx}\sin x = \cos x, \dfrac{d}{dx}\cos x = -\sin x, \dfrac{d}{dx}\tan x = \sec^2 x।Derivatives ka algebra: (1) (u \pm v)' = u' \pm v' (2) (uv)' = u'v + uv' (Leibnitz ya product rule) (3) \left(\dfrac{u}{v}\right)' = \dfrac{u'v - uv'}{v^2}, jahan v \ne 0 (quotient rule). Table 5.3: \dfrac{d}{dx}x^n = nx^{n-1}, \dfrac{d}{dx}\sin x = \cos x, \dfrac{d}{dx}\cos x = -\sin x, \dfrac{d}{dx}\tan x = \sec^2 x.

📘 Definition (NCERT)📘 परिभाषा (NCERT)📘 Definition (NCERT)DifferentiabilityIf \lim_{h \to 0} \dfrac{f(c + h) - f(c)}{h} does not exist, we say that f is not differentiable at c. In other words, f is differentiable at a point c in its domain if both \lim_{h \to 0^-} \dfrac{f(c + h) - f(c)}{h} and \lim_{h \to 0^+} \dfrac{f(c + h) - f(c)}{h} are finite and equal. f is differentiable in [a, b] if it is differentiable at every point of [a, b] (at a and b we take the right hand and left hand derivative respectively), and in (a, b) if differentiable at every point of (a, b).अवकलनीयतायदि \lim_{h \to 0} \dfrac{f(c + h) - f(c)}{h} विद्यमान नहीं है, तो f, c पर अवकलनीय नहीं है। दूसरे शब्दों में, f अपने प्रांत के बिंदु c पर अवकलनीय है यदि \lim_{h \to 0^-} \dfrac{f(c + h) - f(c)}{h} और \lim_{h \to 0^+} \dfrac{f(c + h) - f(c)}{h} दोनों परिमित और बराबर हैं। f, [a, b] में अवकलनीय है यदि वह [a, b] के हर बिंदु पर अवकलनीय है (a पर दायाँ और b पर बायाँ अवकलज लेते हैं), और (a, b) में यदि (a, b) के हर बिंदु पर अवकलनीय है।DifferentiabilityAgar \lim_{h \to 0} \dfrac{f(c + h) - f(c)}{h} exist nahi karti, to f, c par differentiable nahi hai. Doosre shabdon mein, f apne domain ke point c par differentiable hai agar \lim_{h \to 0^-} \dfrac{f(c + h) - f(c)}{h} aur \lim_{h \to 0^+} \dfrac{f(c + h) - f(c)}{h} dono finite aur barabar hain. f, [a, b] mein differentiable hai agar wo [a, b] ke har point par differentiable hai (a par right aur b par left derivative lete hain), aur (a, b) mein agar (a, b) ke har point par differentiable hai.
📐 Theorem📐 प्रमेय📐 TheoremTheorem 3If a function f is differentiable at a point c, then it is also continuous at that point.प्रमेय 3यदि फलन f किसी बिंदु c पर अवकलनीय है, तो वह उस बिंदु पर संतत भी है।Theorem 3Agar function f kisi point c par differentiable hai, to wo us point par continuous bhi hai.
Proof of Theorem 3Show that differentiability at c implies continuity at c.प्रमेय 3 की उपपत्तिदर्शाइए कि c पर अवकलनीयता से c पर सांतत्य मिलता है।Theorem 3 ka proofDikhaiye ki c par differentiability se c par continuity milti hai.
Solution — step by step (3)हल — चरण दर चरण (3)Hal — step by step (3)
  1. Given: f is differentiable at c.दिया है: f, c पर अवकलनीय है।Diya hai: f, c par differentiable hai.
    \lim_{x \to c} \dfrac{f(x) - f(c)}{x - c} = f'(c)
  2. Multiply and divide by x - c.x - c से गुणा और भाग।x - c se multiply aur divide.
    f(x) - f(c) = \dfrac{f(x) - f(c)}{x - c} \cdot (x - c),\quad x \ne c
  3. Limit of a product = product of limits.गुणनफल की सीमा = सीमाओं का गुणनफल।Product ki limit = limits ka product.
    \lim_{x \to c} [f(x) - f(c)] = \lim_{x \to c} \dfrac{f(x) - f(c)}{x - c} \cdot \lim_{x \to c} (x - c) = f'(c) \cdot 0 = 0

✔ \lim_{x \to c} f(x) = f(c), so f is continuous at c. Corollary 1: every differentiable function is continuous.\lim_{x \to c} f(x) = f(c), अतः f, c पर संतत है। उपप्रमेय 1: प्रत्येक अवकलनीय फलन संतत होता है।\lim_{x \to c} f(x) = f(c), isliye f, c par continuous hai. Corollary 1: har differentiable function continuous hota hai.

The converse is NOT true. f(x) = |x| is continuous (Example 7), but at 0: left hand limit \lim_{h \to 0^-} \dfrac{f(0 + h) - f(0)}{h} = \dfrac{-h}{h} = -1 and right hand limit \lim_{h \to 0^+} \dfrac{f(0 + h) - f(0)}{h} = \dfrac{h}{h} = 1. They are not equal, so f'(0) does not exist: |x| is not differentiable at 0, hence not a differentiable function. On the graph you see a sharp corner at 0.इसका विलोम सत्य नहीं है। f(x) = |x| संतत है (उदाहरण 7), पर 0 पर: बाएँ पक्ष की सीमा \lim_{h \to 0^-} \dfrac{f(0 + h) - f(0)}{h} = \dfrac{-h}{h} = -1 और दाएँ पक्ष की सीमा \lim_{h \to 0^+} \dfrac{f(0 + h) - f(0)}{h} = \dfrac{h}{h} = 1। ये बराबर नहीं, अतः f'(0) विद्यमान नहीं: |x|, 0 पर अवकलनीय नहीं है, इसलिए अवकलनीय फलन नहीं है। ग्राफ़ पर 0 पर नुकीला कोना दिखता है।Iska converse sach nahi hai. f(x) = |x| continuous hai (Example 7), par 0 par: left hand limit \lim_{h \to 0^-} \dfrac{f(0 + h) - f(0)}{h} = \dfrac{-h}{h} = -1 aur right hand limit \lim_{h \to 0^+} \dfrac{f(0 + h) - f(0)}{h} = \dfrac{h}{h} = 1. Ye barabar nahi, isliye f'(0) exist nahi karta: |x|, 0 par differentiable nahi hai, isliye differentiable function nahi hai. Graph par 0 par nukila kona dikhta hai.

f(x) = |x|: continuous at 0 but not differentiable theref(x) = |x|: 0 पर संतत पर अवकलनीय नहींf(x) = |x|: 0 par continuous par differentiable nahiNCERT Section 5.3 · 6 tappable partsOpen
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⚠️ Mistakes that cost marks⚠️ ग़लतियाँ जिनसे अंक कटते हैं⚠️ Galtiyan jinse marks katte hain(1) Continuous does NOT mean differentiable (|x| at 0). But differentiable always means continuous — so if a function is not continuous at c, it cannot be differentiable at c. (2) Differentiable needs both one-sided derivatives finite and equal. (3) At a jump (like [x] at an integer) the function is not even continuous, so not differentiable.(1) संतत का अर्थ अवकलनीय नहीं (0 पर |x|)। पर अवकलनीय का अर्थ हमेशा संतत — इसलिए जो फलन c पर संतत नहीं, वह c पर अवकलनीय नहीं हो सकता। (2) अवकलनीयता के लिए दोनों एकपक्षीय अवकलज परिमित और बराबर चाहिए। (3) छलाँग पर (जैसे पूर्णांक पर [x]) फलन संतत ही नहीं, इसलिए अवकलनीय नहीं।(1) Continuous ka matlab differentiable nahi (0 par |x|). Par differentiable ka matlab hamesha continuous — isliye jo function c par continuous nahi, wo c par differentiable nahi ho sakta. (2) Differentiable ke liye dono one-sided derivatives finite aur barabar chahiye. (3) Jump par (jaise integer par [x]) function continuous hi nahi, isliye differentiable nahi.

5.3.1Derivatives of composite functionsसंयुक्त फलनों के अवकलजComposite functions ke derivatives

Take f(x) = (2x + 1)^3. Expanding: \dfrac{d}{dx}(8x^3 + 12x^2 + 6x + 1) = 24x^2 + 24x + 6 = 6(2x + 1)^2. Now see it as a box inside a box: inner t = g(x) = 2x + 1, outer h(t) = t^3. Then \dfrac{dh}{dt} \cdot \dfrac{dt}{dx} = 3t^2 \cdot 2 = 3(2x + 1)^2 \cdot 2 = 6(2x + 1)^2 — the same answer, without expanding. This saves huge work for, say, (2x + 1)^{100}.f(x) = (2x + 1)^3 लीजिए। प्रसार करके: \dfrac{d}{dx}(8x^3 + 12x^2 + 6x + 1) = 24x^2 + 24x + 6 = 6(2x + 1)^2। अब इसे डिब्बे के अंदर डिब्बे की तरह देखिए: भीतर t = g(x) = 2x + 1, बाहर h(t) = t^3। तब \dfrac{dh}{dt} \cdot \dfrac{dt}{dx} = 3t^2 \cdot 2 = 6(2x + 1)^2 — वही उत्तर, बिना प्रसार के। (2x + 1)^{100} जैसे फलन के लिए यह बहुत मेहनत बचाता है।f(x) = (2x + 1)^3 lijiye. Expand karke: \dfrac{d}{dx}(8x^3 + 12x^2 + 6x + 1) = 24x^2 + 24x + 6 = 6(2x + 1)^2. Ab ise dabbe ke andar dabba ki tarah dekhiye: andar t = g(x) = 2x + 1, bahar h(t) = t^3. Tab \dfrac{dh}{dt} \cdot \dfrac{dt}{dx} = 3t^2 \cdot 2 = 6(2x + 1)^2 — wahi answer, bina expand kiye. (2x + 1)^{100} jaise function ke liye ye bahut mehnat bachata hai.

Chain rule: a box inside a boxश्रृंखला नियम: डिब्बे के अंदर डिब्बाChain rule: dabbe ke andar dabbaNCERT Theorem 4 · 7 tappable partsOpen
📐 Theorem📐 प्रमेय📐 TheoremTheorem 4 (Chain Rule)Let f be a real valued function which is a composite of two functions u and v; i.e., f = v \circ u. Suppose t = u(x) and if both \dfrac{dt}{dx} and \dfrac{dv}{dt} exist, we have \frac{df}{dx} = \frac{dv}{dt} \cdot \frac{dt}{dx} For three functions, f = (w \circ u) \circ v with t = v(x), s = u(t): \dfrac{df}{dx} = \dfrac{dw}{ds} \cdot \dfrac{ds}{dt} \cdot \dfrac{dt}{dx} (provided all the derivatives exist).प्रमेय 4 (श्रृंखला नियम)मान लीजिए f एक वास्तविक मान फलन है जो दो फलनों u और v का संयोजन है, अर्थात् f = v \circ u। मान लीजिए t = u(x) और यदि \dfrac{dt}{dx} तथा \dfrac{dv}{dt} दोनों का अस्तित्व है, तो \frac{df}{dx} = \frac{dv}{dt} \cdot \frac{dt}{dx} तीन फलनों के लिए, f = (w \circ u) \circ v, t = v(x), s = u(t): \dfrac{df}{dx} = \dfrac{dw}{ds} \cdot \dfrac{ds}{dt} \cdot \dfrac{dt}{dx} (यदि सभी अवकलज विद्यमान हों)।Theorem 4 (Chain Rule)Maan lijiye f ek real valued function hai jo do functions u aur v ka composite hai, yaani f = v \circ u. Maan lijiye t = u(x) aur agar \dfrac{dt}{dx} aur \dfrac{dv}{dt} dono exist karte hain, to \frac{df}{dx} = \frac{dv}{dt} \cdot \frac{dt}{dx} Teen functions ke liye, f = (w \circ u) \circ v, t = v(x), s = u(t): \dfrac{df}{dx} = \dfrac{dw}{ds} \cdot \dfrac{ds}{dt} \cdot \dfrac{dt}{dx} (agar saare derivatives exist karein).
Example 21Find the derivative of the function given by f(x) = \sin(x^2).उदाहरण 21f(x) = \sin(x^2) द्वारा प्रदत्त फलन का अवकलज ज्ञात कीजिए।Example 21f(x) = \sin(x^2) wale function ka derivative nikaaliye.
Solution — step by step (3)हल — चरण दर चरण (3)Hal — step by step (3)
  1. Inner box x^2, outer box sin.भीतरी डिब्बा x^2, बाहरी डिब्बा sin।Andar ka dabba x^2, bahar ka dabba sin.
    t = u(x) = x^2,\ v(t) = \sin t,\ f = v \circ u
  2. Both derivatives exist.दोनों अवकलज विद्यमान हैं।Dono derivatives exist karte hain.
    \dfrac{dv}{dt} = \cos t,\quad \dfrac{dt}{dx} = 2x
  3. Chain rule.श्रृंखला नियम।Chain rule.
    \dfrac{df}{dx} = \cos t \cdot 2x

✔ \dfrac{df}{dx} = 2x \cos x^2 (final answer written in terms of x).\dfrac{df}{dx} = 2x \cos x^2 (अंतिम उत्तर x के पदों में)।\dfrac{df}{dx} = 2x \cos x^2 (final answer x mein likhiye).

🏆 Topper box🏆 टॉपर बॉक्स🏆 Topper boxPeel the onion: differentiate the outermost function first (keeping the inside untouched), then multiply by the derivative of the next layer inside, and so on. \dfrac{d}{dx}\sin^3(5x) = 3\sin^2(5x) \cdot \cos(5x) \cdot 5 = 15\sin^2(5x)\cos(5x) — three layers, three factors.प्याज़ की परतें छीलिए: पहले सबसे बाहरी फलन का अवकलज लीजिए (भीतर का भाग वैसा ही रखते हुए), फिर अगली भीतरी परत के अवकलज से गुणा कीजिए, और इसी तरह आगे। \dfrac{d}{dx}\sin^3(5x) = 3\sin^2(5x) \cdot \cos(5x) \cdot 5 = 15\sin^2(5x)\cos(5x) — तीन परतें, तीन गुणनखंड।Pyaaz ki parten chheeliye: pehle sabse bahar wale function ka derivative lijiye (andar ka hissa waisa hi rakhkar), phir agli andar ki parat ke derivative se multiply kijiye, aur aise hi aage. \dfrac{d}{dx}\sin^3(5x) = 3\sin^2(5x) \cdot \cos(5x) \cdot 5 = 15\sin^2(5x)\cos(5x) — teen parten, teen factors.
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(Exercise 5.2, Q1) Differentiate \sin(x^2 + 5) w.r.t. x.(प्रश्नावली 5.2, प्र. 1) \sin(x^2 + 5) का x के सापेक्ष अवकलन कीजिए।(Exercise 5.2, Q1) \sin(x^2 + 5) ko x ke respect mein differentiate kijiye.

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2x \cos(x^2 + 5)2x \cos(x^2 + 5)2x \cos(x^2 + 5)

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(Exercise 5.2, Q2) Differentiate \cos(\sin x) w.r.t. x.(प्रश्नावली 5.2, प्र. 2) \cos(\sin x) का x के सापेक्ष अवकलन कीजिए।(Exercise 5.2, Q2) \cos(\sin x) ko x ke respect mein differentiate kijiye.

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-\cos x \sin(\sin x)-\cos x \sin(\sin x)-\cos x \sin(\sin x)

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(Exercise 5.2, Q3) Differentiate \sin(ax + b) w.r.t. x.(प्रश्नावली 5.2, प्र. 3) \sin(ax + b) का x के सापेक्ष अवकलन कीजिए।(Exercise 5.2, Q3) \sin(ax + b) ko x ke respect mein differentiate kijiye.

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a \cos(ax + b)a \cos(ax + b)a \cos(ax + b)

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(Exercise 5.2, Q9) Prove that f(x) = |x - 1|, x \in \mathbf{R}, is not differentiable at x = 1.(प्रश्नावली 5.2, प्र. 9) सिद्ध कीजिए कि f(x) = |x - 1|, x \in \mathbf{R}, x = 1 पर अवकलनीय नहीं है।(Exercise 5.2, Q9) Prove kijiye ki f(x) = |x - 1|, x \in \mathbf{R}, x = 1 par differentiable nahi hai.

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At x = 1: left hand derivative = -1, right hand derivative = 1; they are unequal, so f is not differentiable at x = 1.x = 1 पर बायाँ अवकलज = -1, दायाँ अवकलज = 1; ये बराबर नहीं, अतः f, x = 1 पर अवकलनीय नहीं।x = 1 par left derivative = -1, right derivative = 1; ye barabar nahi, isliye f, x = 1 par differentiable nahi.

5.3.2Derivatives of implicit functionsअस्पष्ट फलनों के अवकलजImplicit functions ke derivatives

If a relation can easily be solved for y as y = f(x) (like x - y - \pi = 0 \Rightarrow y = x - \pi), y is an explicit function of x. If not (like x + \sin xy - y = 0), y still depends on x, and the relation gives y implicitly. To differentiate: differentiate both sides w.r.t. x, treat y as a function of x (so \dfrac{d}{dx}(y^2) = 2y\dfrac{dy}{dx} by the chain rule), then solve for \dfrac{dy}{dx}.यदि किसी संबंध को आसानी से y = f(x) के रूप में हल किया जा सके (जैसे x - y - \pi = 0 \Rightarrow y = x - \pi), तो y, x का स्पष्ट फलन है। यदि नहीं (जैसे x + \sin xy - y = 0), तब भी y, x पर निर्भर है और संबंध y को अस्पष्ट रूप से देता है। अवकलन के लिए: दोनों पक्षों का x के सापेक्ष अवकलन कीजिए, y को x का फलन मानिए (अतः श्रृंखला नियम से \dfrac{d}{dx}(y^2) = 2y\dfrac{dy}{dx}), फिर \dfrac{dy}{dx} के लिए हल कीजिए।Agar kisi relation ko aasaani se y = f(x) ki tarah solve kar sakein (jaise x - y - \pi = 0 \Rightarrow y = x - \pi), to y, x ka explicit function hai. Agar nahi (jaise x + \sin xy - y = 0), tab bhi y, x par depend karta hai aur relation y ko implicitly deta hai. Differentiate karne ke liye: dono sides ko x ke respect mein differentiate kijiye, y ko x ka function maaniye (to chain rule se \dfrac{d}{dx}(y^2) = 2y\dfrac{dy}{dx}), phir \dfrac{dy}{dx} ke liye solve kijiye.

Example 22Find \dfrac{dy}{dx} if x - y = \pi.उदाहरण 22यदि x - y = \pi हो, तो \dfrac{dy}{dx} ज्ञात कीजिए।Example 22Agar x - y = \pi ho, to \dfrac{dy}{dx} nikaaliye.
Solution — step by step (2)हल — चरण दर चरण (2)Hal — step by step (2)
  1. Way 1: solve for y first.तरीका 1: पहले y निकालिए।Tareeka 1: pehle y nikaaliye.
    y = x - \pi \Rightarrow \dfrac{dy}{dx} = 1
  2. Way 2: differentiate directly; π is a constant, so its derivative is 0.तरीका 2: सीधे अवकलन; π अचर है, इसलिए उसका अवकलज 0।Tareeka 2: seedha differentiate; π constant hai, isliye uska derivative 0.
    \dfrac{d}{dx}(x - y) = \dfrac{d\pi}{dx} \Rightarrow \dfrac{d}{dx}(x) - \dfrac{d}{dx}(y) = 0

✔ \dfrac{dy}{dx} = \dfrac{dx}{dx} = 1\dfrac{dy}{dx} = \dfrac{dx}{dx} = 1\dfrac{dy}{dx} = \dfrac{dx}{dx} = 1

Example 23Find \dfrac{dy}{dx}, if y + \sin y = \cos x.उदाहरण 23यदि y + \sin y = \cos x हो, तो \dfrac{dy}{dx} ज्ञात कीजिए।Example 23Agar y + \sin y = \cos x ho, to \dfrac{dy}{dx} nikaaliye.
Solution — step by step (3)हल — चरण दर चरण (3)Hal — step by step (3)
  1. Differentiate both sides w.r.t. x.दोनों पक्षों का x के सापेक्ष अवकलन।Dono sides ko x ke respect mein differentiate kijiye.
    \dfrac{dy}{dx} + \dfrac{d}{dx}(\sin y) = \dfrac{d}{dx}(\cos x)
  2. Chain rule: \dfrac{d}{dx}\sin y = \cos y \dfrac{dy}{dx}.श्रृंखला नियम: \dfrac{d}{dx}\sin y = \cos y \dfrac{dy}{dx}।Chain rule: \dfrac{d}{dx}\sin y = \cos y \dfrac{dy}{dx}.
    \dfrac{dy}{dx} + \cos y \cdot \dfrac{dy}{dx} = -\sin x
  3. Take \dfrac{dy}{dx} common.\dfrac{dy}{dx} उभयनिष्ठ लीजिए।\dfrac{dy}{dx} common lijiye.
    (1 + \cos y)\dfrac{dy}{dx} = -\sin x

✔ \dfrac{dy}{dx} = -\dfrac{\sin x}{1 + \cos y}, where y \ne (2n + 1)\pi\dfrac{dy}{dx} = -\dfrac{\sin x}{1 + \cos y}, जहाँ y \ne (2n + 1)\pi\dfrac{dy}{dx} = -\dfrac{\sin x}{1 + \cos y}, jahan y \ne (2n + 1)\pi

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(Exercise 5.3, Q1) Find \dfrac{dy}{dx}: 2x + 3y = \sin x(प्रश्नावली 5.3, प्र. 1) \dfrac{dy}{dx} ज्ञात कीजिए: 2x + 3y = \sin x(Exercise 5.3, Q1) \dfrac{dy}{dx} nikaaliye: 2x + 3y = \sin x

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\dfrac{\cos x - 2}{3}\dfrac{\cos x - 2}{3}\dfrac{\cos x - 2}{3}

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(Exercise 5.3, Q2) Find \dfrac{dy}{dx}: 2x + 3y = \sin y(प्रश्नावली 5.3, प्र. 2) \dfrac{dy}{dx} ज्ञात कीजिए: 2x + 3y = \sin y(Exercise 5.3, Q2) \dfrac{dy}{dx} nikaaliye: 2x + 3y = \sin y

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\dfrac{2}{\cos y - 3}\dfrac{2}{\cos y - 3}\dfrac{2}{\cos y - 3}

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(Exercise 5.3, Q5) Find \dfrac{dy}{dx}: x^2 + xy + y^2 = 100(प्रश्नावली 5.3, प्र. 5) \dfrac{dy}{dx} ज्ञात कीजिए: x^2 + xy + y^2 = 100(Exercise 5.3, Q5) \dfrac{dy}{dx} nikaaliye: x^2 + xy + y^2 = 100

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-\dfrac{2x + y}{x + 2y}-\dfrac{2x + y}{x + 2y}-\dfrac{2x + y}{x + 2y}

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(Exercise 5.3, Q8) Find \dfrac{dy}{dx}: \sin^2 x + \cos^2 y = 1(प्रश्नावली 5.3, प्र. 8) \dfrac{dy}{dx} ज्ञात कीजिए: \sin^2 x + \cos^2 y = 1(Exercise 5.3, Q8) \dfrac{dy}{dx} nikaaliye: \sin^2 x + \cos^2 y = 1

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\dfrac{\sin 2x}{\sin 2y}\dfrac{\sin 2x}{\sin 2y}\dfrac{\sin 2x}{\sin 2y}

5.3.3Derivatives of inverse trigonometric functionsप्रतिलोम त्रिकोणमितीय फलनों के अवकलजInverse trigonometric functions ke derivatives

Inverse trigonometric functions are continuous functions (we do not prove this). We find their derivatives with the chain rule: write y = \sin^{-1} x as x = \sin y and differentiate implicitly.प्रतिलोम त्रिकोणमितीय फलन संतत फलन हैं (इसे हम सिद्ध नहीं करेंगे)। इनके अवकलज श्रृंखला नियम से निकालते हैं: y = \sin^{-1} x को x = \sin y लिखकर अस्पष्ट अवकलन कीजिए।Inverse trigonometric functions continuous functions hain (iska proof nahi karenge). Inke derivatives chain rule se nikaalte hain: y = \sin^{-1} x ko x = \sin y likhkar implicit differentiation kijiye.

Example 24Find the derivative of f given by f(x) = \sin^{-1} x assuming it exists.उदाहरण 24f(x) = \sin^{-1} x द्वारा प्रदत्त f का अवकलज ज्ञात कीजिए, यह मानते हुए कि उसका अस्तित्व है।Example 24f(x) = \sin^{-1} x wale f ka derivative nikaaliye, ye maante hue ki wo exist karta hai.
Solution — step by step (4)हल — चरण दर चरण (4)Hal — step by step (4)
  1. Rewrite.पुनः लिखिए।Dobara likhiye.
    y = \sin^{-1} x \Rightarrow x = \sin y
  2. Differentiate both sides w.r.t. x; defined only for \cos y \ne 0, i.e., x \ne -1, 1.दोनों पक्षों का x के सापेक्ष अवकलन; केवल \cos y \ne 0, अर्थात् x \ne -1, 1 के लिए परिभाषित।Dono sides ko x ke respect mein differentiate kijiye; sirf \cos y \ne 0, yaani x \ne -1, 1 ke liye defined.
    1 = \cos y \dfrac{dy}{dx} \Rightarrow \dfrac{dy}{dx} = \dfrac{1}{\cos y}
  3. Since \sin(\sin^{-1} x) = x for x \in (-1, 1).क्योंकि x \in (-1, 1) के लिए \sin(\sin^{-1} x) = x।Kyunki x \in (-1, 1) ke liye \sin(\sin^{-1} x) = x.
    \cos^2 y = 1 - \sin^2 y = 1 - x^2
  4. Choose the positive square root (principal value branch).धनात्मक वर्गमूल लीजिए (मुख्य मान शाखा)।Positive square root lijiye (principal value branch).
    y \in \left(-\dfrac{\pi}{2}, \dfrac{\pi}{2}\right) \Rightarrow \cos y > 0 \Rightarrow \cos y = \sqrt{1 - x^2}

✔ \dfrac{d}{dx}\sin^{-1} x = \dfrac{1}{\sqrt{1 - x^2}}, for x \in (-1, 1).\dfrac{d}{dx}\sin^{-1} x = \dfrac{1}{\sqrt{1 - x^2}}, x \in (-1, 1) के लिए।\dfrac{d}{dx}\sin^{-1} x = \dfrac{1}{\sqrt{1 - x^2}}, x \in (-1, 1) ke liye.

NCERT table. \dfrac{d}{dx}\sin^{-1} x = \dfrac{1}{\sqrt{1 - x^2}}, domain (-1, 1) · \dfrac{d}{dx}\cos^{-1} x = \dfrac{-1}{\sqrt{1 - x^2}}, domain (-1, 1) · \dfrac{d}{dx}\tan^{-1} x = \dfrac{1}{1 + x^2}, domain \mathbf{R}.NCERT सारणी। \dfrac{d}{dx}\sin^{-1} x = \dfrac{1}{\sqrt{1 - x^2}}, प्रांत (-1, 1) · \dfrac{d}{dx}\cos^{-1} x = \dfrac{-1}{\sqrt{1 - x^2}}, प्रांत (-1, 1) · \dfrac{d}{dx}\tan^{-1} x = \dfrac{1}{1 + x^2}, प्रांत \mathbf{R}।NCERT table. \dfrac{d}{dx}\sin^{-1} x = \dfrac{1}{\sqrt{1 - x^2}}, domain (-1, 1) · \dfrac{d}{dx}\cos^{-1} x = \dfrac{-1}{\sqrt{1 - x^2}}, domain (-1, 1) · \dfrac{d}{dx}\tan^{-1} x = \dfrac{1}{1 + x^2}, domain \mathbf{R}.
🏆 Topper box🏆 टॉपर बॉक्स🏆 Topper boxSmart substitution: for y = \sin^{-1}\left(\dfrac{2x}{1 + x^2}\right) put x = \tan\theta; then \dfrac{2x}{1 + x^2} = \sin 2\theta. On the right range of x this makes y = 2\tan^{-1} x, so \dfrac{dy}{dx} = \dfrac{2}{1 + x^2} in one line (Exercise 5.3, Q9). Always check that 2\theta stays in the principal value range.चतुर प्रतिस्थापन: y = \sin^{-1}\left(\dfrac{2x}{1 + x^2}\right) में x = \tan\theta रखिए; तब \dfrac{2x}{1 + x^2} = \sin 2\theta। x के सही परिसर में इससे y = 2\tan^{-1} x, अतः एक पंक्ति में \dfrac{dy}{dx} = \dfrac{2}{1 + x^2} (प्रश्नावली 5.3, प्र. 9)। हमेशा जाँचिए कि 2\theta मुख्य मान परिसर में रहे।Smart substitution: y = \sin^{-1}\left(\dfrac{2x}{1 + x^2}\right) mein x = \tan\theta rakhiye; tab \dfrac{2x}{1 + x^2} = \sin 2\theta. x ki sahi range mein isse y = 2\tan^{-1} x, to ek line mein \dfrac{dy}{dx} = \dfrac{2}{1 + x^2} (Exercise 5.3, Q9). Hamesha check kijiye ki 2\theta principal value range mein rahe.
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(Exercise 5.3, Q10) Find \dfrac{dy}{dx}: y = \tan^{-1}\left(\dfrac{3x - x^3}{1 - 3x^2}\right),\ -\dfrac{1}{\sqrt{3}} < x < \dfrac{1}{\sqrt{3}}(प्रश्नावली 5.3, प्र. 10) \dfrac{dy}{dx} ज्ञात कीजिए: y = \tan^{-1}\left(\dfrac{3x - x^3}{1 - 3x^2}\right),\ -\dfrac{1}{\sqrt{3}} < x < \dfrac{1}{\sqrt{3}}(Exercise 5.3, Q10) \dfrac{dy}{dx} nikaaliye: y = \tan^{-1}\left(\dfrac{3x - x^3}{1 - 3x^2}\right),\ -\dfrac{1}{\sqrt{3}} < x < \dfrac{1}{\sqrt{3}}

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\dfrac{3}{1 + x^2}\dfrac{3}{1 + x^2}\dfrac{3}{1 + x^2}

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(Exercise 5.3, Q13) Find \dfrac{dy}{dx}: y = \cos^{-1}\left(\dfrac{2x}{1 + x^2}\right),\ -1 < x < 1(प्रश्नावली 5.3, प्र. 13) \dfrac{dy}{dx} ज्ञात कीजिए: y = \cos^{-1}\left(\dfrac{2x}{1 + x^2}\right),\ -1 < x < 1(Exercise 5.3, Q13) \dfrac{dy}{dx} nikaaliye: y = \cos^{-1}\left(\dfrac{2x}{1 + x^2}\right),\ -1 < x < 1

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\dfrac{-2}{1 + x^2}\dfrac{-2}{1 + x^2}\dfrac{-2}{1 + x^2}

5.4Exponential and Logarithmic Functionsचरघातांकी तथा लघुगणकीय फलनExponential aur Logarithmic Functions

🌱 Start here🌱 यहाँ से शुरू कीजिए🌱 Yahan se shuru kijiyeCompare x^2 and 2^x. In x^2 the power is fixed and x is the base; in 2^x the base is fixed and x is the power — that is an exponential function. It grows faster than any polynomial. The logarithm is its reverse: \log_2 8 = 3 simply because 2^3 = 8. In this chapter \log x always means the natural log, base e \approx 2.718.x^2 और 2^x की तुलना कीजिए। x^2 में घात नियत है और x आधार है; 2^x में आधार नियत है और x घात है — यही चरघातांकी फलन है। यह किसी भी बहुपद से तेज़ बढ़ता है। लघुगणक इसका उलटा है: \log_2 8 = 3 क्योंकि 2^3 = 8। इस अध्याय में \log x का अर्थ हमेशा प्राकृतिक लघुगणक है, आधार e \approx 2.718।x^2 aur 2^x ki tulna kijiye. x^2 mein power fixed hai aur x base hai; 2^x mein base fixed hai aur x power hai — yahi exponential function hai. Ye kisi bhi polynomial se tez badhta hai. Logarithm iska ulta hai: \log_2 8 = 3 kyunki 2^3 = 8. Is chapter mein \log x ka matlab hamesha natural log hai, base e \approx 2.718.

Growth. The graphs of x, x^2, x^3, x^4 (Fig 5.9) get steeper as the power grows: from x = 1 to x = 2, x^{10} goes from 1 to 2^{10} while x^{15} goes from 1 to 2^{15}. But y = 10^x grows faster than any x^n: at x = 10^3, x^{100} = 10^{300} while 10^x = 10^{1000}.वृद्धि। x, x^2, x^3, x^4 के ग्राफ़ (आकृति 5.9) घात बढ़ने पर अधिक खड़े होते जाते हैं: x = 1 से x = 2 तक x^{10}, 1 से 2^{10} तक जाता है जबकि x^{15}, 1 से 2^{15} तक। पर y = 10^x किसी भी x^n से तेज़ बढ़ता है: x = 10^3 पर x^{100} = 10^{300} जबकि 10^x = 10^{1000}।Growth. x, x^2, x^3, x^4 ke graph (Fig 5.9) power badhne par zyada khade hote jaate hain: x = 1 se x = 2 tak x^{10}, 1 se 2^{10} tak jaata hai jabki x^{15}, 1 se 2^{15} tak. Par y = 10^x kisi bhi x^n se tez badhta hai: x = 10^3 par x^{100} = 10^{300} jabki 10^x = 10^{1000}.

📘 Definition (NCERT)📘 परिभाषा (NCERT)📘 Definition (NCERT)Definition 3The exponential function with positive base b > 1 is the function y = f(x) = b^x.परिभाषा 3धनात्मक आधार b > 1 वाला चरघातांकी फलन y = f(x) = b^x है।Definition 3Positive base b > 1 wala exponential function y = f(x) = b^x hai.
Features of y = b^x, b > 1: (1) domain is \mathbf{R}; (2) range is all positive real numbers; (3) the point (0, 1) is always on the graph (b^0 = 1); (4) it is ever increasing; (5) for very large negative x it is very close to 0 — in the second quadrant the graph approaches the x-axis but never meets it. Base 10 gives the common exponential function; base e (the sum of 1 + \dfrac{1}{1!} + \dfrac{1}{2!} + \ldots, a number between 2 and 3) gives the natural exponential function y = e^x.y = b^x, b > 1 की विशेषताएँ: (1) प्रांत \mathbf{R}; (2) परिसर सभी धनात्मक वास्तविक संख्याएँ; (3) बिंदु (0, 1) हमेशा ग्राफ़ पर (b^0 = 1); (4) यह सदैव वर्धमान है; (5) बहुत बड़े ऋणात्मक x के लिए यह 0 के बहुत पास है — दूसरे चतुर्थांश में ग्राफ़ x-अक्ष के पास जाता है पर उसे कभी नहीं मिलता। आधार 10 से साधारण चरघातांकी फलन; आधार e (1 + \dfrac{1}{1!} + \dfrac{1}{2!} + \ldots का योग, 2 और 3 के बीच की संख्या) से प्राकृतिक चरघातांकी फलन y = e^x।y = b^x, b > 1 ki khaasiyat: (1) domain \mathbf{R}; (2) range saare positive real numbers; (3) point (0, 1) hamesha graph par (b^0 = 1); (4) ye hamesha increasing hai; (5) bahut bade negative x ke liye ye 0 ke bahut paas hai — second quadrant mein graph x-axis ke paas jaata hai par use kabhi nahi milta. Base 10 se common exponential function; base e (1 + \dfrac{1}{1!} + \dfrac{1}{2!} + \ldots ka sum, 2 aur 3 ke beech ka number) se natural exponential function y = e^x.
📘 Definition (NCERT)📘 परिभाषा (NCERT)📘 Definition (NCERT)Definition 4Let b > 1 be a real number. Then we say logarithm of a to base b is x if b^x = a; it is written \log_b a = x. E.g., 2^3 = 8 \iff \log_2 8 = 3; 10^4 = 10000 \iff \log_{10} 10000 = 4; 625 = 5^4 = 25^2 \iff \log_5 625 = 4,\ \log_{25} 625 = 2.परिभाषा 4मान लीजिए b > 1 एक वास्तविक संख्या है। तब हम कहते हैं कि a का आधार b पर लघुगणक x है यदि b^x = a; इसे \log_b a = x लिखते हैं। जैसे 2^3 = 8 \iff \log_2 8 = 3; 10^4 = 10000 \iff \log_{10} 10000 = 4; 625 = 5^4 = 25^2 \iff \log_5 625 = 4,\ \log_{25} 625 = 2।Definition 4Maan lijiye b > 1 ek real number hai. Tab kehte hain ki a ka base b par logarithm x hai agar b^x = a; ise \log_b a = x likhte hain. Jaise 2^3 = 8 \iff \log_2 8 = 3; 10^4 = 10000 \iff \log_{10} 10000 = 4; 625 = 5^4 = 25^2 \iff \log_5 625 = 4,\ \log_{25} 625 = 2.
The log function \log_b : \mathbf{R}^+ \to \mathbf{R}, x \mapsto \log_b x = y if b^y = x. Base 10: common logarithm; base e: natural logarithm (ln). In this chapter \log x means \log_e x. Features (any b > 1): (1) domain is \mathbf{R}^+ (no log of non-positive numbers); (2) range is all real numbers; (3) (1, 0) is always on the graph; (4) ever increasing; (5) near x = 0 it goes below any given number — in the fourth quadrant the graph approaches the y-axis but never meets it; (6) y = e^x and y = \log x are mirror images in the line y = x (Fig 5.11).लघुगणकीय फलन \log_b : \mathbf{R}^+ \to \mathbf{R}, x \mapsto \log_b x = y यदि b^y = x। आधार 10: साधारण लघुगणक; आधार e: प्राकृतिक लघुगणक (ln)। इस अध्याय में \log x का अर्थ \log_e x है। विशेषताएँ (कोई भी b > 1): (1) प्रांत \mathbf{R}^+ (अधनात्मक संख्याओं का लघुगणक नहीं); (2) परिसर सभी वास्तविक संख्याएँ; (3) (1, 0) हमेशा ग्राफ़ पर; (4) सदैव वर्धमान; (5) x = 0 के पास यह किसी भी दी गई संख्या से कम हो जाता है — चौथे चतुर्थांश में ग्राफ़ y-अक्ष के पास जाता है पर उसे कभी नहीं मिलता; (6) y = e^x और y = \log x, रेखा y = x में एक-दूसरे के दर्पण प्रतिबिंब हैं (आकृति 5.11)।Log function \log_b : \mathbf{R}^+ \to \mathbf{R}, x \mapsto \log_b x = y agar b^y = x. Base 10: common logarithm; base e: natural logarithm (ln). Is chapter mein \log x ka matlab \log_e x hai. Khaasiyat (koi bhi b > 1): (1) domain \mathbf{R}^+ (non-positive numbers ka log nahi); (2) range saare real numbers; (3) (1, 0) hamesha graph par; (4) hamesha increasing; (5) x = 0 ke paas ye kisi bhi diye number se kam ho jaata hai — fourth quadrant mein graph y-axis ke paas jaata hai par use kabhi nahi milta; (6) y = e^x aur y = \log x, line y = x mein ek-doosre ki mirror image hain (Fig 5.11).
y = eˣ and y = log x: mirror images in y = xy = eˣ और y = log x: y = x में दर्पण प्रतिबिंबy = eˣ aur y = log x: y = x mein mirror imageNCERT Fig 5.11 · 8 tappable partsOpen

Two properties. (1) Change of base: let \log_a p = \alpha, \log_b p = \beta, \log_b a = \gamma, i.e., a^\alpha = p, b^\beta = p, b^\gamma = a. Then (b^\gamma)^\alpha = b^{\gamma\alpha} = p = b^\beta, so \beta = \alpha\gamma, giving \log_a p = \dfrac{\log_b p}{\log_b a}. (2) Product: if \log_b pq = \alpha, \log_b p = \beta, \log_b q = \gamma, then b^\alpha = pq = b^\beta b^\gamma = b^{\beta + \gamma}, so \log_b pq = \log_b p + \log_b q. Consequences: \log_b p^n = n \log_b p (true for any real n) and \log_b \dfrac{x}{y} = \log_b x - \log_b y.दो गुणधर्म। (1) आधार परिवर्तन: मान लीजिए \log_a p = \alpha, \log_b p = \beta, \log_b a = \gamma, अर्थात् a^\alpha = p, b^\beta = p, b^\gamma = a। तब (b^\gamma)^\alpha = b^{\gamma\alpha} = p = b^\beta, अतः \beta = \alpha\gamma, जिससे \log_a p = \dfrac{\log_b p}{\log_b a}। (2) गुणनफल: यदि \log_b pq = \alpha, \log_b p = \beta, \log_b q = \gamma, तो b^\alpha = pq = b^\beta b^\gamma = b^{\beta + \gamma}, अतः \log_b pq = \log_b p + \log_b q। परिणाम: \log_b p^n = n \log_b p (किसी भी वास्तविक n के लिए) और \log_b \dfrac{x}{y} = \log_b x - \log_b y।Do properties. (1) Change of base: maan lijiye \log_a p = \alpha, \log_b p = \beta, \log_b a = \gamma, yaani a^\alpha = p, b^\beta = p, b^\gamma = a. Tab (b^\gamma)^\alpha = b^{\gamma\alpha} = p = b^\beta, to \beta = \alpha\gamma, jisse \log_a p = \dfrac{\log_b p}{\log_b a}. (2) Product: agar \log_b pq = \alpha, \log_b p = \beta, \log_b q = \gamma, to b^\alpha = pq = b^\beta b^\gamma = b^{\beta + \gamma}, isliye \log_b pq = \log_b p + \log_b q. Nateeje: \log_b p^n = n \log_b p (kisi bhi real n ke liye) aur \log_b \dfrac{x}{y} = \log_b x - \log_b y.

Example 25Is it true that x = e^{\log x} for all real x?उदाहरण 25क्या सभी वास्तविक x के लिए x = e^{\log x} सत्य है?Example 25Kya saare real x ke liye x = e^{\log x} sach hai?
Solution — step by step (3)हल — चरण दर चरण (3)Hal — step by step (3)
  1. For x \le 0, \log x is not defined, so the equation is not true there.x \le 0 के लिए \log x परिभाषित नहीं, इसलिए वहाँ समीकरण सत्य नहीं।x \le 0 ke liye \log x defined nahi, isliye wahan equation sach nahi.
    \text{Domain of } \log = \mathbf{R}^+
  2. For x > 0, take log of both sides (\log e = 1).x > 0 के लिए दोनों पक्षों का लघुगणक लीजिए (\log e = 1)।x > 0 ke liye dono sides ka log lijiye (\log e = 1).
    y = e^{\log x} > 0 \Rightarrow \log y = \log(e^{\log x}) = \log x \cdot \log e = \log x
  3. log is one-one (ever increasing).log एकैकी है (सदैव वर्धमान)।log one-one hai (hamesha increasing).
    \log y = \log x \Rightarrow y = x

✔ No. x = e^{\log x} is true only for positive values of x.नहीं। x = e^{\log x} केवल x के धनात्मक मानों के लिए सत्य है।Nahi. x = e^{\log x} sirf x ki positive values ke liye sach hai.

📐 Theorem📐 प्रमेय📐 TheoremTheorem 5(1) The derivative of e^x w.r.t. x is e^x; i.e., \dfrac{d}{dx}(e^x) = e^x. (2) The derivative of \log x w.r.t. x is \dfrac{1}{x}; i.e., \dfrac{d}{dx}(\log x) = \dfrac{1}{x}.प्रमेय 5(1) x के सापेक्ष e^x का अवकलज e^x है, अर्थात् \dfrac{d}{dx}(e^x) = e^x। (2) x के सापेक्ष \log x का अवकलज \dfrac{1}{x} है, अर्थात् \dfrac{d}{dx}(\log x) = \dfrac{1}{x}।Theorem 5(1) x ke respect mein e^x ka derivative e^x hai, yaani \dfrac{d}{dx}(e^x) = e^x. (2) x ke respect mein \log x ka derivative \dfrac{1}{x} hai, yaani \dfrac{d}{dx}(\log x) = \dfrac{1}{x}.
e^x does not change when differentiated: \dfrac{d}{dx}e^x = e^x. So its slope at any point equals its height.e^x अवकलन से बदलता नहीं: \dfrac{d}{dx}e^x = e^x। इसलिए किसी भी बिंदु पर इसकी ढाल उसकी ऊँचाई के बराबर है।e^x differentiate karne par badalta nahi: \dfrac{d}{dx}e^x = e^x. Isliye kisi bhi point par iska slope uski height ke barabar hai.
Example 26Differentiate the following w.r.t. x: (i) e^{-x} (ii) \sin(\log x),\ x > 0 (iii) \cos^{-1}(e^x) (iv) e^{\cos x}उदाहरण 26निम्नलिखित का x के सापेक्ष अवकलन कीजिए: (i) e^{-x} (ii) \sin(\log x),\ x > 0 (iii) \cos^{-1}(e^x) (iv) e^{\cos x}Example 26In sabko x ke respect mein differentiate kijiye: (i) e^{-x} (ii) \sin(\log x),\ x > 0 (iii) \cos^{-1}(e^x) (iv) e^{\cos x}
Solution — step by step (4)हल — चरण दर चरण (4)Hal — step by step (4)
  1. Chain rule: outer e^t, inner -x.श्रृंखला नियम: बाहर e^t, भीतर -x।Chain rule: bahar e^t, andar -x.
    \text{(i)}\ \dfrac{d}{dx}e^{-x} = e^{-x} \cdot \dfrac{d}{dx}(-x) = -e^{-x}
  2. Outer sin, inner log x.बाहर sin, भीतर log x।Bahar sin, andar log x.
    \text{(ii)}\ \dfrac{d}{dx}\sin(\log x) = \cos(\log x) \cdot \dfrac{1}{x} = \dfrac{\cos(\log x)}{x}
  3. Outer \cos^{-1}, inner e^x.बाहर \cos^{-1}, भीतर e^x।Bahar \cos^{-1}, andar e^x.
    \text{(iii)}\ \dfrac{d}{dx}\cos^{-1}(e^x) = \dfrac{-1}{\sqrt{1 - (e^x)^2}} \cdot e^x = \dfrac{-e^x}{\sqrt{1 - e^{2x}}}
  4. Outer e^t, inner cos x.बाहर e^t, भीतर cos x।Bahar e^t, andar cos x.
    \text{(iv)}\ \dfrac{d}{dx}e^{\cos x} = e^{\cos x} \cdot (-\sin x)

✔ (i) -e^{-x} (ii) \dfrac{\cos(\log x)}{x} (iii) \dfrac{-e^x}{\sqrt{1 - e^{2x}}} (iv) -(\sin x)\, e^{\cos x}(i) -e^{-x} (ii) \dfrac{\cos(\log x)}{x} (iii) \dfrac{-e^x}{\sqrt{1 - e^{2x}}} (iv) -(\sin x)\, e^{\cos x}(i) -e^{-x} (ii) \dfrac{\cos(\log x)}{x} (iii) \dfrac{-e^x}{\sqrt{1 - e^{2x}}} (iv) -(\sin x)\, e^{\cos x}

⚠️ Mistakes that cost marks⚠️ ग़लतियाँ जिनसे अंक कटते हैं⚠️ Galtiyan jinse marks katte hain(1) \dfrac{d}{dx}e^{3x} = 3e^{3x}, not e^{3x} — the chain rule still applies. (2) \log(a + b) \ne \log a + \log b; only \log(ab) = \log a + \log b. (3) \log x needs x > 0: always state the condition. (4) \dfrac{d}{dx}(e^2) = 0 — e^2 is a constant!(1) \dfrac{d}{dx}e^{3x} = 3e^{3x}, e^{3x} नहीं — श्रृंखला नियम यहाँ भी लगता है। (2) \log(a + b) \ne \log a + \log b; केवल \log(ab) = \log a + \log b। (3) \log x के लिए x > 0 चाहिए: शर्त हमेशा लिखिए। (4) \dfrac{d}{dx}(e^2) = 0 — e^2 अचर है!(1) \dfrac{d}{dx}e^{3x} = 3e^{3x}, e^{3x} nahi — chain rule yahan bhi lagta hai. (2) \log(a + b) \ne \log a + \log b; sirf \log(ab) = \log a + \log b. (3) \log x ke liye x > 0 chahiye: condition hamesha likhiye. (4) \dfrac{d}{dx}(e^2) = 0 — e^2 constant hai!
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(Exercise 5.4, Q1) Differentiate \dfrac{e^x}{\sin x} w.r.t. x.(प्रश्नावली 5.4, प्र. 1) \dfrac{e^x}{\sin x} का x के सापेक्ष अवकलन कीजिए।(Exercise 5.4, Q1) \dfrac{e^x}{\sin x} ko x ke respect mein differentiate kijiye.

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\dfrac{e^x(\sin x - \cos x)}{\sin^2 x},\ x \ne n\pi,\ n \in \mathbf{Z}\dfrac{e^x(\sin x - \cos x)}{\sin^2 x},\ x \ne n\pi,\ n \in \mathbf{Z}\dfrac{e^x(\sin x - \cos x)}{\sin^2 x},\ x \ne n\pi,\ n \in \mathbf{Z}

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(Exercise 5.4, Q2) Differentiate e^{\sin^{-1} x} w.r.t. x.(प्रश्नावली 5.4, प्र. 2) e^{\sin^{-1} x} का x के सापेक्ष अवकलन कीजिए।(Exercise 5.4, Q2) e^{\sin^{-1} x} ko x ke respect mein differentiate kijiye.

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\dfrac{e^{\sin^{-1} x}}{\sqrt{1 - x^2}},\ x \in (-1, 1)\dfrac{e^{\sin^{-1} x}}{\sqrt{1 - x^2}},\ x \in (-1, 1)\dfrac{e^{\sin^{-1} x}}{\sqrt{1 - x^2}},\ x \in (-1, 1)

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(Exercise 5.4, Q3) Differentiate e^{x^3} w.r.t. x.(प्रश्नावली 5.4, प्र. 3) e^{x^3} का x के सापेक्ष अवकलन कीजिए।(Exercise 5.4, Q3) e^{x^3} ko x ke respect mein differentiate kijiye.

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3x^2 e^{x^3}3x^2 e^{x^3}3x^2 e^{x^3}

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(Exercise 5.4, Q5) Differentiate \log(\cos e^x) w.r.t. x.(प्रश्नावली 5.4, प्र. 5) \log(\cos e^x) का x के सापेक्ष अवकलन कीजिए।(Exercise 5.4, Q5) \log(\cos e^x) ko x ke respect mein differentiate kijiye.

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-e^x \tan e^x,\ e^x \ne (2n + 1)\dfrac{\pi}{2},\ n \in \mathbf{N}-e^x \tan e^x,\ e^x \ne (2n + 1)\dfrac{\pi}{2},\ n \in \mathbf{N}-e^x \tan e^x,\ e^x \ne (2n + 1)\dfrac{\pi}{2},\ n \in \mathbf{N}

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(Exercise 5.4, Q8) Differentiate \log(\log x),\ x > 1 w.r.t. x.(प्रश्नावली 5.4, प्र. 8) \log(\log x),\ x > 1 का x के सापेक्ष अवकलन कीजिए।(Exercise 5.4, Q8) \log(\log x),\ x > 1 ko x ke respect mein differentiate kijiye.

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\dfrac{1}{x \log x},\ x > 1\dfrac{1}{x \log x},\ x > 1\dfrac{1}{x \log x},\ x > 1

5.5Logarithmic Differentiationलघुगणकीय अवकलनLogarithmic Differentiation

🌱 Start here🌱 यहाँ से शुरू कीजिए🌱 Yahan se shuru kijiyeWhen x sits in both the base and the power (like x^x or x^{\sin x}), none of the old rules work directly. The trick: take log of both sides first. The log brings the power down as a multiplier (\log a^b = b \log a), and then the product rule works. The same trick turns a big product/quotient into an easy sum.जब x आधार और घात दोनों में हो (जैसे x^x या x^{\sin x}), तो पुराने नियम सीधे काम नहीं करते। तरकीब: पहले दोनों पक्षों का लघुगणक लीजिए। लघुगणक घात को नीचे गुणक बनाकर ले आता है (\log a^b = b \log a), फिर गुणनफल नियम काम करता है। यही तरकीब बड़े गुणनफल/भागफल को आसान योग में बदल देती है।Jab x base aur power dono mein ho (jaise x^x ya x^{\sin x}), to purane rules seedhe kaam nahi karte. Trick: pehle dono sides ka log lijiye. Log power ko neeche multiplier bana deta hai (\log a^b = b \log a), phir product rule kaam karta hai. Yahi trick bade product/quotient ko aasaan sum mein badal deti hai.

For y = f(x) = [u(x)]^{v(x)}, taking logarithm (to base e): \log y = v(x) \log[u(x)]. By the chain rule, \dfrac{1}{y} \cdot \dfrac{dy}{dx} = v(x) \cdot \dfrac{1}{u(x)} \cdot u'(x) + v'(x) \cdot \log[u(x)], so \frac{dy}{dx} = y\left[\frac{v(x)}{u(x)} \cdot u'(x) + v'(x) \cdot \log[u(x)]\right] The main point: f(x) and u(x) must always be positive, otherwise their logarithms are not defined. This process is called logarithmic differentiation.y = f(x) = [u(x)]^{v(x)} के लिए लघुगणक (आधार e) लेने पर: \log y = v(x) \log[u(x)]। श्रृंखला नियम से \dfrac{1}{y} \cdot \dfrac{dy}{dx} = v(x) \cdot \dfrac{1}{u(x)} \cdot u'(x) + v'(x) \cdot \log[u(x)], अतः \frac{dy}{dx} = y\left[\frac{v(x)}{u(x)} \cdot u'(x) + v'(x) \cdot \log[u(x)]\right] मुख्य बात: f(x) और u(x) हमेशा धनात्मक होने चाहिए, नहीं तो उनके लघुगणक परिभाषित नहीं। इस प्रक्रिया को लघुगणकीय अवकलन कहते हैं।y = f(x) = [u(x)]^{v(x)} ke liye log (base e) lene par: \log y = v(x) \log[u(x)]. Chain rule se \dfrac{1}{y} \cdot \dfrac{dy}{dx} = v(x) \cdot \dfrac{1}{u(x)} \cdot u'(x) + v'(x) \cdot \log[u(x)], isliye \frac{dy}{dx} = y\left[\frac{v(x)}{u(x)} \cdot u'(x) + v'(x) \cdot \log[u(x)]\right] Main baat: f(x) aur u(x) hamesha positive hone chahiye, warna unke log defined nahi. Is process ko logarithmic differentiation kehte hain.

Example 27Differentiate \sqrt{\dfrac{(x - 3)(x^2 + 4)}{3x^2 + 4x + 5}} w.r.t. x.उदाहरण 27\sqrt{\dfrac{(x - 3)(x^2 + 4)}{3x^2 + 4x + 5}} का x के सापेक्ष अवकलन कीजिए।Example 27\sqrt{\dfrac{(x - 3)(x^2 + 4)}{3x^2 + 4x + 5}} ko x ke respect mein differentiate kijiye.
Solution — step by step (4)हल — चरण दर चरण (4)Hal — step by step (4)
  1. Name the function y.फलन को y कहिए।Function ko y kahiye.
    y = \sqrt{\dfrac{(x - 3)(x^2 + 4)}{3x^2 + 4x + 5}}
  2. Take log: root → \frac{1}{2}, product → sum, quotient → difference.लघुगणक लीजिए: वर्गमूल → \frac{1}{2}, गुणनफल → योग, भागफल → अंतर।Log lijiye: root → \frac{1}{2}, product → sum, quotient → difference.
    \log y = \dfrac{1}{2}\left[\log(x - 3) + \log(x^2 + 4) - \log(3x^2 + 4x + 5)\right]
  3. Differentiate both sides w.r.t. x.दोनों पक्षों का x के सापेक्ष अवकलन।Dono sides ko x ke respect mein differentiate kijiye.
    \dfrac{1}{y}\dfrac{dy}{dx} = \dfrac{1}{2}\left[\dfrac{1}{x - 3} + \dfrac{2x}{x^2 + 4} - \dfrac{6x + 4}{3x^2 + 4x + 5}\right]
  4. Multiply by y.y से गुणा कीजिए।y se multiply kijiye.
    \dfrac{dy}{dx} = \dfrac{y}{2}\left[\dfrac{1}{x - 3} + \dfrac{2x}{x^2 + 4} - \dfrac{6x + 4}{3x^2 + 4x + 5}\right]

✔ \dfrac{dy}{dx} = \dfrac{1}{2}\sqrt{\dfrac{(x - 3)(x^2 + 4)}{3x^2 + 4x + 5}}\left[\dfrac{1}{x - 3} + \dfrac{2x}{x^2 + 4} - \dfrac{6x + 4}{3x^2 + 4x + 5}\right]\dfrac{dy}{dx} = \dfrac{1}{2}\sqrt{\dfrac{(x - 3)(x^2 + 4)}{3x^2 + 4x + 5}}\left[\dfrac{1}{x - 3} + \dfrac{2x}{x^2 + 4} - \dfrac{6x + 4}{3x^2 + 4x + 5}\right]\dfrac{dy}{dx} = \dfrac{1}{2}\sqrt{\dfrac{(x - 3)(x^2 + 4)}{3x^2 + 4x + 5}}\left[\dfrac{1}{x - 3} + \dfrac{2x}{x^2 + 4} - \dfrac{6x + 4}{3x^2 + 4x + 5}\right]

Example 28Differentiate a^x w.r.t. x, where a is a positive constant.उदाहरण 28a^x का x के सापेक्ष अवकलन कीजिए, जहाँ a एक धनात्मक अचर है।Example 28a^x ko x ke respect mein differentiate kijiye, jahan a ek positive constant hai.
Solution — step by step (3)हल — चरण दर चरण (3)Hal — step by step (3)
  1. Take log; \log a is just a constant.लघुगणक लीजिए; \log a केवल एक अचर है।Log lijiye; \log a sirf ek constant hai.
    y = a^x \Rightarrow \log y = x \log a
  2. Differentiate both sides.दोनों पक्षों का अवकलन।Dono sides differentiate kijiye.
    \dfrac{1}{y}\dfrac{dy}{dx} = \log a \Rightarrow \dfrac{dy}{dx} = y \log a
  3. Write a^x = e^{x \log a} and use the chain rule.a^x = e^{x \log a} लिखकर श्रृंखला नियम।a^x = e^{x \log a} likhkar chain rule.
    \text{Alternatively: } \dfrac{d}{dx}(a^x) = \dfrac{d}{dx}(e^{x \log a}) = e^{x \log a} \cdot \log a

✔ \dfrac{d}{dx}(a^x) = a^x \log a\dfrac{d}{dx}(a^x) = a^x \log a\dfrac{d}{dx}(a^x) = a^x \log a

Example 29Differentiate x^{\sin x},\ x > 0 w.r.t. x.उदाहरण 29x^{\sin x},\ x > 0 का x के सापेक्ष अवकलन कीजिए।Example 29x^{\sin x},\ x > 0 ko x ke respect mein differentiate kijiye.
Solution — step by step (3)हल — चरण दर चरण (3)Hal — step by step (3)
  1. Take log (x > 0 so it is allowed).लघुगणक लीजिए (x > 0, इसलिए अनुमत)।Log lijiye (x > 0, isliye allowed).
    y = x^{\sin x} \Rightarrow \log y = \sin x \log x
  2. Product rule on the right.दाएँ पक्ष पर गुणनफल नियम।Right side par product rule.
    \dfrac{1}{y}\dfrac{dy}{dx} = \sin x \cdot \dfrac{1}{x} + \log x \cdot \cos x
  3. Multiply by y = x^{\sin x}.y = x^{\sin x} से गुणा।y = x^{\sin x} se multiply.
    \dfrac{dy}{dx} = x^{\sin x}\left[\dfrac{\sin x}{x} + \cos x \log x\right]

✔ \dfrac{dy}{dx} = x^{\sin x - 1} \cdot \sin x + x^{\sin x} \cdot \cos x \log x\dfrac{dy}{dx} = x^{\sin x - 1} \cdot \sin x + x^{\sin x} \cdot \cos x \log x\dfrac{dy}{dx} = x^{\sin x - 1} \cdot \sin x + x^{\sin x} \cdot \cos x \log x

Example 30Find \dfrac{dy}{dx}, if y^x + x^y + x^x = a^b.उदाहरण 30यदि y^x + x^y + x^x = a^b हो, तो \dfrac{dy}{dx} ज्ञात कीजिए।Example 30Agar y^x + x^y + x^x = a^b ho, to \dfrac{dy}{dx} nikaaliye.
Solution — step by step (5)हल — चरण दर चरण (5)Hal — step by step (5)
  1. Split into three parts; a^b is a constant. (Never take log of a sum!)तीन भागों में बाँटिए; a^b अचर है। (योग का लघुगणक कभी नहीं!)Teen hisson mein baantiye; a^b constant hai. (Sum ka log kabhi nahi!)
    u = y^x,\ v = x^y,\ w = x^x:\ \dfrac{du}{dx} + \dfrac{dv}{dx} + \dfrac{dw}{dx} = 0 \quad (1)
  2. Log-differentiate u (product rule, chain rule on log y).u का लघुगणकीय अवकलन (गुणनफल नियम, log y पर श्रृंखला नियम)।u ka logarithmic differentiation (product rule, log y par chain rule).
    \log u = x \log y \Rightarrow \dfrac{du}{dx} = y^x\left(\dfrac{x}{y}\dfrac{dy}{dx} + \log y\right) \quad (2)
  3. Same for v.v के लिए वही।v ke liye wahi.
    \log v = y \log x \Rightarrow \dfrac{dv}{dx} = x^y\left(\dfrac{y}{x} + \log x \dfrac{dy}{dx}\right) \quad (3)
  4. Same for w.w के लिए वही।w ke liye wahi.
    \log w = x \log x \Rightarrow \dfrac{dw}{dx} = x^x(1 + \log x) \quad (4)
  5. Put (2), (3), (4) in (1) and collect the \dfrac{dy}{dx} terms.(2), (3), (4) को (1) में रखकर \dfrac{dy}{dx} वाले पद एक ओर कीजिए।(2), (3), (4) ko (1) mein rakhkar \dfrac{dy}{dx} wale terms ek taraf kijiye.
    \dfrac{dy}{dx}\left(x \cdot y^{x - 1} + x^y \log x\right) = -x^x(1 + \log x) - y \cdot x^{y - 1} - y^x \log y

✔ \dfrac{dy}{dx} = \dfrac{-\left[y^x \log y + y \cdot x^{y - 1} + x^x(1 + \log x)\right]}{x \cdot y^{x - 1} + x^y \log x}\dfrac{dy}{dx} = \dfrac{-\left[y^x \log y + y \cdot x^{y - 1} + x^x(1 + \log x)\right]}{x \cdot y^{x - 1} + x^y \log x}\dfrac{dy}{dx} = \dfrac{-\left[y^x \log y + y \cdot x^{y - 1} + x^x(1 + \log x)\right]}{x \cdot y^{x - 1} + x^y \log x}

⚠️ Mistakes that cost marks⚠️ ग़लतियाँ जिनसे अंक कटते हैं⚠️ Galtiyan jinse marks katte hain(1) \dfrac{d}{dx}x^x \ne x \cdot x^{x - 1} (power rule needs a constant power) and \ne x^x \log x (that rule needs a constant base). The right answer is x^x(1 + \log x). (2) For a sum like x^x + (\sin x)^x, never take log of the whole sum: put u = x^x, v = (\sin x)^x and differentiate each separately. (3) After differentiating \log y you get \dfrac{1}{y}\dfrac{dy}{dx} — do not forget to multiply back by y.(1) \dfrac{d}{dx}x^x \ne x \cdot x^{x - 1} (घात नियम में घात अचर चाहिए) और \ne x^x \log x (उस नियम में आधार अचर चाहिए)। सही उत्तर x^x(1 + \log x) है। (2) x^x + (\sin x)^x जैसे योग में पूरे योग का लघुगणक कभी न लीजिए: u = x^x, v = (\sin x)^x रखकर अलग-अलग अवकलन कीजिए। (3) \log y के अवकलन से \dfrac{1}{y}\dfrac{dy}{dx} मिलता है — वापस y से गुणा करना न भूलिए।(1) \dfrac{d}{dx}x^x \ne x \cdot x^{x - 1} (power rule mein power constant chahiye) aur \ne x^x \log x (us rule mein base constant chahiye). Sahi answer x^x(1 + \log x) hai. (2) x^x + (\sin x)^x jaise sum mein poore sum ka log kabhi mat lijiye: u = x^x, v = (\sin x)^x rakhkar alag-alag differentiate kijiye. (3) \log y differentiate karne se \dfrac{1}{y}\dfrac{dy}{dx} milta hai — wapas y se multiply karna mat bhooliye.
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(Exercise 5.5, Q1) Differentiate \cos x \cdot \cos 2x \cdot \cos 3x w.r.t. x.(प्रश्नावली 5.5, प्र. 1) \cos x \cdot \cos 2x \cdot \cos 3x का x के सापेक्ष अवकलन कीजिए।(Exercise 5.5, Q1) \cos x \cdot \cos 2x \cdot \cos 3x ko x ke respect mein differentiate kijiye.

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-\cos x \cos 2x \cos 3x\,[\tan x + 2\tan 2x + 3\tan 3x]-\cos x \cos 2x \cos 3x\,[\tan x + 2\tan 2x + 3\tan 3x]-\cos x \cos 2x \cos 3x\,[\tan x + 2\tan 2x + 3\tan 3x]

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(Exercise 5.5, Q4) Differentiate x^x - 2^{\sin x} w.r.t. x.(प्रश्नावली 5.5, प्र. 4) x^x - 2^{\sin x} का x के सापेक्ष अवकलन कीजिए।(Exercise 5.5, Q4) x^x - 2^{\sin x} ko x ke respect mein differentiate kijiye.

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x^x(1 + \log x) - 2^{\sin x} \cos x \log 2x^x(1 + \log x) - 2^{\sin x} \cos x \log 2x^x(1 + \log x) - 2^{\sin x} \cos x \log 2

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(Exercise 5.5, Q13) Find \dfrac{dy}{dx} if y^x = x^y.(प्रश्नावली 5.5, प्र. 13) यदि y^x = x^y हो, तो \dfrac{dy}{dx} ज्ञात कीजिए।(Exercise 5.5, Q13) Agar y^x = x^y ho, to \dfrac{dy}{dx} nikaaliye.

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\dfrac{y}{x}\left(\dfrac{y - x \log y}{x - y \log x}\right)\dfrac{y}{x}\left(\dfrac{y - x \log y}{x - y \log x}\right)\dfrac{y}{x}\left(\dfrac{y - x \log y}{x - y \log x}\right)

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(Exercise 5.5, Q15) Find \dfrac{dy}{dx} if xy = e^{(x - y)}.(प्रश्नावली 5.5, प्र. 15) यदि xy = e^{(x - y)} हो, तो \dfrac{dy}{dx} ज्ञात कीजिए।(Exercise 5.5, Q15) Agar xy = e^{(x - y)} ho, to \dfrac{dy}{dx} nikaaliye.

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\dfrac{y(x - 1)}{x(y + 1)}\dfrac{y(x - 1)}{x(y + 1)}\dfrac{y(x - 1)}{x(y + 1)}

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(Exercise 5.5, Q16) Find the derivative of f(x) = (1 + x)(1 + x^2)(1 + x^4)(1 + x^8) and hence find f'(1).(प्रश्नावली 5.5, प्र. 16) f(x) = (1 + x)(1 + x^2)(1 + x^4)(1 + x^8) का अवकलज ज्ञात कीजिए और f'(1) निकालिए।(Exercise 5.5, Q16) f(x) = (1 + x)(1 + x^2)(1 + x^4)(1 + x^8) ka derivative nikaaliye aur f'(1) nikaaliye.

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f'(x) = (1 + x)(1 + x^2)(1 + x^4)(1 + x^8)\left[\dfrac{1}{1 + x} + \dfrac{2x}{1 + x^2} + \dfrac{4x^3}{1 + x^4} + \dfrac{8x^7}{1 + x^8}\right]; f'(1) = 120f'(x) = (1 + x)(1 + x^2)(1 + x^4)(1 + x^8)\left[\dfrac{1}{1 + x} + \dfrac{2x}{1 + x^2} + \dfrac{4x^3}{1 + x^4} + \dfrac{8x^7}{1 + x^8}\right]; f'(1) = 120f'(x) = (1 + x)(1 + x^2)(1 + x^4)(1 + x^8)\left[\dfrac{1}{1 + x} + \dfrac{2x}{1 + x^2} + \dfrac{4x^3}{1 + x^4} + \dfrac{8x^7}{1 + x^8}\right]; f'(1) = 120

5.6Derivatives of Functions in Parametric Formsप्राचलिक रूपों में फलनों के अवकलजParametric form mein functions ke derivatives

🌱 Start here🌱 यहाँ से शुरू कीजिए🌱 Yahan se shuru kijiyeThink of an ant walking on paper. At time t its position is x = f(t), y = g(t). Both x and y depend on t — the parameter. The slope of its path is "how fast y changes" ÷ "how fast x changes": \dfrac{dy}{dx} = \dfrac{dy/dt}{dx/dt}. No need to find y in terms of x!कागज़ पर चलती एक चींटी सोचिए। समय t पर उसकी स्थिति x = f(t), y = g(t) है। x और y दोनों t पर निर्भर हैं — t प्राचल है। उसके मार्ग की ढाल = "y कितनी तेज़ी से बदलता है" ÷ "x कितनी तेज़ी से बदलता है": \dfrac{dy}{dx} = \dfrac{dy/dt}{dx/dt}। y को x में निकालने की ज़रूरत नहीं!Kaagaz par chalti ek cheenti sochiye. Time t par uski position x = f(t), y = g(t) hai. x aur y dono t par depend karte hain — t parameter hai. Uske raaste ka slope = "y kitni tezi se badalta hai" ÷ "x kitni tezi se badalta hai": \dfrac{dy}{dx} = \dfrac{dy/dt}{dx/dt}. y ko x mein nikaalne ki zaroorat nahi!

Sometimes the relation between x and y is neither explicit nor implicit, but each of them is linked separately to a third variable. A relation x = f(t), y = g(t) is said to be in parametric form with t as a parameter. By the chain rule \dfrac{dy}{dt} = \dfrac{dy}{dx} \cdot \dfrac{dx}{dt}, so \frac{dy}{dx} = \frac{dy/dt}{dx/dt} = \frac{g'(t)}{f'(t)} \quad \left(\text{provided } f'(t) \ne 0\right)कभी-कभी x और y के बीच संबंध न स्पष्ट होता है न अस्पष्ट, बल्कि दोनों अलग-अलग किसी तीसरे चर से जुड़े होते हैं। संबंध x = f(t), y = g(t) को t प्राचल वाला प्राचलिक रूप कहते हैं। श्रृंखला नियम से \dfrac{dy}{dt} = \dfrac{dy}{dx} \cdot \dfrac{dx}{dt}, अतः \frac{dy}{dx} = \frac{dy/dt}{dx/dt} = \frac{g'(t)}{f'(t)} \quad \left(\text{यदि } f'(t) \ne 0\right)Kabhi-kabhi x aur y ka relation na explicit hota hai na implicit, balki dono alag-alag kisi teesre variable se jude hote hain. Relation x = f(t), y = g(t) ko t parameter wala parametric form kehte hain. Chain rule se \dfrac{dy}{dt} = \dfrac{dy}{dx} \cdot \dfrac{dx}{dt}, isliye \frac{dy}{dx} = \frac{dy/dt}{dx/dt} = \frac{g'(t)}{f'(t)} \quad \left(\text{agar } f'(t) \ne 0\right)

Example 31Find \dfrac{dy}{dx}, if x = a\cos\theta,\ y = a\sin\theta.उदाहरण 31यदि x = a\cos\theta,\ y = a\sin\theta हो, तो \dfrac{dy}{dx} ज्ञात कीजिए।Example 31Agar x = a\cos\theta,\ y = a\sin\theta ho, to \dfrac{dy}{dx} nikaaliye.
Solution — step by step (2)हल — चरण दर चरण (2)Hal — step by step (2)
  1. Differentiate each w.r.t. the parameter θ.हर एक का प्राचल θ के सापेक्ष अवकलन।Har ek ko parameter θ ke respect mein differentiate kijiye.
    \dfrac{dx}{d\theta} = -a\sin\theta,\quad \dfrac{dy}{d\theta} = a\cos\theta
  2. Divide.भाग दीजिए।Divide kijiye.
    \dfrac{dy}{dx} = \dfrac{a\cos\theta}{-a\sin\theta}

✔ \dfrac{dy}{dx} = -\cot\theta\dfrac{dy}{dx} = -\cot\theta\dfrac{dy}{dx} = -\cot\theta

Example 32Find \dfrac{dy}{dx}, if x = at^2,\ y = 2at.उदाहरण 32यदि x = at^2,\ y = 2at हो, तो \dfrac{dy}{dx} ज्ञात कीजिए।Example 32Agar x = at^2,\ y = 2at ho, to \dfrac{dy}{dx} nikaaliye.
Solution — step by step (2)हल — चरण दर चरण (2)Hal — step by step (2)
  1. Differentiate w.r.t. t.t के सापेक्ष अवकलन।t ke respect mein differentiate.
    \dfrac{dx}{dt} = 2at,\quad \dfrac{dy}{dt} = 2a
  2. Divide.भाग दीजिए।Divide kijiye.
    \dfrac{dy}{dx} = \dfrac{2a}{2at}

✔ \dfrac{dy}{dx} = \dfrac{1}{t}\dfrac{dy}{dx} = \dfrac{1}{t}\dfrac{dy}{dx} = \dfrac{1}{t}

Example 33Find \dfrac{dy}{dx}, if x = a(\theta + \sin\theta),\ y = a(1 - \cos\theta).उदाहरण 33यदि x = a(\theta + \sin\theta),\ y = a(1 - \cos\theta) हो, तो \dfrac{dy}{dx} ज्ञात कीजिए।Example 33Agar x = a(\theta + \sin\theta),\ y = a(1 - \cos\theta) ho, to \dfrac{dy}{dx} nikaaliye.
Solution — step by step (2)हल — चरण दर चरण (2)Hal — step by step (2)
  1. Differentiate w.r.t. θ.θ के सापेक्ष अवकलन।θ ke respect mein differentiate.
    \dfrac{dx}{d\theta} = a(1 + \cos\theta),\quad \dfrac{dy}{d\theta} = a\sin\theta
  2. Half-angle formulas: \sin\theta = 2\sin\frac{\theta}{2}\cos\frac{\theta}{2}, 1 + \cos\theta = 2\cos^2\frac{\theta}{2}.अर्ध-कोण सूत्र: \sin\theta = 2\sin\frac{\theta}{2}\cos\frac{\theta}{2}, 1 + \cos\theta = 2\cos^2\frac{\theta}{2}।Half-angle formulas: \sin\theta = 2\sin\frac{\theta}{2}\cos\frac{\theta}{2}, 1 + \cos\theta = 2\cos^2\frac{\theta}{2}.
    \dfrac{dy}{dx} = \dfrac{a\sin\theta}{a(1 + \cos\theta)} = \dfrac{2\sin\frac{\theta}{2}\cos\frac{\theta}{2}}{2\cos^2\frac{\theta}{2}}

✔ \dfrac{dy}{dx} = \tan\dfrac{\theta}{2}. Note: \dfrac{dy}{dx} is expressed in terms of the parameter only, without directly involving x and y.\dfrac{dy}{dx} = \tan\dfrac{\theta}{2}। ध्यान दीजिए: \dfrac{dy}{dx} केवल प्राचल के पदों में है, x और y सीधे नहीं आते।\dfrac{dy}{dx} = \tan\dfrac{\theta}{2}. Dhyaan dijiye: \dfrac{dy}{dx} sirf parameter mein hai, x aur y seedhe nahi aate.

A parametric curve: x = a(θ + sin θ), y = a(1 − cos θ)प्राचलिक वक्र: x = a(θ + sin θ), y = a(1 − cos θ)Parametric curve: x = a(θ + sin θ), y = a(1 − cos θ)NCERT Example 33 · 8 tappable partsOpen
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Example 34Find \dfrac{dy}{dx}, if x^{\frac{2}{3}} + y^{\frac{2}{3}} = a^{\frac{2}{3}}.उदाहरण 34यदि x^{\frac{2}{3}} + y^{\frac{2}{3}} = a^{\frac{2}{3}} हो, तो \dfrac{dy}{dx} ज्ञात कीजिए।Example 34Agar x^{\frac{2}{3}} + y^{\frac{2}{3}} = a^{\frac{2}{3}} ho, to \dfrac{dy}{dx} nikaaliye.
Solution — step by step (4)हल — चरण दर चरण (4)Hal — step by step (4)
  1. Choose a parametric form of the curve.वक्र का प्राचलिक रूप चुनिए।Curve ka parametric form chuniye.
    x = a\cos^3\theta,\ y = a\sin^3\theta
  2. Check: it satisfies the equation.जाँच: यह समीकरण को संतुष्ट करता है।Check: ye equation ko satisfy karta hai.
    x^{\frac{2}{3}} + y^{\frac{2}{3}} = a^{\frac{2}{3}}(\cos^2\theta + \sin^2\theta) = a^{\frac{2}{3}}
  3. Chain rule on \cos^3\theta and \sin^3\theta.\cos^3\theta और \sin^3\theta पर श्रृंखला नियम।\cos^3\theta aur \sin^3\theta par chain rule.
    \dfrac{dx}{d\theta} = -3a\cos^2\theta\sin\theta,\quad \dfrac{dy}{d\theta} = 3a\sin^2\theta\cos\theta
  4. Divide and cancel.भाग देकर काटिए।Divide karke cancel kijiye.
    \dfrac{dy}{dx} = \dfrac{3a\sin^2\theta\cos\theta}{-3a\cos^2\theta\sin\theta} = -\tan\theta

✔ \dfrac{dy}{dx} = -\tan\theta = -\sqrt[3]{\dfrac{y}{x}} (since \dfrac{y}{x} = \tan^3\theta).\dfrac{dy}{dx} = -\tan\theta = -\sqrt[3]{\dfrac{y}{x}} (क्योंकि \dfrac{y}{x} = \tan^3\theta)।\dfrac{dy}{dx} = -\tan\theta = -\sqrt[3]{\dfrac{y}{x}} (kyunki \dfrac{y}{x} = \tan^3\theta).

⚠️ Mistakes that cost marks⚠️ ग़लतियाँ जिनसे अंक कटते हैं⚠️ Galtiyan jinse marks katte hain(1) It is \dfrac{dy/dt}{dx/dt} — y on top. Turning it upside down is the most common slip. (2) Do not eliminate t unless asked: NCERT says "without eliminating the parameter". (3) The formula needs \dfrac{dx}{dt} \ne 0.(1) यह \dfrac{dy/dt}{dx/dt} है — y ऊपर। इसे उलटा लिख देना सबसे आम गलती है। (2) जब तक न कहा जाए, t का विलोपन न कीजिए: NCERT कहता है "प्राचल का विलोपन किए बिना"। (3) सूत्र के लिए \dfrac{dx}{dt} \ne 0 चाहिए।(1) Ye \dfrac{dy/dt}{dx/dt} hai — y upar. Ise ulta likh dena sabse common galti hai. (2) Jab tak na kaha jaaye, t ko eliminate mat kijiye: NCERT kehta hai "parameter eliminate kiye bina". (3) Formula ke liye \dfrac{dx}{dt} \ne 0 chahiye.
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(Exercise 5.6, Q1) x = 2at^2,\ y = at^4. Find \dfrac{dy}{dx}.(प्रश्नावली 5.6, प्र. 1) x = 2at^2,\ y = at^4। \dfrac{dy}{dx} ज्ञात कीजिए।(Exercise 5.6, Q1) x = 2at^2,\ y = at^4. \dfrac{dy}{dx} nikaaliye.

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t^2t^2t^2

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(Exercise 5.6, Q3) x = \sin t,\ y = \cos 2t. Find \dfrac{dy}{dx}.(प्रश्नावली 5.6, प्र. 3) x = \sin t,\ y = \cos 2t। \dfrac{dy}{dx} ज्ञात कीजिए।(Exercise 5.6, Q3) x = \sin t,\ y = \cos 2t. \dfrac{dy}{dx} nikaaliye.

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-4\sin t-4\sin t-4\sin t

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(Exercise 5.6, Q4) x = 4t,\ y = \dfrac{4}{t}. Find \dfrac{dy}{dx}.(प्रश्नावली 5.6, प्र. 4) x = 4t,\ y = \dfrac{4}{t}। \dfrac{dy}{dx} ज्ञात कीजिए।(Exercise 5.6, Q4) x = 4t,\ y = \dfrac{4}{t}. \dfrac{dy}{dx} nikaaliye.

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-\dfrac{1}{t^2}-\dfrac{1}{t^2}-\dfrac{1}{t^2}

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(Exercise 5.6, Q6) x = a(\theta - \sin\theta),\ y = a(1 + \cos\theta). Find \dfrac{dy}{dx}.(प्रश्नावली 5.6, प्र. 6) x = a(\theta - \sin\theta),\ y = a(1 + \cos\theta)। \dfrac{dy}{dx} ज्ञात कीजिए।(Exercise 5.6, Q6) x = a(\theta - \sin\theta),\ y = a(1 + \cos\theta). \dfrac{dy}{dx} nikaaliye.

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-\cot\dfrac{\theta}{2}-\cot\dfrac{\theta}{2}-\cot\dfrac{\theta}{2}

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(Exercise 5.6, Q9) x = a\sec\theta,\ y = b\tan\theta. Find \dfrac{dy}{dx}.(प्रश्नावली 5.6, प्र. 9) x = a\sec\theta,\ y = b\tan\theta। \dfrac{dy}{dx} ज्ञात कीजिए।(Exercise 5.6, Q9) x = a\sec\theta,\ y = b\tan\theta. \dfrac{dy}{dx} nikaaliye.

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\dfrac{b}{a}\,\text{cosec}\,\theta\dfrac{b}{a}\,\text{cosec}\,\theta\dfrac{b}{a}\,\text{cosec}\,\theta

5.7Second Order Derivativeद्वितीय कोटि का अवकलजSecond Order Derivative

🌱 Start here🌱 यहाँ से शुरू कीजिए🌱 Yahan se shuru kijiyeThe first derivative tells how fast y changes; the second derivative tells how fast that speed itself changes — like speed and acceleration. Just differentiate the answer once more.प्रथम अवकलज बताता है कि y कितनी तेज़ी से बदलता है; द्वितीय अवकलज बताता है कि वह तेज़ी स्वयं कितनी तेज़ी से बदलती है — जैसे चाल और त्वरण। बस उत्तर का एक बार फिर अवकलन कीजिए।First derivative batata hai ki y kitni tezi se badalta hai; second derivative batata hai ki wo tezi khud kitni tezi se badalti hai — jaise speed aur acceleration. Bas answer ko ek baar phir differentiate kijiye.
📘 Definition (NCERT)📘 परिभाषा (NCERT)📘 Definition (NCERT)Second order derivativeLet y = f(x), so \dfrac{dy}{dx} = f'(x). If f'(x) is differentiable, differentiating again gives \dfrac{d}{dx}\left(\dfrac{dy}{dx}\right), called the second order derivative of y w.r.t. x and denoted by \dfrac{d^2y}{dx^2}. It is also written f''(x), D^2y, y'' or y_2. Higher order derivatives are defined similarly.द्वितीय कोटि का अवकलजमान लीजिए y = f(x), अतः \dfrac{dy}{dx} = f'(x)। यदि f'(x) अवकलनीय है, तो फिर से अवकलन करने पर \dfrac{d}{dx}\left(\dfrac{dy}{dx}\right) मिलता है, जिसे x के सापेक्ष y का द्वितीय कोटि का अवकलज कहते हैं और \dfrac{d^2y}{dx^2} से निरूपित करते हैं। इसे f''(x), D^2y, y'' या y_2 भी लिखते हैं। उच्च कोटि के अवकलज इसी तरह परिभाषित होते हैं।Second order derivativeMaan lijiye y = f(x), to \dfrac{dy}{dx} = f'(x). Agar f'(x) differentiable hai, to dobara differentiate karne par \dfrac{d}{dx}\left(\dfrac{dy}{dx}\right) milta hai, jise x ke respect mein y ka second order derivative kehte hain aur \dfrac{d^2y}{dx^2} se likhte hain. Ise f''(x), D^2y, y'' ya y_2 bhi likhte hain. Higher order derivatives isi tarah define hote hain.
Example 35Find \dfrac{d^2y}{dx^2}, if y = x^3 + \tan x.उदाहरण 35यदि y = x^3 + \tan x हो, तो \dfrac{d^2y}{dx^2} ज्ञात कीजिए।Example 35Agar y = x^3 + \tan x ho, to \dfrac{d^2y}{dx^2} nikaaliye.
Solution — step by step (2)हल — चरण दर चरण (2)Hal — step by step (2)
  1. First derivative.प्रथम अवकलज।First derivative.
    \dfrac{dy}{dx} = 3x^2 + \sec^2 x
  2. Differentiate again; chain rule on (\sec x)^2.फिर से अवकलन; (\sec x)^2 पर श्रृंखला नियम।Dobara differentiate; (\sec x)^2 par chain rule.
    \dfrac{d^2y}{dx^2} = 6x + 2\sec x \cdot \sec x \tan x

✔ \dfrac{d^2y}{dx^2} = 6x + 2\sec^2 x \tan x\dfrac{d^2y}{dx^2} = 6x + 2\sec^2 x \tan x\dfrac{d^2y}{dx^2} = 6x + 2\sec^2 x \tan x

Example 36If y = A\sin x + B\cos x, then prove that \dfrac{d^2y}{dx^2} + y = 0.उदाहरण 36यदि y = A\sin x + B\cos x है, तो सिद्ध कीजिए कि \dfrac{d^2y}{dx^2} + y = 0।Example 36Agar y = A\sin x + B\cos x hai, to prove kijiye ki \dfrac{d^2y}{dx^2} + y = 0.
Solution — step by step (2)हल — चरण दर चरण (2)Hal — step by step (2)
  1. First derivative.प्रथम अवकलज।First derivative.
    \dfrac{dy}{dx} = A\cos x - B\sin x
  2. Second derivative is exactly -y.द्वितीय अवकलज ठीक -y है।Second derivative theek -y hai.
    \dfrac{d^2y}{dx^2} = -A\sin x - B\cos x = -y

✔ \dfrac{d^2y}{dx^2} + y = 0. Hence proved.\dfrac{d^2y}{dx^2} + y = 0। अतः सिद्ध हुआ।\dfrac{d^2y}{dx^2} + y = 0. Isliye prove hua.

Example 37If y = 3e^{2x} + 2e^{3x}, prove that \dfrac{d^2y}{dx^2} - 5\dfrac{dy}{dx} + 6y = 0.उदाहरण 37यदि y = 3e^{2x} + 2e^{3x} है, तो सिद्ध कीजिए कि \dfrac{d^2y}{dx^2} - 5\dfrac{dy}{dx} + 6y = 0।Example 37Agar y = 3e^{2x} + 2e^{3x} hai, to prove kijiye ki \dfrac{d^2y}{dx^2} - 5\dfrac{dy}{dx} + 6y = 0.
Solution — step by step (4)हल — चरण दर चरण (4)Hal — step by step (4)
  1. Chain rule on each term.हर पद पर श्रृंखला नियम।Har term par chain rule.
    \dfrac{dy}{dx} = 6e^{2x} + 6e^{3x} = 6(e^{2x} + e^{3x})
  2. Differentiate again.फिर से अवकलन।Dobara differentiate.
    \dfrac{d^2y}{dx^2} = 12e^{2x} + 18e^{3x} = 6(2e^{2x} + 3e^{3x})
  3. Substitute into the left side.बाएँ पक्ष में रखिए।Left side mein rakhiye.
    6(2e^{2x} + 3e^{3x}) - 30(e^{2x} + e^{3x}) + 6(3e^{2x} + 2e^{3x})
  4. Collect the terms.पदों को इकट्ठा कीजिए।Terms ko ikattha kijiye.
    = (12 - 30 + 18)e^{2x} + (18 - 30 + 12)e^{3x} = 0

✔ \dfrac{d^2y}{dx^2} - 5\dfrac{dy}{dx} + 6y = 0. Hence proved.\dfrac{d^2y}{dx^2} - 5\dfrac{dy}{dx} + 6y = 0। अतः सिद्ध हुआ।\dfrac{d^2y}{dx^2} - 5\dfrac{dy}{dx} + 6y = 0. Isliye prove hua.

Example 38If y = \sin^{-1} x, show that (1 - x^2)\dfrac{d^2y}{dx^2} - x\dfrac{dy}{dx} = 0.उदाहरण 38यदि y = \sin^{-1} x है, तो दर्शाइए कि (1 - x^2)\dfrac{d^2y}{dx^2} - x\dfrac{dy}{dx} = 0।Example 38Agar y = \sin^{-1} x hai, to dikhaiye ki (1 - x^2)\dfrac{d^2y}{dx^2} - x\dfrac{dy}{dx} = 0.
Solution — step by step (3)हल — चरण दर चरण (3)Hal — step by step (3)
  1. Clear the fraction first — it makes the next step easy.पहले भिन्न हटाइए — अगला कदम आसान हो जाता है।Pehle fraction hataiye — agla step aasaan ho jaata hai.
    \dfrac{dy}{dx} = \dfrac{1}{\sqrt{1 - x^2}} \Rightarrow \sqrt{1 - x^2}\,\dfrac{dy}{dx} = 1
  2. Differentiate both sides (product rule; derivative of 1 is 0).दोनों पक्षों का अवकलन (गुणनफल नियम; 1 का अवकलज 0)।Dono sides differentiate (product rule; 1 ka derivative 0).
    \sqrt{1 - x^2}\,\dfrac{d^2y}{dx^2} + \dfrac{dy}{dx} \cdot \dfrac{-2x}{2\sqrt{1 - x^2}} = 0
  3. Multiply by \sqrt{1 - x^2}. (Alternatively: square first, (1 - x^2)y_1^2 = 1, then differentiate: (1 - x^2) \cdot 2y_1y_2 + y_1^2(-2x) = 0.)\sqrt{1 - x^2} से गुणा। (वैकल्पिक: पहले वर्ग कीजिए, (1 - x^2)y_1^2 = 1, फिर अवकलन: (1 - x^2) \cdot 2y_1y_2 + y_1^2(-2x) = 0।)\sqrt{1 - x^2} se multiply. (Doosra tareeka: pehle square kijiye, (1 - x^2)y_1^2 = 1, phir differentiate: (1 - x^2) \cdot 2y_1y_2 + y_1^2(-2x) = 0.)
    (1 - x^2)\dfrac{d^2y}{dx^2} - x\dfrac{dy}{dx} = 0

✔ (1 - x^2)y_2 - xy_1 = 0. Hence shown.(1 - x^2)y_2 - xy_1 = 0। अतः दर्शाया गया।(1 - x^2)y_2 - xy_1 = 0. Isliye dikhaya gaya.

🏆 Topper box🏆 टॉपर बॉक्स🏆 Topper boxFor "prove that … = 0" questions with \sin^{-1}x, \tan^{-1}x, e^{ax}: first clear fractions/roots (cross-multiply or square), then differentiate. The algebra becomes half as long. Also, \dfrac{d^2y}{dx^2} \ne \left(\dfrac{dy}{dx}\right)^2 and for parametric curves \dfrac{d^2y}{dx^2} \ne \dfrac{d^2y/dt^2}{d^2x/dt^2}.\sin^{-1}x, \tan^{-1}x, e^{ax} वाले "सिद्ध कीजिए … = 0" प्रश्नों में पहले भिन्न/मूल हटाइए (वज्र-गुणन या वर्ग), फिर अवकलन कीजिए। बीजगणित आधा रह जाता है। साथ ही \dfrac{d^2y}{dx^2} \ne \left(\dfrac{dy}{dx}\right)^2 और प्राचलिक वक्रों के लिए \dfrac{d^2y}{dx^2} \ne \dfrac{d^2y/dt^2}{d^2x/dt^2}।\sin^{-1}x, \tan^{-1}x, e^{ax} wale "prove kijiye … = 0" sawaalon mein pehle fraction/root hataiye (cross-multiply ya square), phir differentiate kijiye. Algebra aadha reh jaata hai. Saath hi \dfrac{d^2y}{dx^2} \ne \left(\dfrac{dy}{dx}\right)^2 aur parametric curves ke liye \dfrac{d^2y}{dx^2} \ne \dfrac{d^2y/dt^2}{d^2x/dt^2}.
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(Exercise 5.7, Q2) Find the second order derivative of x^{20}.(प्रश्नावली 5.7, प्र. 2) x^{20} का द्वितीय कोटि का अवकलज ज्ञात कीजिए।(Exercise 5.7, Q2) x^{20} ka second order derivative nikaaliye.

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380x^{18}380x^{18}380x^{18}

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(Exercise 5.7, Q3) Find the second order derivative of x \cos x.(प्रश्नावली 5.7, प्र. 3) x \cos x का द्वितीय कोटि का अवकलज ज्ञात कीजिए।(Exercise 5.7, Q3) x \cos x ka second order derivative nikaaliye.

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-x\cos x - 2\sin x-x\cos x - 2\sin x-x\cos x - 2\sin x

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(Exercise 5.7, Q5) Find the second order derivative of x^3 \log x.(प्रश्नावली 5.7, प्र. 5) x^3 \log x का द्वितीय कोटि का अवकलज ज्ञात कीजिए।(Exercise 5.7, Q5) x^3 \log x ka second order derivative nikaaliye.

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x(5 + 6\log x)x(5 + 6\log x)x(5 + 6\log x)

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(Exercise 5.7, Q6) Find the second order derivative of e^x \sin 5x.(प्रश्नावली 5.7, प्र. 6) e^x \sin 5x का द्वितीय कोटि का अवकलज ज्ञात कीजिए।(Exercise 5.7, Q6) e^x \sin 5x ka second order derivative nikaaliye.

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2e^x(5\cos 5x - 12\sin 5x)2e^x(5\cos 5x - 12\sin 5x)2e^x(5\cos 5x - 12\sin 5x)

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(Exercise 5.7, Q8) Find the second order derivative of \tan^{-1} x.(प्रश्नावली 5.7, प्र. 8) \tan^{-1} x का द्वितीय कोटि का अवकलज ज्ञात कीजिए।(Exercise 5.7, Q8) \tan^{-1} x ka second order derivative nikaaliye.

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-\dfrac{2x}{(1 + x^2)^2}-\dfrac{2x}{(1 + x^2)^2}-\dfrac{2x}{(1 + x^2)^2}

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(Exercise 5.7, Q12) If y = \cos^{-1} x, find \dfrac{d^2y}{dx^2} in terms of y alone.(प्रश्नावली 5.7, प्र. 12) यदि y = \cos^{-1} x, तो \dfrac{d^2y}{dx^2} केवल y के पदों में ज्ञात कीजिए।(Exercise 5.7, Q12) Agar y = \cos^{-1} x, to \dfrac{d^2y}{dx^2} sirf y mein nikaaliye.

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-\cot y\,\text{cosec}^2\,y-\cot y\,\text{cosec}^2\,y-\cot y\,\text{cosec}^2\,y

Miscellaneous Examplesविविध उदाहरणMiscellaneous Examples

Example 39Differentiate w.r.t. x: (i) \sqrt{3x + 2} + \dfrac{1}{\sqrt{2x^2 + 4}} (ii) \log_7(\log x)उदाहरण 39x के सापेक्ष अवकलन कीजिए: (i) \sqrt{3x + 2} + \dfrac{1}{\sqrt{2x^2 + 4}} (ii) \log_7(\log x)Example 39x ke respect mein differentiate kijiye: (i) \sqrt{3x + 2} + \dfrac{1}{\sqrt{2x^2 + 4}} (ii) \log_7(\log x)
Solution — step by step (5)हल — चरण दर चरण (5)Hal — step by step (5)
  1. Write roots as powers; defined for x > -\frac{2}{3}.मूलों को घात में लिखिए; x > -\frac{2}{3} के लिए परिभाषित।Roots ko power mein likhiye; x > -\frac{2}{3} ke liye defined.
    \text{(i)}\ y = (3x + 2)^{\frac{1}{2}} + (2x^2 + 4)^{-\frac{1}{2}},\quad x > -\dfrac{2}{3}
  2. Chain rule on each term.हर पद पर श्रृंखला नियम।Har term par chain rule.
    \dfrac{dy}{dx} = \dfrac{1}{2}(3x + 2)^{-\frac{1}{2}} \cdot 3 + \left(-\dfrac{1}{2}\right)(2x^2 + 4)^{-\frac{3}{2}} \cdot 4x
  3. Simplify (valid for x > -\frac{2}{3}).सरल कीजिए (x > -\frac{2}{3} के लिए)।Simplify kijiye (x > -\frac{2}{3} ke liye).
    \text{(i)}\ \dfrac{dy}{dx} = \dfrac{3}{2\sqrt{3x + 2}} - \dfrac{2x}{(2x^2 + 4)^{\frac{3}{2}}}
  4. Change of base; \log x > 0 needs x > 1.आधार परिवर्तन; \log x > 0 के लिए x > 1 चाहिए।Change of base; \log x > 0 ke liye x > 1 chahiye.
    \text{(ii)}\ y = \log_7(\log x) = \dfrac{\log(\log x)}{\log 7},\quad x > 1
  5. Chain rule.श्रृंखला नियम।Chain rule.
    \dfrac{dy}{dx} = \dfrac{1}{\log 7} \cdot \dfrac{1}{\log x} \cdot \dfrac{1}{x}

✔ (i) \dfrac{3}{2\sqrt{3x + 2}} - \dfrac{2x}{(2x^2 + 4)^{\frac{3}{2}}} (ii) \dfrac{1}{x \log 7 \log x}(i) \dfrac{3}{2\sqrt{3x + 2}} - \dfrac{2x}{(2x^2 + 4)^{\frac{3}{2}}} (ii) \dfrac{1}{x \log 7 \log x}(i) \dfrac{3}{2\sqrt{3x + 2}} - \dfrac{2x}{(2x^2 + 4)^{\frac{3}{2}}} (ii) \dfrac{1}{x \log 7 \log x}

Example 40Differentiate w.r.t. x: (i) \cos^{-1}(\sin x) (ii) \tan^{-1}\left(\dfrac{\sin x}{1 + \cos x}\right) (iii) \sin^{-1}\left(\dfrac{2^{x + 1}}{1 + 4^x}\right)उदाहरण 40x के सापेक्ष अवकलन कीजिए: (i) \cos^{-1}(\sin x) (ii) \tan^{-1}\left(\dfrac{\sin x}{1 + \cos x}\right) (iii) \sin^{-1}\left(\dfrac{2^{x + 1}}{1 + 4^x}\right)Example 40x ke respect mein differentiate kijiye: (i) \cos^{-1}(\sin x) (ii) \tan^{-1}\left(\dfrac{\sin x}{1 + \cos x}\right) (iii) \sin^{-1}\left(\dfrac{2^{x + 1}}{1 + 4^x}\right)
Solution — step by step (6)हल — चरण दर चरण (6)Hal — step by step (6)
  1. Rewrite sin as cos. (This last equality needs \frac{\pi}{2} - x \in [0, \pi], i.e., -\frac{\pi}{2} \le x \le \frac{\pi}{2} — NCERT's answer -1 is for these x.)sin को cos में लिखिए। (यह अंतिम समता \frac{\pi}{2} - x \in [0, \pi], अर्थात् -\frac{\pi}{2} \le x \le \frac{\pi}{2} के लिए है — NCERT का उत्तर -1 इन्हीं x के लिए है।)sin ko cos mein likhiye. (Ye aakhri equality \frac{\pi}{2} - x \in [0, \pi], yaani -\frac{\pi}{2} \le x \le \frac{\pi}{2} ke liye hai — NCERT ka answer -1 inhi x ke liye hai.)
    \text{(i)}\ \cos^{-1}(\sin x) = \cos^{-1}\left(\cos\left(\dfrac{\pi}{2} - x\right)\right) = \dfrac{\pi}{2} - x \Rightarrow f'(x) = -1
  2. Defined where \cos x \ne -1, i.e., x not an odd multiple of π; cancel \cos\frac{x}{2} \ne 0.जहाँ \cos x \ne -1, अर्थात् x, π का विषम गुणज नहीं; \cos\frac{x}{2} \ne 0 को काटिए।Jahan \cos x \ne -1, yaani x, π ka odd multiple nahi; \cos\frac{x}{2} \ne 0 ko cancel kijiye.
    \text{(ii)}\ \dfrac{\sin x}{1 + \cos x} = \dfrac{2\sin\frac{x}{2}\cos\frac{x}{2}}{2\cos^2\frac{x}{2}} = \tan\dfrac{x}{2}
  3. Inverse undoes tan.प्रतिलोम tan को निरस्त करता है।Inverse tan ko undo karta hai.
    \text{(ii)}\ f(x) = \tan^{-1}\left(\tan\dfrac{x}{2}\right) = \dfrac{x}{2} \Rightarrow f'(x) = \dfrac{1}{2}
  4. The expression is always positive and ≤ 1, so f is defined for every real x. Substitute.व्यंजक सदा धनात्मक और ≤ 1 है, अतः f हर वास्तविक x पर परिभाषित है। प्रतिस्थापन कीजिए।Expression hamesha positive aur ≤ 1 hai, isliye f har real x par defined hai. Substitute kijiye.
    \text{(iii)}\ 2^x = \tan\theta:\ \dfrac{2^{x + 1}}{1 + 4^x} = \dfrac{2\tan\theta}{1 + \tan^2\theta} = \sin 2\theta
  5. Valid when 2\theta \le \frac{\pi}{2}, i.e., 2^x \le 1, i.e., x \le 0.मान्य जब 2\theta \le \frac{\pi}{2}, अर्थात् 2^x \le 1, अर्थात् x \le 0।Sahi jab 2\theta \le \frac{\pi}{2}, yaani 2^x \le 1, yaani x \le 0.
    f(x) = \sin^{-1}(\sin 2\theta) = 2\theta = 2\tan^{-1}(2^x)
  6. Chain rule with \dfrac{d}{dx}2^x = 2^x \log 2.श्रृंखला नियम, \dfrac{d}{dx}2^x = 2^x \log 2।Chain rule, \dfrac{d}{dx}2^x = 2^x \log 2.
    f'(x) = 2 \cdot \dfrac{1}{1 + (2^x)^2} \cdot 2^x \log 2 = \dfrac{2^{x + 1}\log 2}{1 + 4^x}

✔ (i) -1 (ii) \dfrac{1}{2} (iii) \dfrac{2^{x + 1}\log 2}{1 + 4^x} — NCERT's answers. Topper note on (iii): for x > 0, 2\theta > \frac{\pi}{2} and \sin^{-1}(\sin 2\theta) = \pi - 2\theta, so there the derivative is -\dfrac{2^{x + 1}\log 2}{1 + 4^x} (f is not differentiable at x = 0).(i) -1 (ii) \dfrac{1}{2} (iii) \dfrac{2^{x + 1}\log 2}{1 + 4^x} — NCERT के उत्तर। (iii) पर टॉपर टिप्पणी: x > 0 के लिए 2\theta > \frac{\pi}{2} और \sin^{-1}(\sin 2\theta) = \pi - 2\theta, इसलिए वहाँ अवकलज -\dfrac{2^{x + 1}\log 2}{1 + 4^x} है (x = 0 पर f अवकलनीय नहीं)।(i) -1 (ii) \dfrac{1}{2} (iii) \dfrac{2^{x + 1}\log 2}{1 + 4^x} — NCERT ke answers. (iii) par topper note: x > 0 ke liye 2\theta > \frac{\pi}{2} aur \sin^{-1}(\sin 2\theta) = \pi - 2\theta, isliye wahan derivative -\dfrac{2^{x + 1}\log 2}{1 + 4^x} hai (x = 0 par f differentiable nahi).

Example 41Find f'(x) if f(x) = (\sin x)^{\sin x} for all 0 < x < \pi.उदाहरण 41यदि सभी 0 < x < \pi के लिए f(x) = (\sin x)^{\sin x} है, तो f'(x) ज्ञात कीजिए।Example 41Agar saare 0 < x < \pi ke liye f(x) = (\sin x)^{\sin x} hai, to f'(x) nikaaliye.
Solution — step by step (3)हल — चरण दर चरण (3)Hal — step by step (3)
  1. For 0 < x < \pi, \sin x > 0, so log is allowed.0 < x < \pi के लिए \sin x > 0, इसलिए लघुगणक ले सकते हैं।0 < x < \pi ke liye \sin x > 0, isliye log le sakte hain.
    y = (\sin x)^{\sin x} \Rightarrow \log y = \sin x \log(\sin x)
  2. Product rule + chain rule.गुणनफल नियम + श्रृंखला नियम।Product rule + chain rule.
    \dfrac{1}{y}\dfrac{dy}{dx} = \cos x \log(\sin x) + \sin x \cdot \dfrac{1}{\sin x} \cdot \cos x
  3. Simplify.सरल कीजिए।Simplify kijiye.
    \dfrac{1}{y}\dfrac{dy}{dx} = (1 + \log(\sin x))\cos x

✔ \dfrac{dy}{dx} = (1 + \log(\sin x))(\sin x)^{\sin x}\cos x\dfrac{dy}{dx} = (1 + \log(\sin x))(\sin x)^{\sin x}\cos x\dfrac{dy}{dx} = (1 + \log(\sin x))(\sin x)^{\sin x}\cos x

Example 42For a positive constant a find \dfrac{dy}{dx}, where y = a^{t + \frac{1}{t}} and x = \left(t + \dfrac{1}{t}\right)^a.उदाहरण 42एक धनात्मक अचर a के लिए \dfrac{dy}{dx} ज्ञात कीजिए, जहाँ y = a^{t + \frac{1}{t}} और x = \left(t + \dfrac{1}{t}\right)^a।Example 42Ek positive constant a ke liye \dfrac{dy}{dx} nikaaliye, jahan y = a^{t + \frac{1}{t}} aur x = \left(t + \dfrac{1}{t}\right)^a.
Solution — step by step (3)हल — चरण दर चरण (3)Hal — step by step (3)
  1. \dfrac{d}{du}a^u = a^u \log a with u = t + \frac{1}{t} (t ≠ 0).\dfrac{d}{du}a^u = a^u \log a, जहाँ u = t + \frac{1}{t} (t ≠ 0)।\dfrac{d}{du}a^u = a^u \log a, jahan u = t + \frac{1}{t} (t ≠ 0).
    \dfrac{dy}{dt} = a^{t + \frac{1}{t}}\left(1 - \dfrac{1}{t^2}\right)\log a
  2. Power rule + chain rule; \dfrac{dx}{dt} \ne 0 only if t \ne \pm 1.घात नियम + श्रृंखला नियम; \dfrac{dx}{dt} \ne 0 केवल यदि t \ne \pm 1।Power rule + chain rule; \dfrac{dx}{dt} \ne 0 sirf agar t \ne \pm 1.
    \dfrac{dx}{dt} = a\left(t + \dfrac{1}{t}\right)^{a - 1}\left(1 - \dfrac{1}{t^2}\right)
  3. Divide (t ≠ ±1) and cancel \left(1 - \frac{1}{t^2}\right).भाग दीजिए (t ≠ ±1) और \left(1 - \frac{1}{t^2}\right) काटिए।Divide kijiye (t ≠ ±1) aur \left(1 - \frac{1}{t^2}\right) cancel kijiye.
    \dfrac{dy}{dx} = \dfrac{a^{t + \frac{1}{t}}\left(1 - \frac{1}{t^2}\right)\log a}{a\left(t + \frac{1}{t}\right)^{a - 1}\left(1 - \frac{1}{t^2}\right)}

✔ \dfrac{dy}{dx} = \dfrac{a^{t + \frac{1}{t}}\log a}{a\left(t + \frac{1}{t}\right)^{a - 1}},\quad t \ne 0, \pm 1\dfrac{dy}{dx} = \dfrac{a^{t + \frac{1}{t}}\log a}{a\left(t + \frac{1}{t}\right)^{a - 1}},\quad t \ne 0, \pm 1\dfrac{dy}{dx} = \dfrac{a^{t + \frac{1}{t}}\log a}{a\left(t + \frac{1}{t}\right)^{a - 1}},\quad t \ne 0, \pm 1

Example 43Differentiate \sin^2 x w.r.t. e^{\cos x}.उदाहरण 43e^{\cos x} के सापेक्ष \sin^2 x का अवकलन कीजिए।Example 43e^{\cos x} ke respect mein \sin^2 x ko differentiate kijiye.
Solution — step by step (2)हल — चरण दर चरण (2)Hal — step by step (2)
  1. "w.r.t. another function" = treat x as the parameter."किसी अन्य फलन के सापेक्ष" = x को प्राचल मानिए।"Kisi aur function ke respect mein" = x ko parameter maaniye.
    u = \sin^2 x,\ v = e^{\cos x}:\ \dfrac{du}{dv} = \dfrac{du/dx}{dv/dx}
  2. Chain rule on each.हर एक पर श्रृंखला नियम।Har ek par chain rule.
    \dfrac{du}{dx} = 2\sin x\cos x,\quad \dfrac{dv}{dx} = e^{\cos x}(-\sin x)

✔ \dfrac{du}{dv} = \dfrac{2\sin x\cos x}{-\sin x\, e^{\cos x}} = -\dfrac{2\cos x}{e^{\cos x}}\dfrac{du}{dv} = \dfrac{2\sin x\cos x}{-\sin x\, e^{\cos x}} = -\dfrac{2\cos x}{e^{\cos x}}\dfrac{du}{dv} = \dfrac{2\sin x\cos x}{-\sin x\, e^{\cos x}} = -\dfrac{2\cos x}{e^{\cos x}}

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(Miscellaneous Exercise, Q1) Differentiate (3x^2 - 9x + 5)^9 w.r.t. x.(विविध प्रश्नावली, प्र. 1) (3x^2 - 9x + 5)^9 का x के सापेक्ष अवकलन कीजिए।(Miscellaneous Exercise, Q1) (3x^2 - 9x + 5)^9 ko x ke respect mein differentiate kijiye.

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27(3x^2 - 9x + 5)^8(2x - 3)27(3x^2 - 9x + 5)^8(2x - 3)27(3x^2 - 9x + 5)^8(2x - 3)

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(Miscellaneous Exercise, Q10) Differentiate x^x + x^a + a^x + a^a w.r.t. x, for some fixed a > 0 and x > 0.(विविध प्रश्नावली, प्र. 10) x^x + x^a + a^x + a^a का x के सापेक्ष अवकलन कीजिए, जहाँ a > 0 नियत और x > 0।(Miscellaneous Exercise, Q10) x^x + x^a + a^x + a^a ko x ke respect mein differentiate kijiye, jahan a > 0 fixed aur x > 0.

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x^x(1 + \log x) + ax^{a - 1} + a^x \log ax^x(1 + \log x) + ax^{a - 1} + a^x \log ax^x(1 + \log x) + ax^{a - 1} + a^x \log a

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(Miscellaneous Exercise, Q12) Find \dfrac{dy}{dx} if y = 12(1 - \cos t),\ x = 10(t - \sin t),\ -\dfrac{\pi}{2} < t < \dfrac{\pi}{2}.(विविध प्रश्नावली, प्र. 12) यदि y = 12(1 - \cos t),\ x = 10(t - \sin t),\ -\dfrac{\pi}{2} < t < \dfrac{\pi}{2} है, तो \dfrac{dy}{dx} ज्ञात कीजिए।(Miscellaneous Exercise, Q12) Agar y = 12(1 - \cos t),\ x = 10(t - \sin t),\ -\dfrac{\pi}{2} < t < \dfrac{\pi}{2} hai, to \dfrac{dy}{dx} nikaaliye.

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\dfrac{6}{5}\cot\dfrac{t}{2}\dfrac{6}{5}\cot\dfrac{t}{2}\dfrac{6}{5}\cot\dfrac{t}{2}

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(Miscellaneous Exercise, Q13) Find \dfrac{dy}{dx} if y = \sin^{-1} x + \sin^{-1}\sqrt{1 - x^2},\ 0 < x < 1.(विविध प्रश्नावली, प्र. 13) यदि y = \sin^{-1} x + \sin^{-1}\sqrt{1 - x^2},\ 0 < x < 1 है, तो \dfrac{dy}{dx} ज्ञात कीजिए।(Miscellaneous Exercise, Q13) Agar y = \sin^{-1} x + \sin^{-1}\sqrt{1 - x^2},\ 0 < x < 1 hai, to \dfrac{dy}{dx} nikaaliye.

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0 (here y = \dfrac{\pi}{2}, a constant)0 (यहाँ y = \dfrac{\pi}{2}, एक अचर)0 (yahan y = \dfrac{\pi}{2}, ek constant)

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(Miscellaneous Exercise, Q17) If x = a(\cos t + t\sin t) and y = a(\sin t - t\cos t), find \dfrac{d^2y}{dx^2}.(विविध प्रश्नावली, प्र. 17) यदि x = a(\cos t + t\sin t) और y = a(\sin t - t\cos t) है, तो \dfrac{d^2y}{dx^2} ज्ञात कीजिए।(Miscellaneous Exercise, Q17) Agar x = a(\cos t + t\sin t) aur y = a(\sin t - t\cos t) hai, to \dfrac{d^2y}{dx^2} nikaaliye.

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\dfrac{\sec^3 t}{at},\ 0 < t < \dfrac{\pi}{2}\dfrac{\sec^3 t}{at},\ 0 < t < \dfrac{\pi}{2}\dfrac{\sec^3 t}{at},\ 0 < t < \dfrac{\pi}{2}

Formula sheetसूत्र-पत्रFormula sheet

\text{Continuous at } c:\ \lim_{x \to c^-} f(x) = \lim_{x \to c^+} f(x) = f(c)
LHL = RHL = valueबाएँ पक्ष की सीमा = दाएँ पक्ष की सीमा = मानLHL = RHL = value
f'(c) = \lim_{h \to 0} \frac{f(c + h) - f(c)}{h}
Derivative at c (left and right versions must be finite and equal)c पर अवकलज (बायाँ और दायाँ रूप परिमित और बराबर हों)c par derivative (left aur right roop finite aur barabar hon)
\text{Differentiable} \Rightarrow \text{continuous};\quad \text{continuous} \not\Rightarrow \text{differentiable}\ (|x| \text{ at } 0)
Theorem 3 and its converseप्रमेय 3 और उसका विलोमTheorem 3 aur uska converse
(uv)' = u'v + uv', \qquad \left(\frac{u}{v}\right)' = \frac{u'v - uv'}{v^2}
Product and quotient rulesगुणनफल और भागफल नियमProduct aur quotient rules
\frac{df}{dx} = \frac{dv}{dt} \cdot \frac{dt}{dx} \quad (f = v \circ u,\ t = u(x))
Chain ruleश्रृंखला नियमChain rule
\frac{d}{dx}\sin^{-1} x = \frac{1}{\sqrt{1 - x^2}}, \quad \frac{d}{dx}\cos^{-1} x = \frac{-1}{\sqrt{1 - x^2}}, \quad \frac{d}{dx}\tan^{-1} x = \frac{1}{1 + x^2}
Inverse trigonometric derivatives (first two for -1 < x < 1)प्रतिलोम त्रिकोणमितीय अवकलज (पहले दो -1 < x < 1 के लिए)Inverse trigonometric derivatives (pehle do -1 < x < 1 ke liye)
\frac{d}{dx}e^x = e^x, \quad \frac{d}{dx}\log x = \frac{1}{x}\ (x > 0), \quad \frac{d}{dx}a^x = a^x \log a
Exponential and logarithmic derivativesचरघातांकी और लघुगणकीय अवकलजExponential aur logarithmic derivatives
\log_b pq = \log_b p + \log_b q, \quad \log_b p^n = n\log_b p, \quad \log_a p = \frac{\log_b p}{\log_b a}
Log rules (change of base)लघुगणक के नियम (आधार परिवर्तन)Log ke rules (change of base)
y = u^v:\ \frac{dy}{dx} = y\left[\frac{v}{u}u' + v'\log u\right]
Logarithmic differentiation (u > 0)लघुगणकीय अवकलन (u > 0)Logarithmic differentiation (u > 0)
x = f(t),\ y = g(t):\ \frac{dy}{dx} = \frac{g'(t)}{f'(t)},\ f'(t) \ne 0
Parametric formप्राचलिक रूपParametric form
\frac{d^2y}{dx^2} = \frac{d}{dx}\left(\frac{dy}{dx}\right)
Second order derivative (f''(x), y'', y_2, D^2y)द्वितीय कोटि का अवकलजSecond order derivative

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Summary (NCERT). A real valued function is continuous at a point in its domain if the limit of the function at that point equals the value of the function there; it is continuous if it is continuous on the whole of its domain. Sum, difference, product and quotient (where g(x) \ne 0) of continuous functions are continuous. Every differentiable function is continuous, but the converse is not true.सारांश (NCERT)। कोई वास्तविक मान फलन अपने प्रांत के किसी बिंदु पर संतत है यदि उस बिंदु पर फलन की सीमा, फलन के मान के बराबर है; फलन संतत है यदि वह अपने पूरे प्रांत पर संतत है। संतत फलनों के योग, अंतर, गुणनफल और भागफल (जहाँ g(x) \ne 0) संतत होते हैं। प्रत्येक अवकलनीय फलन संतत होता है, पर विलोम सत्य नहीं।Summary (NCERT). Koi real valued function apne domain ke kisi point par continuous hai agar us point par function ki limit, function ki value ke barabar hai; function continuous hai agar wo apne poore domain par continuous hai. Continuous functions ke sum, difference, product aur quotient (jahan g(x) \ne 0) continuous hote hain. Har differentiable function continuous hota hai, par converse sach nahi.
Rules to remember. Chain rule: \dfrac{df}{dx} = \dfrac{dv}{dt} \cdot \dfrac{dt}{dx}. Standard derivatives: \sin^{-1}x \to \dfrac{1}{\sqrt{1 - x^2}}, \cos^{-1}x \to -\dfrac{1}{\sqrt{1 - x^2}}, \tan^{-1}x \to \dfrac{1}{1 + x^2}, e^x \to e^x, \log x \to \dfrac{1}{x}. Logarithmic differentiation is a powerful technique for f(x) = [u(x)]^{v(x)}; both f(x) and u(x) must be positive. Parametric: \dfrac{dy}{dx} = \dfrac{dy/dt}{dx/dt}. Second order: differentiate \dfrac{dy}{dx} again.याद रखने के नियम। श्रृंखला नियम: \dfrac{df}{dx} = \dfrac{dv}{dt} \cdot \dfrac{dt}{dx}। मानक अवकलज: \sin^{-1}x \to \dfrac{1}{\sqrt{1 - x^2}}, \cos^{-1}x \to -\dfrac{1}{\sqrt{1 - x^2}}, \tan^{-1}x \to \dfrac{1}{1 + x^2}, e^x \to e^x, \log x \to \dfrac{1}{x}। f(x) = [u(x)]^{v(x)} के लिए लघुगणकीय अवकलन एक शक्तिशाली तकनीक है; f(x) और u(x) दोनों धनात्मक हों। प्राचलिक: \dfrac{dy}{dx} = \dfrac{dy/dt}{dx/dt}। द्वितीय कोटि: \dfrac{dy}{dx} का फिर से अवकलन।Yaad rakhne ke rules. Chain rule: \dfrac{df}{dx} = \dfrac{dv}{dt} \cdot \dfrac{dt}{dx}. Standard derivatives: \sin^{-1}x \to \dfrac{1}{\sqrt{1 - x^2}}, \cos^{-1}x \to -\dfrac{1}{\sqrt{1 - x^2}}, \tan^{-1}x \to \dfrac{1}{1 + x^2}, e^x \to e^x, \log x \to \dfrac{1}{x}. f(x) = [u(x)]^{v(x)} ke liye logarithmic differentiation powerful technique hai; f(x) aur u(x) dono positive hon. Parametric: \dfrac{dy}{dx} = \dfrac{dy/dt}{dx/dt}. Second order: \dfrac{dy}{dx} ko dobara differentiate kijiye.

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