CLASS 12 MATHS · CHAPTER 6
Application of Derivativesअवकलज के अनुप्रयोगApplication of Derivatives
Rate of change of quantities, increasing and decreasing functions, maxima and minima (first and second derivative tests) and absolute maximum/minimum on a closed interval — NCERT Chapter 6, in easy words.राशियों के परिवर्तन की दर, वर्धमान और ह्रासमान फलन, उच्चतम और निम्नतम (प्रथम और द्वितीय अवकलज परीक्षण) तथा संवृत अंतराल में निरपेक्ष उच्चतम/निम्नतम मान — NCERT अध्याय 6, आसान शब्दों में।Rate of change, increasing aur decreasing functions, maxima aur minima (first aur second derivative test) aur closed interval mein absolute maximum/minimum — NCERT Chapter 6, aasaan shabdon mein.
In this chapterइस अध्याय मेंIs chapter mein
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A growing circle: how fast does the area grow?बढ़ता हुआ वृत्त: क्षेत्रफल कितनी तेज़ी से बढ़ता है?Badhta hua circle: area kitni tezi se badhta hai?Example 3
Increasing and decreasing: colour by the sign of f′वर्धमान और ह्रासमान: f′ के चिह्न से रंगIncreasing aur decreasing: f′ ke sign se rangExample 17
Local maximum, local minimum and point of inflectionस्थानीय उच्चतम, स्थानीय निम्नतम और नति परिवर्तन बिंदुLocal maximum, local minimum aur point of inflectionMisc. Exercise Q10
Open box from a square sheetवर्गाकार चादर से खुला डिब्बाSquare sheet se khula boxExercise 6.3, Q17 · 3D
Absolute maximum and minimum on a closed intervalसंवृत अंतराल पर निरपेक्ष उच्चतम और निम्नतमClosed interval par absolute maximum aur minimumExample 273D models3D मॉडल3D models
Try it yourselfखुद करके देखिएKhud karke dekhiye
All sections (NCERT order)सभी खंड (NCERT क्रम)Saare sections (NCERT order)
- 6.1IntroductionपरिचयIntroduction
- 6.2Rate of Change of Quantitiesराशियों के परिवर्तन की दरQuantities ke badalne ki dar (Rate of change)
- 6.3Increasing and Decreasing Functionsवर्धमान और ह्रासमान फलनIncreasing aur Decreasing functions
- 6.4Maxima and Minimaउच्चतम और निम्नतमMaxima aur Minima
- 6.4.1Maximum and Minimum Values of a Function in a Closed Intervalसंवृत अंतराल में फलन के उच्चतम और निम्नतम मानClosed interval mein function ki maximum aur minimum values
- Miscellaneous Examplesविविध उदाहरणMiscellaneous Examples
- Formula sheetसूत्र-पत्रFormula sheet
- Quick revisionत्वरित पुनरावृत्तिQuick revision
6.1IntroductionपरिचयIntroduction
In this chapter we use the derivative (i) to find the rate of change of quantities, (ii) to find intervals on which a function is increasing or decreasing, and (iii) to find turning points of a graph — points where the function has its largest or smallest value (locally) — and the absolute largest/smallest value on a closed interval.इस अध्याय में हम अवकलज का प्रयोग (i) राशियों के परिवर्तन की दर ज्ञात करने, (ii) यह ज्ञात करने कि फलन किन अंतरालों में वर्धमान या ह्रासमान है, और (iii) ग्राफ़ के वर्तन बिंदु (turning points) ज्ञात करने में करेंगे — वे बिंदु जहाँ फलन का (स्थानीय रूप से) सबसे बड़ा या सबसे छोटा मान होता है — और संवृत अंतराल पर निरपेक्ष सबसे बड़ा/छोटा मान।Is chapter mein hum derivative ka use (i) quantities ke rate of change nikaalne, (ii) ye pata karne ki function kin intervals mein increasing ya decreasing hai, aur (iii) graph ke turning points dhoondhne mein karenge — wo points jahan function ki (locally) sabse badi ya sabse chhoti value hoti hai — aur closed interval par absolute sabse badi/chhoti value.Three uses: rate of change, increasing/decreasing, and maximum/minimum.
6.2Rate of Change of Quantitiesराशियों के परिवर्तन की दरQuantities ke badalne ki dar (Rate of change)
Recall that \dfrac{ds}{dt} means the rate of change of distance s with respect to time t. In the same way, if y = f(x), then \dfrac{dy}{dx} (or f'(x)) is the rate of change of y with respect to x, and \left(\dfrac{dy}{dx}\right)_{x = x_0} (or f'(x_0)) is the rate of change of y with respect to x at x = x_0.याद कीजिए कि \dfrac{ds}{dt} का अर्थ है समय t के सापेक्ष दूरी s के परिवर्तन की दर। इसी प्रकार, यदि y = f(x) हो, तो \dfrac{dy}{dx} (या f'(x)) x के सापेक्ष y के परिवर्तन की दर है, और \left(\dfrac{dy}{dx}\right)_{x = x_0} (या f'(x_0)), x = x_0 पर x के सापेक्ष y के परिवर्तन की दर है।Yaad kijiye ki \dfrac{ds}{dt} ka matlab hai time t ke saapeksh distance s ke badalne ki dar. Isi tarah, agar y = f(x) ho, to \dfrac{dy}{dx} (ya f'(x)) x ke respect mein y ka rate of change hai, aur \left(\dfrac{dy}{dx}\right)_{x = x_0} (ya f'(x_0)), x = x_0 par x ke respect mein y ka rate of change hai.dy/dx = how fast y changes when x changes. Put x = x₀ to get the rate at that point.
If x and y both change with another variable t, i.e. x = f(t) and y = g(t), then by the Chain Rule \dfrac{dy}{dx} = \dfrac{dy/dt}{dx/dt}, if \dfrac{dx}{dt} \ne 0. So the rate of change of y with respect to x can be found from the rates of change of y and of x, both with respect to t.यदि x और y दोनों किसी अन्य चर t के साथ बदलते हैं, अर्थात् x = f(t) और y = g(t), तो शृंखला नियम से \dfrac{dy}{dx} = \dfrac{dy/dt}{dx/dt}, यदि \dfrac{dx}{dt} \ne 0। अतः x के सापेक्ष y के परिवर्तन की दर, t के सापेक्ष y और x दोनों के परिवर्तन की दरों से निकाली जा सकती है।Agar x aur y dono kisi aur variable t ke saath badalte hain, yaani x = f(t) aur y = g(t), to Chain Rule se \dfrac{dy}{dx} = \dfrac{dy/dt}{dx/dt}, agar \dfrac{dx}{dt} \ne 0. Yaani x ke respect mein y ka rate, t ke respect mein y aur x dono ke rates se nikal sakta hai.Both depend on t? Divide their rates: dy/dx = (dy/dt) ÷ (dx/dt).
A growing circle: how fast does the area grow?बढ़ता हुआ वृत्त: क्षेत्रफल कितनी तेज़ी से बढ़ता है?Badhta hua circle: area kitni tezi se badhta hai?NCERT Example 3 · 5 tappable partsOpenSolution — step by step (3)हल — चरण दर चरण (3)Hal — step by step (3)
- Area of a circle of radius r.त्रिज्या r वाले वृत्त का क्षेत्रफल।Radius r wale circle ka area.A = \pi r^2
- Rate of change of A with respect to r = derivative of A with respect to r.r के सापेक्ष A के परिवर्तन की दर = r के सापेक्ष A का अवकलज।r ke respect mein A ka rate = r ke respect mein A ka derivative.\dfrac{dA}{dr} = \dfrac{d}{dr}(\pi r^2) = 2\pi r
- Put r = 5 only now, after differentiating.अवकलन के बाद ही अब r = 5 रखिए।Differentiate karne ke baad hi ab r = 5 daaliye.\left(\dfrac{dA}{dr}\right)_{r = 5} = 2\pi(5) = 10\pi
✔ The area changes at the rate of 10\pi cm² per cm of radius (the book prints the unit as cm²/s; the answers at the end of the book use cm²/cm for this type).क्षेत्रफल 10\pi cm² प्रति cm त्रिज्या की दर से बदलता है (पुस्तक में मात्रक cm²/s छपा है; पुस्तक के अंत के उत्तरों में ऐसे प्रश्नों का मात्रक cm²/cm है)।Area 10\pi cm² per cm radius ki dar se badalta hai (book mein unit cm²/s chhapa hai; book ke end ke answers mein aise sawaalon ki unit cm²/cm hai).
Solution — step by step (4)हल — चरण दर चरण (4)Hal — step by step (4)
- Let the edge be x; V = volume, S = surface area. x changes with time t.किनारा x मान लीजिए; V = आयतन, S = पृष्ठ क्षेत्रफल। x समय t के साथ बदलता है।Edge ko x maan lijiye; V = volume, S = surface area. x time t ke saath badalta hai.V = x^3,\quad S = 6x^2,\quad \dfrac{dV}{dt} = 9\ \text{cm}^3/\text{s}
- Differentiate V = x^3 with respect to t (chain rule).V = x^3 का t के सापेक्ष अवकलन कीजिए (शृंखला नियम)।V = x^3 ko t ke respect mein differentiate kijiye (chain rule).9 = \dfrac{dV}{dt} = 3x^2\,\dfrac{dx}{dt} \;\Rightarrow\; \dfrac{dx}{dt} = \dfrac{3}{x^2}
- Differentiate S = 6x^2 with respect to t and use the result above.S = 6x^2 का t के सापेक्ष अवकलन कीजिए और ऊपर का परिणाम रखिए।S = 6x^2 ko t ke respect mein differentiate kijiye aur upar wala result daaliye.\dfrac{dS}{dt} = 12x\,\dfrac{dx}{dt} = 12x \cdot \dfrac{3}{x^2} = \dfrac{36}{x}
- Now put the edge length 10 cm.अब किनारे की लंबाई 10 cm रखिए।Ab edge ki length 10 cm daaliye.x = 10:\quad \dfrac{dS}{dt} = \dfrac{36}{10} = 3.6
✔ The surface area is increasing at 3.6 cm²/s.पृष्ठ क्षेत्रफल 3.6 cm²/s की दर से बढ़ रहा है।Surface area 3.6 cm²/s ki dar se badh raha hai.
Solution — step by step (2)हल — चरण दर चरण (2)Hal — step by step (2)
- A = \pi r^2; differentiate with respect to time by the chain rule.A = \pi r^2; शृंखला नियम से समय के सापेक्ष अवकलन कीजिए।A = \pi r^2; chain rule se time ke respect mein differentiate kijiye.\dfrac{dA}{dt} = \dfrac{d}{dr}(\pi r^2)\cdot\dfrac{dr}{dt} = 2\pi r\,\dfrac{dr}{dt}
- The wave front moves at 4 cm/s, so the radius grows at 4 cm/s.तरंग 4 cm/s से आगे बढ़ती है, इसलिए त्रिज्या 4 cm/s से बढ़ती है।Wave 4 cm/s se aage badhti hai, isliye radius 4 cm/s se badhta hai.\dfrac{dr}{dt} = 4\ \text{cm/s},\quad r = 10:\ \dfrac{dA}{dt} = 2\pi(10)(4) = 80\pi
✔ The enclosed area is increasing at 80\pi cm²/s when r = 10 cm.r = 10 cm पर घिरा क्षेत्रफल 80\pi cm²/s की दर से बढ़ रहा है।r = 10 cm par ghira area 80\pi cm²/s ki dar se badh raha hai.
Solution — step by step (3)हल — चरण दर चरण (3)Hal — step by step (3)
- Length is decreasing, so its rate gets a minus sign.लंबाई घट रही है, इसलिए उसकी दर ऋणात्मक है।Length ghat rahi hai, isliye uski rate negative hai.\dfrac{dx}{dt} = -3\ \text{cm/min},\quad \dfrac{dy}{dt} = 2\ \text{cm/min}
- (a) Perimeter.(a) परिमाप।(a) Perimeter.P = 2(x + y) \Rightarrow \dfrac{dP}{dt} = 2\left(\dfrac{dx}{dt} + \dfrac{dy}{dt}\right) = 2(-3 + 2) = -2
- (b) Area — product rule, then x = 10, y = 6.(b) क्षेत्रफल — गुणनफल नियम, फिर x = 10, y = 6।(b) Area — product rule, phir x = 10, y = 6.A = xy \Rightarrow \dfrac{dA}{dt} = \dfrac{dx}{dt}\,y + x\,\dfrac{dy}{dt} = (-3)(6) + 10(2) = 2
✔ (a) The perimeter changes at -2 cm/min (it is decreasing). (b) The area changes at 2 cm²/min (it is increasing).(a) परिमाप -2 cm/मिनट की दर से बदलता है (घट रहा है)। (b) क्षेत्रफल 2 cm²/मिनट की दर से बदलता है (बढ़ रहा है)।(a) Perimeter -2 cm/min ki dar se badalta hai (ghat raha hai). (b) Area 2 cm²/min ki dar se badalta hai (badh raha hai).
In economics, marginal cost is the instantaneous rate of change of total cost with respect to output, and marginal revenue is the rate of change of total revenue with respect to the number of items sold.अर्थशास्त्र में सीमांत लागत उत्पादन के सापेक्ष कुल लागत के परिवर्तन की तात्क्षणिक दर है, और सीमांत आय बेची गई वस्तुओं की संख्या के सापेक्ष कुल आय के परिवर्तन की दर है।Economics mein marginal cost = output ke respect mein total cost ka instant rate of change, aur marginal revenue = beche gaye items ki sankhya ke respect mein total revenue ka rate of change.Marginal cost = dC/dx. Marginal revenue = dR/dx.
Solution — step by step (2)हल — चरण दर चरण (2)Hal — step by step (2)
- Differentiate the cost with respect to output x.लागत का उत्पादन x के सापेक्ष अवकलन कीजिए।Cost ko output x ke respect mein differentiate kijiye.MC = \dfrac{dC}{dx} = 0.005(3x^2) - 0.02(2x) + 30
- Put x = 3.x = 3 रखिए।x = 3 daaliye.x = 3:\ MC = 0.015(9) - 0.04(3) + 30 = 0.135 - 0.12 + 30 = 30.015
✔ Marginal cost ≈ ₹ 30.02 (exactly ₹ 30.015).सीमांत लागत ≈ ₹ 30.02 (ठीक ₹ 30.015)।Marginal cost ≈ ₹ 30.02 (exact ₹ 30.015).
Solution — step by step (2)हल — चरण दर चरण (2)Hal — step by step (2)
- Differentiate revenue with respect to x.आय का x के सापेक्ष अवकलन कीजिए।Revenue ko x ke respect mein differentiate kijiye.MR = \dfrac{dR}{dx} = 6x + 36
- Put x = 5.x = 5 रखिए।x = 5 daaliye.x = 5:\ MR = 6(5) + 36 = 66
✔ Marginal revenue = ₹ 66.सीमांत आय = ₹ 66।Marginal revenue = ₹ 66.
(Exercise 6.1, Q2) The volume of a cube is increasing at the rate of 8 cm³/s. How fast is the surface area increasing when the length of an edge is 12 cm?(प्रश्नावली 6.1, प्र. 2) एक घन का आयतन 8 cm³/s की दर से बढ़ रहा है। जब किनारा 12 cm है, तो पृष्ठ क्षेत्रफल किस दर से बढ़ रहा है?(Exercise 6.1, Q2) Cube ka volume 8 cm³/s se badh raha hai. Edge 12 cm ho tab surface area kitni tezi se badh raha hai?
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\dfrac{8}{3} cm²/s (since \dfrac{dS}{dt} = 12x\cdot\dfrac{8}{3x^2} = \dfrac{32}{x}, at x = 12).\dfrac{8}{3} cm²/s (क्योंकि \dfrac{dS}{dt} = 12x\cdot\dfrac{8}{3x^2} = \dfrac{32}{x}, x = 12 पर)।\dfrac{8}{3} cm²/s (kyunki \dfrac{dS}{dt} = 12x\cdot\dfrac{8}{3x^2} = \dfrac{32}{x}, x = 12 par).
(Exercise 6.1, Q8) A balloon, which always remains spherical, is inflated by pumping in 900 cm³ of gas per second. Find the rate at which the radius increases when the radius is 15 cm.(प्रश्नावली 6.1, प्र. 8) हमेशा गोलाकार रहने वाले गुब्बारे में 900 cm³ गैस प्रति सेकंड भरी जाती है। त्रिज्या 15 cm होने पर त्रिज्या बढ़ने की दर ज्ञात कीजिए।(Exercise 6.1, Q8) Hamesha spherical rehne wale balloon mein 900 cm³ gas per second bhari jaati hai. Radius 15 cm ho tab radius kis dar se badhta hai?
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\dfrac{1}{\pi} cm/s (from 900 = 4\pi r^2\,\dfrac{dr}{dt} with r = 15).\dfrac{1}{\pi} cm/s (900 = 4\pi r^2\,\dfrac{dr}{dt} में r = 15 रखकर)।\dfrac{1}{\pi} cm/s (900 = 4\pi r^2\,\dfrac{dr}{dt} mein r = 15 daalkar).
(Exercise 6.1, Q10) A 5 m ladder leans against a wall. Its foot is pulled away from the wall at 2 cm/s. How fast is its height on the wall decreasing when the foot is 4 m from the wall?(प्रश्नावली 6.1, प्र. 10) 5 m लंबी सीढ़ी दीवार के सहारे झुकी है। उसका निचला सिरा 2 cm/s की दर से दीवार से दूर खींचा जाता है। जब निचला सिरा दीवार से 4 m दूर है, तो दीवार पर ऊँचाई किस दर से घट रही है?(Exercise 6.1, Q10) 5 m ki seedhi deewar se tiki hai. Neeche ka sira 2 cm/s se deewar se door kheecha jaata hai. Jab sira deewar se 4 m door hai, deewar par height kis dar se ghat rahi hai?
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\dfrac{8}{3} cm/s (from x^2 + y^2 = 25: x\,\dfrac{dx}{dt} = -y\,\dfrac{dy}{dt} with x = 4, y = 3).\dfrac{8}{3} cm/s (x^2 + y^2 = 25 से: x\,\dfrac{dx}{dt} = -y\,\dfrac{dy}{dt}, x = 4, y = 3)।\dfrac{8}{3} cm/s (x^2 + y^2 = 25 se: x\,\dfrac{dx}{dt} = -y\,\dfrac{dy}{dt}, x = 4, y = 3).
(Exercise 6.1, Q11) A particle moves along the curve 6y = x^3 + 2. Find the points on the curve at which the y-coordinate is changing 8 times as fast as the x-coordinate.(प्रश्नावली 6.1, प्र. 11) एक कण वक्र 6y = x^3 + 2 के अनुगत गति कर रहा है। वक्र के उन बिंदुओं को ज्ञात कीजिए जहाँ y-निर्देशांक, x-निर्देशांक की तुलना में 8 गुना तीव्रता से बदल रहा है।(Exercise 6.1, Q11) Ek particle curve 6y = x^3 + 2 par chal raha hai. Wo points nikaaliye jahan y-coordinate, x-coordinate se 8 guna tezi se badal raha hai.
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(4, 11) and \left(-4, -\dfrac{31}{3}\right) (from \dfrac{x^2}{2} = 8).(4, 11) और \left(-4, -\dfrac{31}{3}\right) (\dfrac{x^2}{2} = 8 से)।(4, 11) aur \left(-4, -\dfrac{31}{3}\right) (\dfrac{x^2}{2} = 8 se).
(Exercise 6.1, Q14) Sand pours from a pipe at 12 cm³/s and forms a cone whose height is always one-sixth of the base radius. How fast is the height increasing when the height is 4 cm?(प्रश्नावली 6.1, प्र. 14) एक पाइप से रेत 12 cm³/s की दर से गिरकर शंकु बनाती है जिसकी ऊँचाई सदैव आधार की त्रिज्या का छठा भाग है। ऊँचाई 4 cm होने पर ऊँचाई किस दर से बढ़ रही है?(Exercise 6.1, Q14) Pipe se ret 12 cm³/s ki dar se girkar cone banati hai jiski height hamesha base radius ka chhatha hissa hai. Height 4 cm ho tab height kis dar se badh rahi hai?
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\dfrac{1}{48\pi} cm/s (here r = 6h, so V = 12\pi h^3 and 12 = 36\pi h^2\,\dfrac{dh}{dt}).\dfrac{1}{48\pi} cm/s (यहाँ r = 6h, अतः V = 12\pi h^3 और 12 = 36\pi h^2\,\dfrac{dh}{dt})।\dfrac{1}{48\pi} cm/s (yahan r = 6h, to V = 12\pi h^3 aur 12 = 36\pi h^2\,\dfrac{dh}{dt}).
(Exercise 6.1, Q15) C(x) = 0.007x^3 - 0.003x^2 + 15x + 4000. Find the marginal cost when 17 units are produced.(प्रश्नावली 6.1, प्र. 15) C(x) = 0.007x^3 - 0.003x^2 + 15x + 4000। 17 इकाइयों के उत्पादन पर सीमांत लागत ज्ञात कीजिए।(Exercise 6.1, Q15) C(x) = 0.007x^3 - 0.003x^2 + 15x + 4000. 17 units par marginal cost nikaaliye.
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₹ 20.967 (C'(x) = 0.021x^2 - 0.006x + 15 at x = 17).₹ 20.967 (x = 17 पर C'(x) = 0.021x^2 - 0.006x + 15)।₹ 20.967 (x = 17 par C'(x) = 0.021x^2 - 0.006x + 15).
6.3Increasing and Decreasing Functionsवर्धमान और ह्रासमान फलनIncreasing aur Decreasing functions
Solution — step by step (1)हल — चरण दर चरण (1)Hal — step by step (1)
- Take any two real numbers x_1 < x_2; multiplying by the positive number 7 and subtracting 3 keep the order.कोई भी दो वास्तविक संख्याएँ x_1 < x_2 लीजिए; धनात्मक संख्या 7 से गुणा करने और 3 घटाने पर क्रम नहीं बदलता।Koi bhi do real numbers x_1 < x_2 lijiye; positive number 7 se guna karne aur 3 ghataane par order nahi badalta.x_1 < x_2 \Rightarrow 7x_1 < 7x_2 \Rightarrow 7x_1 - 3 < 7x_2 - 3 \Rightarrow f(x_1) < f(x_2)
✔ By Definition 1, f is strictly increasing (so also increasing) on \mathbb{R}.परिभाषा 1 से f, \mathbb{R} पर निरंतर वर्धमान (अतः वर्धमान भी) है।Definition 1 se f, \mathbb{R} par strictly increasing (isliye increasing bhi) hai.
Why it works (proof of (a), NCERT): take x_1 < x_2 in [a, b]. By the Mean Value Theorem there is a c between them with f(x_2) - f(x_1) = f'(c)(x_2 - x_1). Here f'(c) > 0 and x_2 - x_1 > 0, so f(x_2) > f(x_1). Remark (NCERT): more generally, if f'(x) > 0 for x in an interval excluding the end points and f is continuous in the interval, then f is increasing (and similarly for decreasing).यह क्यों सही है (भाग (a) की उपपत्ति, NCERT): [a, b] में x_1 < x_2 लीजिए। माध्यमान प्रमेय से इनके बीच एक c है जिसके लिए f(x_2) - f(x_1) = f'(c)(x_2 - x_1)। यहाँ f'(c) > 0 और x_2 - x_1 > 0, अतः f(x_2) > f(x_1)। टिप्पणी (NCERT): अधिक व्यापक रूप में, यदि अंत्य बिंदुओं को छोड़कर किसी अंतराल में f'(x) > 0 हो और f उस अंतराल में संतत हो, तो f वर्धमान है (इसी प्रकार ह्रासमान के लिए)।Ye kyun sahi hai (part (a) ka proof, NCERT): [a, b] mein x_1 < x_2 lijiye. Mean Value Theorem se inke beech ek c hai jiske liye f(x_2) - f(x_1) = f'(c)(x_2 - x_1). Yahan f'(c) > 0 aur x_2 - x_1 > 0, to f(x_2) > f(x_1). Remark (NCERT): zyada general roop mein, agar end points chhodkar kisi interval mein f'(x) > 0 ho aur f us interval mein continuous ho, to f increasing hai (decreasing ke liye bhi aise hi).MVT: f(x₂) − f(x₁) = f′(c)(x₂ − x₁) > 0. End points need only continuity.
Increasing and decreasing: colour by the sign of f′वर्धमान और ह्रासमान: f′ के चिह्न से रंगIncreasing aur decreasing: f′ ke sign se rangNCERT Example 17 · 10 tappable partsOpenSolution — step by step (2)हल — चरण दर चरण (2)Hal — step by step (2)
- Differentiate and complete the square.अवकलन कीजिए और पूर्ण वर्ग बनाइए।Differentiate kijiye aur perfect square banaiye.f'(x) = 3x^2 - 6x + 4 = 3(x^2 - 2x + 1) + 1 = 3(x - 1)^2 + 1
- A square is never negative, so f'(x) > 0 in every interval of \mathbb{R}.वर्ग कभी ऋणात्मक नहीं होता, अतः \mathbb{R} के हर अंतराल में f'(x) > 0।Square kabhi negative nahi hota, isliye \mathbb{R} ke har interval mein f'(x) > 0.3(x - 1)^2 \ge 0 \Rightarrow f'(x) \ge 1 > 0
✔ By Theorem 1, f is increasing on \mathbb{R}.प्रमेय 1 से f, \mathbb{R} पर वर्धमान है।Theorem 1 se f, \mathbb{R} par increasing hai.
Solution — step by step (3)हल — चरण दर चरण (3)Hal — step by step (3)
- Derivative of \cos x.\cos x का अवकलज।\cos x ka derivative.f'(x) = -\sin x
- (a) So f is decreasing in (0, \pi).(a) अतः (0, \pi) में f ह्रासमान है।(a) To (0, \pi) mein f decreasing hai.x \in (0, \pi):\ \sin x > 0 \Rightarrow f'(x) < 0
- (b) So f is increasing in (\pi, 2\pi).(b) अतः (\pi, 2\pi) में f वर्धमान है।(b) To (\pi, 2\pi) mein f increasing hai.x \in (\pi, 2\pi):\ \sin x < 0 \Rightarrow f'(x) > 0
✔ (c) By (a) and (b), f goes down and then up in (0, 2\pi), so it is neither increasing nor decreasing there.(c) (a) और (b) से, (0, 2\pi) में f पहले घटता है फिर बढ़ता है, अतः वहाँ वह न वर्धमान है न ह्रासमान।(c) (a) aur (b) se, (0, 2\pi) mein f pehle ghatta hai phir badhta hai, isliye wahan wo na increasing hai na decreasing.
Solution — step by step (2)हल — चरण दर चरण (2)Hal — step by step (2)
- The point x = 2 splits the real line into (-\infty, 2) and (2, \infty).बिंदु x = 2 वास्तविक रेखा को (-\infty, 2) और (2, \infty) में बाँटता है।Point x = 2 real line ko (-\infty, 2) aur (2, \infty) mein baantta hai.f'(x) = 2x - 4 = 0 \Rightarrow x = 2
- Test the sign of 2x - 4 on each side.दोनों ओर 2x - 4 का चिह्न जाँचिए।Dono taraf 2x - 4 ka sign check kijiye.x < 2:\ f'(x) < 0;\qquad x > 2:\ f'(x) > 0
✔ (a) f is increasing in (2, \infty); (b) decreasing in (-\infty, 2).(a) f, (2, \infty) में वर्धमान है; (b) (-\infty, 2) में ह्रासमान।(a) f, (2, \infty) mein increasing hai; (b) (-\infty, 2) mein decreasing.
Solution — step by step (3)हल — चरण दर चरण (3)Hal — step by step (3)
- Differentiate and factorise.अवकलन करके गुणनखंड कीजिए।Differentiate karke factorise kijiye.f'(x) = 12x^2 - 12x - 72 = 12(x^2 - x - 6) = 12(x - 3)(x + 2)
- These split \mathbb{R} into (-\infty, -2), (-2, 3), (3, \infty).ये \mathbb{R} को (-\infty, -2), (-2, 3), (3, \infty) में बाँटते हैं।Ye \mathbb{R} ko (-\infty, -2), (-2, 3), (3, \infty) mein baant dete hain.f'(x) = 0 \Rightarrow x = -2,\ 3
- Signs of (x - 3) and (x + 2) in each interval.हर अंतराल में (x - 3) और (x + 2) के चिह्न।Har interval mein (x - 3) aur (x + 2) ke signs.(-\infty, -2):\ (-)(-) > 0;\quad (-2, 3):\ (-)(+) < 0;\quad (3, \infty):\ (+)(+) > 0
✔ (a) Increasing in (-\infty, -2) and (3, \infty); (b) decreasing in (-2, 3). However, f is neither increasing nor decreasing in \mathbb{R}.(a) (-\infty, -2) और (3, \infty) में वर्धमान; (b) (-2, 3) में ह्रासमान। परंतु \mathbb{R} में f न वर्धमान है न ह्रासमान।(a) (-\infty, -2) aur (3, \infty) mein increasing; (b) (-2, 3) mein decreasing. Lekin poore \mathbb{R} mein f na increasing hai na decreasing.
Solution — step by step (3)हल — चरण दर चरण (3)Hal — step by step (3)
- x \in [0, \frac{\pi}{2}] means 3x \in [0, \frac{3\pi}{2}].x \in [0, \frac{\pi}{2}] का अर्थ है 3x \in [0, \frac{3\pi}{2}]।x \in [0, \frac{\pi}{2}] ka matlab 3x \in [0, \frac{3\pi}{2}].f'(x) = 3\cos 3x = 0 \Rightarrow 3x = \dfrac{\pi}{2},\ \dfrac{3\pi}{2} \Rightarrow x = \dfrac{\pi}{6},\ \dfrac{\pi}{2}
- Cosine is positive in the first quadrant.प्रथम चतुर्थांश में cos धनात्मक है।Pehle quadrant mein cos positive hai.0 \le x < \tfrac{\pi}{6} \Rightarrow 0 \le 3x < \tfrac{\pi}{2} \Rightarrow f'(x) > 0
- Cosine is negative between \frac{\pi}{2} and \frac{3\pi}{2}.\frac{\pi}{2} और \frac{3\pi}{2} के बीच cos ऋणात्मक है।\frac{\pi}{2} aur \frac{3\pi}{2} ke beech cos negative hai.\tfrac{\pi}{6} < x < \tfrac{\pi}{2} \Rightarrow \tfrac{\pi}{2} < 3x < \tfrac{3\pi}{2} \Rightarrow f'(x) < 0
✔ f is continuous at 0 and \frac{\pi}{6}, so by Theorem 1: (a) increasing on \left[0, \dfrac{\pi}{6}\right]; (b) decreasing on \left[\dfrac{\pi}{6}, \dfrac{\pi}{2}\right].f, 0 और \frac{\pi}{6} पर संतत है, अतः प्रमेय 1 से: (a) \left[0, \dfrac{\pi}{6}\right] पर वर्धमान; (b) \left[\dfrac{\pi}{6}, \dfrac{\pi}{2}\right] पर ह्रासमान।f, 0 aur \frac{\pi}{6} par continuous hai, to Theorem 1 se: (a) \left[0, \dfrac{\pi}{6}\right] par increasing; (b) \left[\dfrac{\pi}{6}, \dfrac{\pi}{2}\right] par decreasing.
Solution — step by step (2)हल — चरण दर चरण (2)Hal — step by step (2)
- Only these two values lie in [0, 2\pi].[0, 2\pi] में केवल ये दो मान हैं।[0, 2\pi] mein sirf ye do values hain.f'(x) = \cos x - \sin x = 0 \Rightarrow \sin x = \cos x \Rightarrow x = \dfrac{\pi}{4},\ \dfrac{5\pi}{4}
- Check a test point in each piece, e.g. x = 0: f'(0) = 1 > 0; x = \pi: f'(\pi) = -1 < 0.हर भाग में एक परीक्षण बिंदु जाँचिए, जैसे x = 0: f'(0) = 1 > 0; x = \pi: f'(\pi) = -1 < 0।Har hisse mein ek test point check kijiye, jaise x = 0: f'(0) = 1 > 0; x = \pi: f'(\pi) = -1 < 0.\left[0, \tfrac{\pi}{4}\right):\ f' > 0;\quad \left(\tfrac{\pi}{4}, \tfrac{5\pi}{4}\right):\ f' < 0;\quad \left(\tfrac{5\pi}{4}, 2\pi\right]:\ f' > 0
✔ Increasing in \left[0, \dfrac{\pi}{4}\right) and \left(\dfrac{5\pi}{4}, 2\pi\right]; decreasing in \left(\dfrac{\pi}{4}, \dfrac{5\pi}{4}\right).\left[0, \dfrac{\pi}{4}\right) और \left(\dfrac{5\pi}{4}, 2\pi\right] में वर्धमान; \left(\dfrac{\pi}{4}, \dfrac{5\pi}{4}\right) में ह्रासमान।\left[0, \dfrac{\pi}{4}\right) aur \left(\dfrac{5\pi}{4}, 2\pi\right] mein increasing; \left(\dfrac{\pi}{4}, \dfrac{5\pi}{4}\right) mein decreasing.
(Exercise 6.2, Q4) Find the intervals in which f(x) = 2x^2 - 3x is (a) increasing (b) decreasing.(प्रश्नावली 6.2, प्र. 4) वे अंतराल ज्ञात कीजिए जिनमें f(x) = 2x^2 - 3x (a) वर्धमान (b) ह्रासमान है।(Exercise 6.2, Q4) Intervals nikaaliye jinmein f(x) = 2x^2 - 3x (a) increasing (b) decreasing hai.
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(a) \left(\dfrac{3}{4}, \infty\right) (b) \left(-\infty, \dfrac{3}{4}\right), since f'(x) = 4x - 3.(a) \left(\dfrac{3}{4}, \infty\right) (b) \left(-\infty, \dfrac{3}{4}\right), क्योंकि f'(x) = 4x - 3।(a) \left(\dfrac{3}{4}, \infty\right) (b) \left(-\infty, \dfrac{3}{4}\right), kyunki f'(x) = 4x - 3.
(Exercise 6.2, Q5) Find the intervals in which f(x) = 2x^3 - 3x^2 - 36x + 7 is (a) increasing (b) decreasing.(प्रश्नावली 6.2, प्र. 5) वे अंतराल ज्ञात कीजिए जिनमें f(x) = 2x^3 - 3x^2 - 36x + 7 (a) वर्धमान (b) ह्रासमान है।(Exercise 6.2, Q5) Intervals nikaaliye jinmein f(x) = 2x^3 - 3x^2 - 36x + 7 (a) increasing (b) decreasing hai.
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(a) (-\infty, -2) and (3, \infty) (b) (-2, 3), since f'(x) = 6(x - 3)(x + 2).(a) (-\infty, -2) और (3, \infty) (b) (-2, 3), क्योंकि f'(x) = 6(x - 3)(x + 2)।(a) (-\infty, -2) aur (3, \infty) (b) (-2, 3), kyunki f'(x) = 6(x - 3)(x + 2).
(Exercise 6.2, Q6 c) Where is -2x^3 - 9x^2 - 12x + 1 strictly increasing or decreasing?(प्रश्नावली 6.2, प्र. 6 c) -2x^3 - 9x^2 - 12x + 1 कहाँ निरंतर वर्धमान या ह्रासमान है?(Exercise 6.2, Q6 c) -2x^3 - 9x^2 - 12x + 1 kahan strictly increasing ya decreasing hai?
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Increasing for -2 < x < -1; decreasing for x < -2 and x > -1 (f'(x) = -6(x + 1)(x + 2)).-2 < x < -1 के लिए वर्धमान; x < -2 और x > -1 के लिए ह्रासमान (f'(x) = -6(x + 1)(x + 2))।-2 < x < -1 ke liye increasing; x < -2 aur x > -1 ke liye decreasing (f'(x) = -6(x + 1)(x + 2)).
(Exercise 6.2, Q8) Find the values of x for which y = [x(x - 2)]^2 is an increasing function.(प्रश्नावली 6.2, प्र. 8) x के वे मान ज्ञात कीजिए जिनके लिए y = [x(x - 2)]^2 एक वर्धमान फलन है।(Exercise 6.2, Q8) x ki wo values nikaaliye jinke liye y = [x(x - 2)]^2 increasing hai.
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0 < x < 1 and x > 2 (here \dfrac{dy}{dx} = 4x(x - 1)(x - 2)).0 < x < 1 और x > 2 (यहाँ \dfrac{dy}{dx} = 4x(x - 1)(x - 2))।0 < x < 1 aur x > 2 (yahan \dfrac{dy}{dx} = 4x(x - 1)(x - 2)).
(Exercise 6.2, Q14) For what values of a is f(x) = x^2 + ax + 1 increasing on [1, 2]?(प्रश्नावली 6.2, प्र. 14) a के किन मानों के लिए f(x) = x^2 + ax + 1, [1, 2] पर वर्धमान है?(Exercise 6.2, Q14) a ki kin values ke liye f(x) = x^2 + ax + 1, [1, 2] par increasing hai?
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a > -2 (we need f'(x) = 2x + a > 0 on (1, 2); the smallest value of 2x + a there is near 2 + a). NCERT answer: a > -2.a > -2 ((1, 2) पर f'(x) = 2x + a > 0 चाहिए; वहाँ 2x + a का सबसे छोटा मान 2 + a के पास है)। NCERT उत्तर: a > -2।a > -2 ((1, 2) par f'(x) = 2x + a > 0 chahiye; wahan 2x + a ki sabse chhoti value 2 + a ke paas hai). NCERT answer: a > -2.
(Exercise 6.2, Q19) The interval in which y = x^2 e^{-x} is increasing is (A) (-\infty, \infty) (B) (-2, 0) (C) (2, \infty) (D) (0, 2)(प्रश्नावली 6.2, प्र. 19) वह अंतराल जिसमें y = x^2 e^{-x} वर्धमान है: (A) (-\infty, \infty) (B) (-2, 0) (C) (2, \infty) (D) (0, 2)(Exercise 6.2, Q19) Wo interval jismein y = x^2 e^{-x} increasing hai: (A) (-\infty, \infty) (B) (-2, 0) (C) (2, \infty) (D) (0, 2)
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(D) (0, 2), since \dfrac{dy}{dx} = x(2 - x)e^{-x} > 0 only for 0 < x < 2.(D) (0, 2), क्योंकि \dfrac{dy}{dx} = x(2 - x)e^{-x} > 0 केवल 0 < x < 2 के लिए।(D) (0, 2), kyunki \dfrac{dy}{dx} = x(2 - x)e^{-x} > 0 sirf 0 < x < 2 ke liye.
6.4Maxima and Minimaउच्चतम और निम्नतमMaxima aur Minima
NCERT starts with three everyday problems: (i) the profit P(x) = ax + bx^2 from a grove of orange trees — how many trees per acre maximise profit? (ii) a ball thrown from a 60 m building follows h(x) = 60 + x - \dfrac{x^2}{60} — what is its maximum height? (iii) a helicopter flies along f(x) = x^2 + 7 and a soldier stands at (1, 2) — what is the nearest distance? In each, we want a maximum or minimum value.NCERT तीन रोज़मर्रा के प्रश्नों से शुरू करती है: (i) संतरे के बाग़ से लाभ P(x) = ax + bx^2 — प्रति एकड़ कितने पेड़ लाभ को अधिकतम करेंगे? (ii) 60 m ऊँची इमारत से फेंकी गेंद h(x) = 60 + x - \dfrac{x^2}{60} पथ पर चलती है — उसकी अधिकतम ऊँचाई क्या है? (iii) एक हेलिकॉप्टर f(x) = x^2 + 7 पर उड़ रहा है और एक सैनिक (1, 2) पर है — निकटतम दूरी क्या है? हर प्रश्न में हमें उच्चतम या निम्नतम मान चाहिए।NCERT teen rozana ke sawaalon se shuru karti hai: (i) santre ke baag se profit P(x) = ax + bx^2 — per acre kitne ped profit ko maximum karenge? (ii) 60 m oonchi building se phenki ball h(x) = 60 + x - \dfrac{x^2}{60} par chalti hai — maximum height kya hai? (iii) helicopter f(x) = x^2 + 7 par ud raha hai aur soldier (1, 2) par hai — sabse kam doori kya hai? Har sawaal mein humein maximum ya minimum value chahiye.Profit, height, distance: all ask for the largest or smallest value.
Solution — step by step (2)हल — चरण दर चरण (2)Hal — step by step (2)
- A square is never negative and it is 0 at x = 0.वर्ग कभी ऋणात्मक नहीं होता और x = 0 पर 0 है।Square kabhi negative nahi hota aur x = 0 par 0 hai.f(x) = x^2 \ge 0\ \ \forall\, x \in \mathbb{R},\quad f(0) = 0
- The graph keeps rising on both sides, so there is no largest value.ग्राफ़ दोनों ओर ऊपर उठता ही जाता है, अतः कोई सबसे बड़ा मान नहीं।Graph dono taraf upar uthta hi jaata hai, isliye koi sabse badi value nahi.x^2 \to \infty \text{ as } |x| \to \infty
✔ Minimum value 0 at x = 0; no maximum value in \mathbb{R}. (Note: on [-2, 1] the maximum value would be (-2)^2 = 4 at x = -2.)x = 0 पर निम्नतम मान 0; \mathbb{R} में कोई उच्चतम मान नहीं। (टिप्पणी: [-2, 1] पर उच्चतम मान x = -2 पर (-2)^2 = 4 होगा।)x = 0 par minimum value 0; \mathbb{R} mein koi maximum value nahi. (Note: [-2, 1] par maximum value x = -2 par (-2)^2 = 4 hogi.)
Solution — step by step (1)हल — चरण दर चरण (1)Hal — step by step (1)
- Distance from 0 is never negative.0 से दूरी कभी ऋणात्मक नहीं होती।0 se doori kabhi negative nahi hoti.|x| \ge 0\ \ \forall\, x,\quad |0| = 0
✔ Minimum value 0 at x = 0; no maximum value in \mathbb{R}. On [-2, 1] the maximum would be |-2| = 2. Note: |x| is not differentiable at 0, yet it has its minimum there — the graph shows it.x = 0 पर निम्नतम मान 0; \mathbb{R} में कोई उच्चतम मान नहीं। [-2, 1] पर उच्चतम मान |-2| = 2 होगा। ध्यान दीजिए: |x|, 0 पर अवकलनीय नहीं है, फिर भी वहीं इसका निम्नतम मान है — ग्राफ़ यह दिखाता है।x = 0 par minimum value 0; \mathbb{R} mein koi maximum nahi. [-2, 1] par maximum |-2| = 2 hogi. Dhyaan dijiye: |x|, 0 par differentiable nahi, phir bhi wahin iski minimum value hai — graph ye dikhata hai.
Solution — step by step (2)हल — चरण दर चरण (2)Hal — step by step (2)
- Whatever point you call "closest to 0", half of it is even closer — so no point gives the minimum.जिस बिंदु को आप "0 के सबसे निकट" कहें, उसका आधा और भी निकट है — अतः कोई बिंदु निम्नतम मान नहीं देता।Jis point ko aap "0 ke sabse paas" kahein, uska aadha aur bhi paas hai — isliye koi point minimum nahi deta.x_0 \in (0, 1) \Rightarrow \dfrac{x_0}{2} < x_0 \text{ and } \dfrac{x_0}{2} \in (0, 1)
- Similarly no point is "closest to 1", so no maximum.इसी प्रकार कोई बिंदु "1 के सबसे निकट" नहीं, अतः उच्चतम मान नहीं।Isi tarah koi point "1 ke sabse paas" nahi, isliye maximum nahi.x_1 \in (0, 1) \Rightarrow \dfrac{x_1 + 1}{2} > x_1 \text{ and } \dfrac{x_1 + 1}{2} \in (0, 1)
✔ f has neither a maximum nor a minimum value in (0, 1). On [0, 1] it would have minimum 0 (at x = 0) and maximum 1 (at x = 1).(0, 1) में f का न उच्चतम मान है न निम्नतम। [0, 1] पर निम्नतम मान 0 (x = 0 पर) और उच्चतम मान 1 (x = 1 पर) होगा।(0, 1) mein f ki na maximum value hai na minimum. [0, 1] par minimum 0 (x = 0 par) aur maximum 1 (x = 1 par) hogi.
Now look at a wavy graph: at some points it changes from decreasing to increasing (a little valley) or from increasing to decreasing (a little hill). These are turning points. The function has its smallest value near a valley bottom and its largest value near a hill top — so these are points of local minimum and local maximum (also called relative minimum / maximum).अब लहरदार ग्राफ़ देखिए: कुछ बिंदुओं पर वह ह्रासमान से वर्धमान (छोटी घाटी) या वर्धमान से ह्रासमान (छोटी पहाड़ी) में बदलता है। ये वर्तन बिंदु हैं। घाटी के तल के आसपास फलन का सबसे छोटा मान और पहाड़ी की चोटी के आसपास सबसे बड़ा मान होता है — इसलिए ये स्थानीय निम्नतम और स्थानीय उच्चतम के बिंदु हैं (इन्हें सापेक्ष निम्नतम/उच्चतम भी कहते हैं)।Ab lehardar graph dekhiye: kuch points par wo decreasing se increasing (chhoti ghaati) ya increasing se decreasing (chhoti pahadi) mein badalta hai. Ye turning points hain. Ghaati ke tal ke aas-paas function ki sabse chhoti value aur pahadi ki choti ke aas-paas sabse badi value hoti hai — isliye ye local minimum aur local maximum ke points hain (relative minimum/maximum bhi kehte hain).Hill top = local maximum, valley bottom = local minimum.
Local maximum, local minimum and point of inflectionस्थानीय उच्चतम, स्थानीय निम्नतम और नति परिवर्तन बिंदुLocal maximum, local minimum aur point of inflectionNCERT Misc. Exercise Q10 · 7 tappable partsOpenSolution — step by step (3)हल — चरण दर चरण (3)Hal — step by step (3)
- These are the only critical points.केवल यही क्रांतिक बिंदु हैं।Sirf yahi critical points hain.f'(x) = 3x^2 - 3 = 3(x - 1)(x + 1) = 0 \Rightarrow x = 1,\ -1
- Sign changes from - to + at x = 1 → local minima; f(1) = 1 - 3 + 3 = 1.x = 1 पर चिह्न - से + → स्थानीय निम्नतम; f(1) = 1 - 3 + 3 = 1।x = 1 par sign - se + → local minima; f(1) = 1 - 3 + 3 = 1.\text{near } 1:\ f'(0.9) < 0,\ f'(1.1) > 0
- Sign changes from + to - at x = -1 → local maxima; f(-1) = -1 + 3 + 3 = 5.x = -1 पर चिह्न + से - → स्थानीय उच्चतम; f(-1) = -1 + 3 + 3 = 5।x = -1 par sign + se - → local maxima; f(-1) = -1 + 3 + 3 = 5.\text{near } -1:\ f'(-1.1) > 0,\ f'(-0.9) < 0
✔ x = -1: local maxima, local maximum value 5. x = 1: local minima, local minimum value 1.x = -1: स्थानीय उच्चतम, स्थानीय उच्चतम मान 5। x = 1: स्थानीय निम्नतम, स्थानीय निम्नतम मान 1।x = -1: local maxima, local maximum value 5. x = 1: local minima, local minimum value 1.
Solution — step by step (2)हल — चरण दर चरण (2)Hal — step by step (2)
- Only critical point: x = 1.केवल एक क्रांतिक बिंदु: x = 1।Sirf ek critical point: x = 1.f'(x) = 6x^2 - 12x + 6 = 6(x - 1)^2 = 0 \Rightarrow x = 1
- The sign does not change through x = 1.x = 1 से होकर चिह्न नहीं बदलता।x = 1 se guzarte hue sign nahi badalta.f'(x) = 6(x - 1)^2 \ge 0;\ \ f'(x) > 0 \text{ just left and just right of } 1
✔ x = 1 is neither a point of local maxima nor of local minima — it is a point of inflection. Since f' never changes sign on \mathbb{R}, the graph has no turning points.x = 1 न स्थानीय उच्चतम का बिंदु है न स्थानीय निम्नतम का — यह नति परिवर्तन बिंदु है। क्योंकि \mathbb{R} पर f' कभी चिह्न नहीं बदलता, ग्राफ़ में कोई वर्तन बिंदु नहीं।x = 1 na local maxima hai na local minima — ye point of inflection hai. Kyunki \mathbb{R} par f' kabhi sign nahi badalta, graph mein koi turning point nahi.
Solution — step by step (2)हल — चरण दर चरण (2)Hal — step by step (2)
- So the second derivative test cannot be used; 0 is a critical point. Use the first derivative test.अतः द्वितीय अवकलज परीक्षण लागू नहीं; 0 एक क्रांतिक बिंदु है। प्रथम अवकलज परीक्षण लगाइए।Isliye second derivative test nahi lagega; 0 critical point hai. First derivative test lagaiye.f \text{ is not differentiable at } x = 0
- Sign of f' changes from - to + at 0.0 पर f' का चिह्न - से + बदलता है।0 par f' ka sign - se + badalta hai.x < 0:\ f(x) = 3 - x,\ f'(x) = -1 < 0;\qquad x > 0:\ f(x) = 3 + x,\ f'(x) = 1 > 0
✔ x = 0 is a point of local minima and the local minimum value is f(0) = 3.x = 0 स्थानीय निम्नतम का बिंदु है और स्थानीय निम्नतम मान f(0) = 3 है।x = 0 local minima ka point hai aur local minimum value f(0) = 3 hai.
Solution — step by step (4)हल — चरण दर चरण (4)Hal — step by step (4)
- Critical points.क्रांतिक बिंदु।Critical points.f'(x) = 12x^3 + 12x^2 - 24x = 12x(x - 1)(x + 2) = 0 \Rightarrow x = 0,\ 1,\ -2
- Second derivative.द्वितीय अवकलज।Second derivative.f''(x) = 36x^2 + 24x - 24 = 12(3x^2 + 2x - 2)
- Apply the second derivative test at each critical point.हर क्रांतिक बिंदु पर द्वितीय अवकलज परीक्षण लगाइए।Har critical point par second derivative test lagaiye.f''(0) = -24 < 0,\quad f''(1) = 36 > 0,\quad f''(-2) = 72 > 0
- Find the values of f at these points.इन बिंदुओं पर f के मान निकालिए।In points par f ki values nikaaliye.f(0) = 12,\quad f(1) = 3 + 4 - 12 + 12 = 7,\quad f(-2) = 48 - 32 - 48 + 12 = -20
✔ Local maximum value f(0) = 12 at x = 0; local minimum values f(1) = 7 at x = 1 and f(-2) = -20 at x = -2.x = 0 पर स्थानीय उच्चतम मान f(0) = 12; x = 1 पर स्थानीय निम्नतम मान f(1) = 7 और x = -2 पर f(-2) = -20।x = 0 par local maximum value f(0) = 12; x = 1 par local minimum value f(1) = 7 aur x = -2 par f(-2) = -20.
Solution — step by step (2)हल — चरण दर चरण (2)Hal — step by step (2)
- Same function as Example 18, now with the second derivative.उदाहरण 18 वाला ही फलन, अब द्वितीय अवकलज के साथ।Example 18 wala hi function, ab second derivative ke saath.f'(x) = 6(x - 1)^2,\quad f''(x) = 12(x - 1)
- The second derivative test fails here.यहाँ द्वितीय अवकलज परीक्षण असफल है।Yahan second derivative test fail hai.f'(1) = 0,\quad f''(1) = 0
✔ Go back to the first derivative test (Example 18): x = 1 is neither a point of local maxima nor of local minima; it is a point of inflection.प्रथम अवकलज परीक्षण पर लौटिए (उदाहरण 18): x = 1 न स्थानीय उच्चतम का बिंदु है न स्थानीय निम्नतम का; यह नति परिवर्तन बिंदु है।First derivative test par wapas jaaiye (Example 18): x = 1 na local maxima hai na local minima; ye point of inflection hai.
Solution — step by step (2)हल — चरण दर चरण (2)Hal — step by step (2)
- Let one number be x; the other is 15 - x.एक संख्या x मानिए; दूसरी 15 - x है।Ek number x maaniye; doosra 15 - x hai.S(x) = x^2 + (15 - x)^2 = 2x^2 - 30x + 225
- By the second derivative test, x = \frac{15}{2} gives a local minimum of S.द्वितीय अवकलज परीक्षण से x = \frac{15}{2} पर S का स्थानीय निम्नतम है।Second derivative test se x = \frac{15}{2} par S ka local minimum hai.S'(x) = 4x - 30 = 0 \Rightarrow x = \dfrac{15}{2},\qquad S''(x) = 4 > 0
✔ The numbers are \dfrac{15}{2} and 15 - \dfrac{15}{2} = \dfrac{15}{2}. (In general, for sum k they are \dfrac{k}{2} and \dfrac{k}{2}.)संख्याएँ \dfrac{15}{2} और 15 - \dfrac{15}{2} = \dfrac{15}{2} हैं। (व्यापक रूप में योग k के लिए \dfrac{k}{2} और \dfrac{k}{2}।)Numbers \dfrac{15}{2} aur 15 - \dfrac{15}{2} = \dfrac{15}{2} hain. (General: sum k ke liye \dfrac{k}{2} aur \dfrac{k}{2}.)
Solution — step by step (4)हल — चरण दर चरण (4)Hal — step by step (4)
- Take any point (h, k) on the parabola; since k = h^2, write D in terms of k only.परवलय पर कोई बिंदु (h, k) लीजिए; k = h^2 से D को केवल k में लिखिए।Parabola par koi point (h, k) lijiye; k = h^2 se D ko sirf k mein likhiye.D = \sqrt{h^2 + (k - c)^2},\quad k = h^2 \Rightarrow D(k) = \sqrt{k + (k - c)^2}
- Set the derivative to zero.अवकलज को शून्य रखिए।Derivative ko zero rakhiye.D'(k) = \dfrac{1 + 2(k - c)}{2\sqrt{k + (k - c)^2}} = 0 \Rightarrow k = \dfrac{2c - 1}{2}
- First derivative test: - to +, so D is minimum there (the first derivative test is easier here than the second).प्रथम अवकलज परीक्षण: - से +, अतः वहाँ D न्यूनतम है (यहाँ प्रथम अवकलज परीक्षण द्वितीय से आसान है)।First derivative test: - se +, isliye wahan D minimum hai (yahan first test second se aasaan hai).k < \tfrac{2c - 1}{2} \Rightarrow D'(k) < 0;\qquad k > \tfrac{2c - 1}{2} \Rightarrow D'(k) > 0
- Substitute k = \frac{2c - 1}{2}.k = \frac{2c - 1}{2} रखिए।k = \frac{2c - 1}{2} daaliye.D = \sqrt{\dfrac{2c - 1}{2} + \left(\dfrac{2c - 1}{2} - c\right)^2} = \sqrt{\dfrac{2c - 1}{2} + \dfrac{1}{4}} = \dfrac{\sqrt{4c - 1}}{2}
✔ The shortest distance is \dfrac{\sqrt{4c - 1}}{2}.न्यूनतम दूरी \dfrac{\sqrt{4c - 1}}{2} है।Sabse kam doori \dfrac{\sqrt{4c - 1}}{2} hai.
Solution — step by step (3)हल — चरण दर चरण (3)Hal — step by step (3)
- Let AR = x m, so RB = (20 - x) m; use Pythagoras in the two right triangles.मान लीजिए AR = x m, तो RB = (20 - x) m; दोनों समकोण त्रिभुजों में पाइथागोरस लगाइए।Maan lijiye AR = x m, to RB = (20 - x) m; dono right triangles mein Pythagoras lagaiye.RP^2 = x^2 + 16^2,\quad RQ^2 = (20 - x)^2 + 22^2
- Add them.दोनों जोड़िए।Dono jodiye.S(x) = x^2 + 256 + (20 - x)^2 + 484 = 2x^2 - 40x + 1140
- Second derivative test → minimum.द्वितीय अवकलज परीक्षण → न्यूनतम।Second derivative test → minimum.S'(x) = 4x - 40 = 0 \Rightarrow x = 10,\qquad S''(x) = 4 > 0
✔ AR = 10 m (R is the midpoint of AB).AR = 10 m (R, AB का मध्य-बिंदु है)।AR = 10 m (R, AB ka midpoint hai).
Solution — step by step (6)हल — चरण दर चरण (6)Hal — step by step (6)
- Drop perpendiculars DP and CQ on the base AB; \triangle APD \sim \triangle BQC and use Pythagoras.आधार AB पर लंब DP और CQ डालिए; \triangle APD \sim \triangle BQC और पाइथागोरस लगाइए।Base AB par perpendicular DP aur CQ daaliye; \triangle APD \sim \triangle BQC aur Pythagoras lagaiye.AP = QB = x,\quad DP = QC = \sqrt{100 - x^2}
- Area = ½ (sum of parallel sides) × height; the base is 2x + 10.क्षेत्रफल = ½ (समांतर भुजाओं का योग) × ऊँचाई; आधार 2x + 10 है।Area = ½ (parallel sides ka sum) × height; base 2x + 10 hai.A(x) = \tfrac{1}{2}(2x + 10 + 10)\sqrt{100 - x^2} = (x + 10)\sqrt{100 - x^2}
- Product rule, then a common denominator.गुणनफल नियम, फिर एक समान हर।Product rule, phir common denominator.A'(x) = \sqrt{100 - x^2} - \dfrac{x(x + 10)}{\sqrt{100 - x^2}} = \dfrac{-2x^2 - 10x + 100}{\sqrt{100 - x^2}}
- A distance cannot be negative.दूरी ऋणात्मक नहीं हो सकती।Doori negative nahi ho sakti.2x^2 + 10x - 100 = 0 \Rightarrow x = 5 \ \ (x = -10 \text{ rejected})
- Second derivative test → maximum at x = 5.द्वितीय अवकलज परीक्षण → x = 5 पर उच्चतम।Second derivative test → x = 5 par maximum.A''(x) = \dfrac{2x^3 - 300x - 1000}{(100 - x^2)^{3/2}},\quad A''(5) = \dfrac{-2250}{75\sqrt{75}} = \dfrac{-30}{\sqrt{75}} < 0
- Put x = 5.x = 5 रखिए।x = 5 daaliye.A(5) = 15\sqrt{75} = 75\sqrt{3}
✔ The maximum area is 75\sqrt{3} cm².अधिकतम क्षेत्रफल 75\sqrt{3} cm² है।Maximum area 75\sqrt{3} cm² hai.
Solution — step by step (3)हल — चरण दर चरण (3)Hal — step by step (3)
- Cone: radius OC = r, height OA = h. Cylinder: radius OE = x, height QE; \triangle QEC \sim \triangle AOC.शंकु: त्रिज्या OC = r, ऊँचाई OA = h। बेलन: त्रिज्या OE = x, ऊँचाई QE; \triangle QEC \sim \triangle AOC।Cone: radius OC = r, height OA = h. Cylinder: radius OE = x, height QE; \triangle QEC \sim \triangle AOC.\dfrac{QE}{OA} = \dfrac{EC}{OC} \Rightarrow \dfrac{QE}{h} = \dfrac{r - x}{r} \Rightarrow QE = \dfrac{h(r - x)}{r}
- Curved surface area of the cylinder = 2\pi \times radius \times height.बेलन का वक्र पृष्ठ = 2\pi \times त्रिज्या \times ऊँचाई।Cylinder ka curved surface = 2\pi \times radius \times height.S(x) = 2\pi x \cdot \dfrac{h(r - x)}{r} = \dfrac{2\pi h}{r}(rx - x^2)
- Second derivative is negative for all x → maximum.द्वितीय अवकलज सभी x के लिए ऋणात्मक → उच्चतम।Second derivative sabhi x ke liye negative → maximum.S'(x) = \dfrac{2\pi h}{r}(r - 2x) = 0 \Rightarrow x = \dfrac{r}{2},\qquad S''(x) = -\dfrac{4\pi h}{r} < 0
✔ The curved surface is greatest when the cylinder's radius is \dfrac{r}{2} — half the radius of the cone.वक्र पृष्ठ तब अधिकतम है जब बेलन की त्रिज्या \dfrac{r}{2} हो — शंकु की त्रिज्या की आधी।Curved surface tab maximum hai jab cylinder ka radius \dfrac{r}{2} ho — cone ke radius ka aadha.
Open box from a square sheetवर्गाकार चादर से खुला डिब्बाSquare sheet se khula boxNCERT Exercise 6.3, Q17 · 4 tappable parts · 3DOpen(Exercise 6.3, Q3 ii) Find the local maxima and local minima of g(x) = x^3 - 3x, and the local maximum and minimum values.(प्रश्नावली 6.3, प्र. 3 ii) g(x) = x^3 - 3x के स्थानीय उच्चतम और निम्नतम तथा उनके मान ज्ञात कीजिए।(Exercise 6.3, Q3 ii) g(x) = x^3 - 3x ke local maxima aur local minima aur unki values nikaaliye.
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Local minimum at x = 1, local minimum value -2; local maximum at x = -1, local maximum value 2.x = 1 पर स्थानीय निम्नतम, मान -2; x = -1 पर स्थानीय उच्चतम, मान 2।x = 1 par local minimum, value -2; x = -1 par local maximum, value 2.
(Exercise 6.3, Q3 v) Find the local maxima and minima of f(x) = x^3 - 6x^2 + 9x + 15.(प्रश्नावली 6.3, प्र. 3 v) f(x) = x^3 - 6x^2 + 9x + 15 के स्थानीय उच्चतम और निम्नतम ज्ञात कीजिए।(Exercise 6.3, Q3 v) f(x) = x^3 - 6x^2 + 9x + 15 ke local maxima aur minima nikaaliye.
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Local maximum at x = 1, value 19; local minimum at x = 3, value 15.x = 1 पर स्थानीय उच्चतम, मान 19; x = 3 पर स्थानीय निम्नतम, मान 15।x = 1 par local maximum, value 19; x = 3 par local minimum, value 15.
(Exercise 6.3, Q13) Find two numbers whose sum is 24 and whose product is as large as possible.(प्रश्नावली 6.3, प्र. 13) ऐसी दो संख्याएँ ज्ञात कीजिए जिनका योग 24 है और गुणनफल अधिकतम हो।(Exercise 6.3, Q13) Do numbers jinka sum 24 ho aur product sabse bada ho.
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12 and 12.12 और 12।12 aur 12.
(Exercise 6.3, Q17) A square piece of tin of side 18 cm is made into a box without top by cutting a square from each corner and folding up the flaps. What should be the side of the square cut off so that the volume is maximum?(प्रश्नावली 6.3, प्र. 17) 18 cm भुजा वाली टिन की वर्गाकार चादर के हर कोने से एक वर्ग काटकर और फलकों को मोड़कर बिना ढक्कन का डिब्बा बनाना है। काटे जाने वाले वर्ग की भुजा कितनी हो कि आयतन अधिकतम हो?(Exercise 6.3, Q17) 18 cm side wali tin ki square sheet ke har kone se square kaat kar aur flaps mod kar bina dhakkan ka box banana hai. Kaate gaye square ki side kitni ho ki volume maximum ho?
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3 cm (V = x(18 - 2x)^2, V'(x) = 12(x - 3)(x - 9); x = 9 is impossible). Try it in the box lab above.3 cm (V = x(18 - 2x)^2, V'(x) = 12(x - 3)(x - 9); x = 9 संभव नहीं)। ऊपर की डिब्बा लैब में करके देखिए।3 cm (V = x(18 - 2x)^2, V'(x) = 12(x - 3)(x - 9); x = 9 possible nahi). Upar wali box lab mein karke dekhiye.
(Exercise 6.3, Q22) A wire of length 28 m is cut into two pieces; one is made into a square and the other into a circle. What should the lengths be so that the combined area is minimum?(प्रश्नावली 6.3, प्र. 22) 28 m लंबे तार को दो टुकड़ों में काटकर एक से वर्ग और दूसरे से वृत्त बनाना है। टुकड़ों की लंबाई क्या हो कि दोनों का संयुक्त क्षेत्रफल न्यूनतम हो?(Exercise 6.3, Q22) 28 m ke taar ko do tukdon mein kaat kar ek se square aur doosre se circle banana hai. Tukdon ki length kya ho ki combined area minimum ho?
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\dfrac{112}{\pi + 4} m (for the square) and \dfrac{28\pi}{\pi + 4} m (for the circle).\dfrac{112}{\pi + 4} m (वर्ग के लिए) और \dfrac{28\pi}{\pi + 4} m (वृत्त के लिए)।\dfrac{112}{\pi + 4} m (square ke liye) aur \dfrac{28\pi}{\pi + 4} m (circle ke liye).
6.4.1Maximum and Minimum Values of a Function in a Closed Intervalसंवृत अंतराल में फलन के उच्चतम और निम्नतम मानClosed interval mein function ki maximum aur minimum values
Take f(x) = x + 2 on (0, 1): it is continuous but has neither a maximum nor a minimum value (not even local ones). Extend the domain to the closed interval [0, 1]: now it has maximum value 3 = f(1) and minimum value 2 = f(0). These are called the absolute maximum value (global maximum or greatest value) and absolute minimum value (global minimum or least value) of f on [0, 1].(0, 1) पर f(x) = x + 2 लीजिए: यह संतत है पर इसका न उच्चतम मान है न निम्नतम (स्थानीय भी नहीं)। प्रांत को संवृत अंतराल [0, 1] तक बढ़ाइए: अब उच्चतम मान 3 = f(1) और निम्नतम मान 2 = f(0) है। इन्हें [0, 1] पर f का निरपेक्ष उच्चतम मान (सार्वत्रिक उच्चतम या महत्तम मान) और निरपेक्ष निम्नतम मान (सार्वत्रिक निम्नतम या न्यूनतम मान) कहते हैं।(0, 1) par f(x) = x + 2 lijiye: ye continuous hai par iski na maximum value hai na minimum (local bhi nahi). Domain ko closed interval [0, 1] tak badhaiye: ab maximum value 3 = f(1) aur minimum value 2 = f(0) hai. Inhe [0, 1] par f ki absolute maximum value (global maximum / greatest value) aur absolute minimum value (global minimum / least value) kehte hain.Open interval: maybe no max/min. Closed interval: the end points give them here.
On a closed interval a function can have local maxima/minima inside and its absolute maximum/minimum at an end point — the absolute value may be different from the local value (look at the picture below).संवृत अंतराल में फलन के अंदर स्थानीय उच्चतम/निम्नतम हो सकते हैं और निरपेक्ष उच्चतम/निम्नतम किसी अंत्य बिंदु पर — निरपेक्ष मान स्थानीय मान से अलग हो सकता है (नीचे का चित्र देखिए)।Closed interval mein function ke andar local maxima/minima ho sakte hain aur absolute maximum/minimum kisi end point par — absolute value local value se alag ho sakti hai (neeche ki picture dekhiye).Absolute and local values can be different; check the end points.
Absolute maximum and minimum on a closed intervalसंवृत अंतराल पर निरपेक्ष उच्चतम और निम्नतमClosed interval par absolute maximum aur minimumNCERT Example 27 · 9 tappable partsOpenSolution — step by step (2)हल — चरण दर चरण (2)Hal — step by step (2)
- Critical points (both inside [1, 5]).क्रांतिक बिंदु (दोनों [1, 5] के अंदर)।Critical points (dono [1, 5] ke andar).f'(x) = 6x^2 - 30x + 36 = 6(x - 3)(x - 2) = 0 \Rightarrow x = 2,\ 3
- Values at the critical points and at the end points 1 and 5.क्रांतिक बिंदुओं और अंत्य बिंदुओं 1 और 5 पर मान।Critical points aur end points 1 aur 5 par values.f(1) = 24,\quad f(2) = 29,\quad f(3) = 28,\quad f(5) = 56
✔ Absolute maximum value 56 at x = 5; absolute minimum value 24 at x = 1.निरपेक्ष उच्चतम मान 56, x = 5 पर; निरपेक्ष निम्नतम मान 24, x = 1 पर।Absolute maximum value 56, x = 5 par; absolute minimum value 24, x = 1 par.
Solution — step by step (3)हल — चरण दर चरण (3)Hal — step by step (3)
- Differentiate and take a common denominator.अवकलन करके एक समान हर लीजिए।Differentiate karke common denominator lijiye.f'(x) = 16x^{1/3} - \dfrac{2}{x^{2/3}} = \dfrac{2(8x - 1)}{x^{2/3}}
- So the critical points are x = 0 and x = \frac{1}{8}.अतः क्रांतिक बिंदु x = 0 और x = \frac{1}{8} हैं।Isliye critical points x = 0 aur x = \frac{1}{8} hain.f'(x) = 0 \Rightarrow x = \dfrac{1}{8};\qquad f'(0) \text{ not defined}
- Values at the critical points and the end points ((-1)^{4/3} = 1, (-1)^{1/3} = -1).क्रांतिक बिंदुओं और अंत्य बिंदुओं पर मान ((-1)^{4/3} = 1, (-1)^{1/3} = -1)।Critical points aur end points par values ((-1)^{4/3} = 1, (-1)^{1/3} = -1).f(-1) = 12 + 6 = 18,\quad f(0) = 0,\quad f\left(\tfrac{1}{8}\right) = 12\cdot\tfrac{1}{16} - 6\cdot\tfrac{1}{2} = -\tfrac{9}{4},\quad f(1) = 6
✔ Absolute maximum value 18 at x = -1; absolute minimum value -\dfrac{9}{4} at x = \dfrac{1}{8}.निरपेक्ष उच्चतम मान 18, x = -1 पर; निरपेक्ष निम्नतम मान -\dfrac{9}{4}, x = \dfrac{1}{8} पर।Absolute maximum value 18, x = -1 par; absolute minimum value -\dfrac{9}{4}, x = \dfrac{1}{8} par.
Solution — step by step (4)हल — चरण दर चरण (4)Hal — step by step (4)
- The helicopter is at (x, x^2 + 7).हेलिकॉप्टर (x, x^2 + 7) पर है।Helicopter (x, x^2 + 7) par hai.\text{distance} = \sqrt{(x - 3)^2 + (x^2 + 7 - 7)^2} = \sqrt{(x - 3)^2 + x^4}
- Minimise the square of the distance (same point, simpler algebra).दूरी के वर्ग को न्यूनतम कीजिए (वही बिंदु, आसान बीजगणित)।Doori ke square ko minimum kijiye (wahi point, aasaan algebra).f(x) = (x - 3)^2 + x^4,\quad f'(x) = 2(x - 3) + 4x^3 = 2(x - 1)(2x^2 + 2x + 3)
- Its discriminant is 4 - 24 < 0.इसका विविक्तकर 4 - 24 < 0 है।Iska discriminant 4 - 24 < 0 hai.f'(x) = 0 \Rightarrow x = 1 \quad (2x^2 + 2x + 3 = 0 \text{ has no real roots})
- Only one critical point; comparing with another value shows \sqrt{5} is the minimum.केवल एक क्रांतिक बिंदु; किसी दूसरे मान से तुलना करने पर \sqrt{5} न्यूनतम सिद्ध होता है।Sirf ek critical point; kisi aur value se compare karne par \sqrt{5} minimum nikalta hai.f(1) = (1 - 3)^2 + 1^4 = 5,\quad \text{distance} = \sqrt{5};\qquad \sqrt{f(0)} = 3 > \sqrt{5}
✔ The nearest distance between the soldier and the helicopter is \sqrt{5} units.सैनिक और हेलिकॉप्टर के बीच निकटतम दूरी \sqrt{5} इकाई है।Soldier aur helicopter ke beech sabse kam doori \sqrt{5} units hai.
(Exercise 6.3, Q5 i) Find the absolute maximum and minimum values of f(x) = x^3 on [-2, 2].(प्रश्नावली 6.3, प्र. 5 i) [-2, 2] पर f(x) = x^3 के निरपेक्ष उच्चतम और निम्नतम मान ज्ञात कीजिए।(Exercise 6.3, Q5 i) [-2, 2] par f(x) = x^3 ki absolute maximum aur minimum values nikaaliye.
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Absolute minimum value -8 (at x = -2), absolute maximum value 8 (at x = 2).निरपेक्ष निम्नतम मान -8 (x = -2 पर), निरपेक्ष उच्चतम मान 8 (x = 2 पर)।Absolute minimum value -8 (x = -2 par), absolute maximum value 8 (x = 2 par).
(Exercise 6.3, Q7) Find both the maximum value and the minimum value of 3x^4 - 8x^3 + 12x^2 - 48x + 25 on [0, 3].(प्रश्नावली 6.3, प्र. 7) [0, 3] पर 3x^4 - 8x^3 + 12x^2 - 48x + 25 के उच्चतम और निम्नतम मान ज्ञात कीजिए।(Exercise 6.3, Q7) [0, 3] par 3x^4 - 8x^3 + 12x^2 - 48x + 25 ki maximum aur minimum values nikaaliye.
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Minimum at x = 2, minimum value -39; maximum at x = 0, maximum value 25. (Here f'(x) = 12(x - 2)(x^2 + 2) and f(3) = 16.)x = 2 पर निम्नतम, मान -39; x = 0 पर उच्चतम, मान 25। (यहाँ f'(x) = 12(x - 2)(x^2 + 2) और f(3) = 16।)x = 2 par minimum, value -39; x = 0 par maximum, value 25. (Yahan f'(x) = 12(x - 2)(x^2 + 2) aur f(3) = 16.)
(Exercise 6.3, Q6) Find the maximum profit that a company can make, if the profit function is p(x) = 41 - 72x - 18x^2.(प्रश्नावली 6.3, प्र. 6) यदि लाभ फलन p(x) = 41 - 72x - 18x^2 है, तो कंपनी का अधिकतम लाभ ज्ञात कीजिए।(Exercise 6.3, Q6) Profit function p(x) = 41 - 72x - 18x^2 ho to company ka maximum profit nikaaliye.
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Maximum profit = 113 units (at x = -2, where p'(x) = -72 - 36x = 0 and p''(x) = -36 < 0).अधिकतम लाभ = 113 इकाई (x = -2 पर, जहाँ p'(x) = -72 - 36x = 0 और p''(x) = -36 < 0)।Maximum profit = 113 units (x = -2 par, jahan p'(x) = -72 - 36x = 0 aur p''(x) = -36 < 0).
Miscellaneous Examplesविविध उदाहरणMiscellaneous Examples
Solution — step by step (3)हल — चरण दर चरण (3)Hal — step by step (3)
- Velocity is the rate of change of distance.वेग दूरी के परिवर्तन की दर है।Velocity distance ka rate of change hai.v = \dfrac{dx}{dt} = 4t - t^2 = t(4 - t)
- The car is at rest at P (t = 0) and at Q, so at Q, t = 4.कार P (t = 0) और Q पर विराम में है, अतः Q पर t = 4।Car P (t = 0) aur Q par ruki hai, isliye Q par t = 4.v = 0 \Rightarrow t = 0 \text{ or } t = 4
- Distance covered in 4 seconds.4 सेकंड में तय दूरी।4 second mein tay doori.x\big|_{t = 4} = 4^2\left(2 - \dfrac{4}{3}\right) = 16 \cdot \dfrac{2}{3} = \dfrac{32}{3}
✔ The car reaches Q after 4 seconds; PQ = \dfrac{32}{3} m.कार 4 सेकंड बाद Q पर पहुँचती है; PQ = \dfrac{32}{3} m।Car 4 second baad Q par pahunchti hai; PQ = \dfrac{32}{3} m.
Solution — step by step (4)हल — चरण दर चरण (4)Hal — step by step (4)
- r = radius of the water surface, h = depth, \alpha = semi-vertical angle.r = पानी की सतह की त्रिज्या, h = गहराई, \alpha = अर्ध-शीर्ष कोण।r = paani ki surface ka radius, h = gehraai, \alpha = semi-vertical angle.\tan\alpha = \dfrac{r}{h} = 0.5 \Rightarrow r = \dfrac{h}{2}
- Volume of water in terms of h only.पानी का आयतन केवल h में।Paani ka volume sirf h mein.V = \dfrac{1}{3}\pi r^2 h = \dfrac{1}{3}\pi\left(\dfrac{h}{2}\right)^2 h = \dfrac{\pi h^3}{12}
- Chain rule; \frac{dV}{dt} = 5 m³/h, h = 4 m.शृंखला नियम; \frac{dV}{dt} = 5 m³/h, h = 4 m।Chain rule; \frac{dV}{dt} = 5 m³/h, h = 4 m.\dfrac{dV}{dt} = \dfrac{\pi}{4}h^2\,\dfrac{dh}{dt} \Rightarrow 5 = \dfrac{\pi}{4}(4)^2\,\dfrac{dh}{dt}
- Solve for \frac{dh}{dt}.\frac{dh}{dt} के लिए हल कीजिए।\frac{dh}{dt} ke liye solve kijiye.\dfrac{dh}{dt} = \dfrac{5}{4\pi} = \dfrac{35}{88}\ \text{m/h} \quad \left(\pi = \dfrac{22}{7}\right)
✔ The water level is rising at \dfrac{35}{88} m/h.पानी का तल \dfrac{35}{88} m/h की दर से ऊपर उठ रहा है।Paani ka level \dfrac{35}{88} m/h ki dar se upar uth raha hai.
Solution — step by step (3)हल — चरण दर चरण (3)Hal — step by step (3)
- AB = lamp post, MN = man, MS = s = shadow, AM = l; \triangle MSN \sim \triangle ASB.AB = खंभा, MN = आदमी, MS = s = छाया, AM = l; \triangle MSN \sim \triangle ASB।AB = khambha, MN = aadmi, MS = s = parchhaai, AM = l; \triangle MSN \sim \triangle ASB.\dfrac{MS}{AS} = \dfrac{MN}{AB} \Rightarrow \dfrac{s}{AS} = \dfrac{2}{6} \Rightarrow AS = 3s
- Differentiate with respect to time.समय के सापेक्ष अवकलन कीजिए।Time ke respect mein differentiate kijiye.l = AM = 3s - s = 2s \Rightarrow \dfrac{dl}{dt} = 2\,\dfrac{ds}{dt}
- The man walks at 5 km/h.आदमी 5 km/h से चलता है।Aadmi 5 km/h se chalta hai.\dfrac{dl}{dt} = 5 \Rightarrow \dfrac{ds}{dt} = \dfrac{5}{2}
✔ The shadow lengthens at \dfrac{5}{2} km/h.छाया \dfrac{5}{2} km/h की दर से बढ़ती है।Parchhaai \dfrac{5}{2} km/h ki dar se badhti hai.
Solution — step by step (2)हल — चरण दर चरण (2)Hal — step by step (2)
- Differentiate, take \frac{6}{5} common and factorise (x = 1 is a root of x^3 - 2x^2 - 5x + 6).अवकलन करके \frac{6}{5} उभयनिष्ठ लीजिए और गुणनखंड कीजिए (x = 1, x^3 - 2x^2 - 5x + 6 का मूल है)।Differentiate karke \frac{6}{5} common lijiye aur factorise kijiye (x = 1, x^3 - 2x^2 - 5x + 6 ka root hai).f'(x) = \dfrac{6}{5}x^3 - \dfrac{12}{5}x^2 - 6x + \dfrac{36}{5} = \dfrac{6}{5}(x - 1)(x + 2)(x - 3)
- Test points: x = -3 gives (-4)(-1)(-6) < 0; x = 0 gives (-1)(2)(-3) = 6 > 0; x = 2 gives (1)(4)(-1) < 0; x = 4 gives > 0.परीक्षण बिंदु: x = -3 से (-4)(-1)(-6) < 0; x = 0 से (-1)(2)(-3) = 6 > 0; x = 2 से (1)(4)(-1) < 0; x = 4 से > 0।Test points: x = -3 se (-4)(-1)(-6) < 0; x = 0 se (-1)(2)(-3) = 6 > 0; x = 2 se (1)(4)(-1) < 0; x = 4 se > 0.(-\infty, -2): -;\quad (-2, 1): +;\quad (1, 3): -;\quad (3, \infty): +
✔ (a) Increasing in (-2, 1) and (3, \infty); (b) decreasing in (-\infty, -2) and (1, 3).(a) (-2, 1) और (3, \infty) में वर्धमान; (b) (-\infty, -2) और (1, 3) में ह्रासमान।(a) (-2, 1) aur (3, \infty) mein increasing; (b) (-\infty, -2) aur (1, 3) mein decreasing.
Solution — step by step (2)हल — चरण दर चरण (2)Hal — step by step (2)
- Chain rule; (\sin x + \cos x)^2 = 1 + \sin 2x.शृंखला नियम; (\sin x + \cos x)^2 = 1 + \sin 2x।Chain rule; (\sin x + \cos x)^2 = 1 + \sin 2x.f'(x) = \dfrac{\cos x - \sin x}{1 + (\sin x + \cos x)^2} = \dfrac{\cos x - \sin x}{2 + \sin 2x}
- The denominator is positive and the numerator \cos x - \sin x > 0 there.हर धनात्मक है और वहाँ अंश \cos x - \sin x > 0 है।Denominator positive hai aur wahan numerator \cos x - \sin x > 0 hai.2 + \sin 2x > 0;\qquad 0 < x < \tfrac{\pi}{4} \Rightarrow \tan x < 1 \Rightarrow \cos x > \sin x
✔ f'(x) > 0 in \left(0, \dfrac{\pi}{4}\right), so f is increasing there.\left(0, \dfrac{\pi}{4}\right) में f'(x) > 0, अतः वहाँ f वर्धमान है।\left(0, \dfrac{\pi}{4}\right) mein f'(x) > 0, isliye wahan f increasing hai.
Solution — step by step (2)हल — चरण दर चरण (2)Hal — step by step (2)
- Chain rule.शृंखला नियम।Chain rule.A = \pi r^2 \Rightarrow \dfrac{dA}{dt} = 2\pi r\,\dfrac{dr}{dt}
- Put r = 3.2 cm and \frac{dr}{dt} = 0.05 cm/s.r = 3.2 cm और \frac{dr}{dt} = 0.05 cm/s रखिए।r = 3.2 cm aur \frac{dr}{dt} = 0.05 cm/s daaliye.= 2\pi(3.2)(0.05) = 0.320\pi
✔ The area is increasing at 0.320\pi cm²/s.क्षेत्रफल 0.320\pi cm²/s की दर से बढ़ रहा है।Area 0.320\pi cm²/s ki dar se badh raha hai.
Solution — step by step (5)हल — चरण दर चरण (5)Hal — step by step (5)
- Side of removed square = x m = height; length 8 - 2x, breadth 3 - 2x.काटे गए वर्ग की भुजा = x m = ऊँचाई; लंबाई 8 - 2x, चौड़ाई 3 - 2x।Kaate gaye square ki side = x m = height; length 8 - 2x, breadth 3 - 2x.V(x) = x(3 - 2x)(8 - 2x) = 4x^3 - 22x^2 + 24x
- Critical points.क्रांतिक बिंदु।Critical points.V'(x) = 12x^2 - 44x + 24 = 4(x - 3)(3x - 2) = 0 \Rightarrow x = 3,\ \tfrac{2}{3}
- So x = \frac{2}{3} (we need 0 < x < 1.5).अतः x = \frac{2}{3} (हमें 0 < x < 1.5 चाहिए)।Isliye x = \frac{2}{3} (humein 0 < x < 1.5 chahiye).x \ne 3 \quad (\text{breadth } 3 - 2x \text{ would be negative})
- Second derivative test → maximum.द्वितीय अवकलज परीक्षण → उच्चतम।Second derivative test → maximum.V''(x) = 24x - 44,\quad V''\left(\tfrac{2}{3}\right) = 16 - 44 = -28 < 0
- Largest volume.अधिकतम आयतन।Maximum volume.V\left(\tfrac{2}{3}\right) = 4\left(\tfrac{2}{3}\right)^3 - 22\left(\tfrac{2}{3}\right)^2 + 24\left(\tfrac{2}{3}\right) = \dfrac{200}{27}
✔ Cut squares of side \dfrac{2}{3} m; the largest volume is \dfrac{200}{27} m³.\dfrac{2}{3} m भुजा के वर्ग काटिए; सबसे बड़ा आयतन \dfrac{200}{27} m³ है।\dfrac{2}{3} m side ke squares kaatiye; sabse bada volume \dfrac{200}{27} m³ hai.
Solution — step by step (3)हल — चरण दर चरण (3)Hal — step by step (3)
- Selling price and cost price of x items.x वस्तुओं का विक्रय मूल्य और लागत मूल्य।x items ka selling price aur cost price.S(x) = \left(5 - \dfrac{x}{100}\right)x = 5x - \dfrac{x^2}{100},\qquad C(x) = \dfrac{x}{5} + 500
- Profit = selling price − cost price.लाभ = विक्रय मूल्य − लागत मूल्य।Profit = selling price − cost price.P(x) = S(x) - C(x) = \dfrac{24}{5}x - \dfrac{x^2}{100} - 500
- Second derivative test → maximum.द्वितीय अवकलज परीक्षण → उच्चतम।Second derivative test → maximum.P'(x) = \dfrac{24}{5} - \dfrac{x}{50} = 0 \Rightarrow x = 240,\qquad P''(x) = -\dfrac{1}{50} < 0
✔ He should sell 240 items to earn maximum profit.अधिकतम लाभ के लिए उसे 240 वस्तुएँ बेचनी चाहिए।Maximum profit ke liye use 240 items bechne chahiye.
(Miscellaneous Exercise, Q1) Show that f(x) = \dfrac{\log x}{x} has maximum at x = e.(विविध प्रश्नावली, प्र. 1) दिखाइए कि f(x) = \dfrac{\log x}{x} का x = e पर उच्चतम है।(Miscellaneous Exercise, Q1) Dikhaiye ki f(x) = \dfrac{\log x}{x} ka x = e par maximum hai.
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f'(x) = \dfrac{1 - \log x}{x^2} = 0 at x = e; f' changes from + to - there (and f''(e) = -\dfrac{1}{e^3} < 0), so x = e gives the maximum.x = e पर f'(x) = \dfrac{1 - \log x}{x^2} = 0; वहाँ f' का चिह्न + से - बदलता है (और f''(e) = -\dfrac{1}{e^3} < 0), अतः x = e पर उच्चतम।x = e par f'(x) = \dfrac{1 - \log x}{x^2} = 0; wahan f' ka sign + se - (aur f''(e) = -\dfrac{1}{e^3} < 0), isliye x = e par maximum.
(Miscellaneous Exercise, Q4) Find the intervals in which f(x) = x^3 + \dfrac{1}{x^3}, x \ne 0 is (i) increasing (ii) decreasing.(विविध प्रश्नावली, प्र. 4) वे अंतराल ज्ञात कीजिए जिनमें f(x) = x^3 + \dfrac{1}{x^3}, x \ne 0 (i) वर्धमान (ii) ह्रासमान है।(Miscellaneous Exercise, Q4) Intervals nikaaliye jinmein f(x) = x^3 + \dfrac{1}{x^3}, x \ne 0 (i) increasing (ii) decreasing hai.
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(i) x < -1 and x > 1 (ii) -1 < x < 1 (with x \ne 0). Here f'(x) = \dfrac{3(x^6 - 1)}{x^4}.(i) x < -1 और x > 1 (ii) -1 < x < 1 (x \ne 0)। यहाँ f'(x) = \dfrac{3(x^6 - 1)}{x^4}।(i) x < -1 aur x > 1 (ii) -1 < x < 1 (x \ne 0). Yahan f'(x) = \dfrac{3(x^6 - 1)}{x^4}.
(Miscellaneous Exercise, Q11) Find the absolute maximum and minimum values of f(x) = \cos^2 x + \sin x, x \in [0, \pi].(विविध प्रश्नावली, प्र. 11) f(x) = \cos^2 x + \sin x, x \in [0, \pi] के निरपेक्ष उच्चतम और निम्नतम मान ज्ञात कीजिए।(Miscellaneous Exercise, Q11) f(x) = \cos^2 x + \sin x, x \in [0, \pi] ki absolute maximum aur minimum values nikaaliye.
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Absolute maximum = \dfrac{5}{4} (at x = \dfrac{\pi}{6}, \dfrac{5\pi}{6}), absolute minimum = 1 (at x = 0, \dfrac{\pi}{2}, \pi).निरपेक्ष उच्चतम = \dfrac{5}{4} (x = \dfrac{\pi}{6}, \dfrac{5\pi}{6} पर), निरपेक्ष निम्नतम = 1 (x = 0, \dfrac{\pi}{2}, \pi पर)।Absolute maximum = \dfrac{5}{4} (x = \dfrac{\pi}{6}, \dfrac{5\pi}{6} par), absolute minimum = 1 (x = 0, \dfrac{\pi}{2}, \pi par).
(Miscellaneous Exercise, Q16) A cylindrical tank of radius 10 m is being filled with wheat at 314 m³ per hour. The depth of the wheat is increasing at (A) 1 m/h (B) 0.1 m/h (C) 1.1 m/h (D) 0.5 m/h(विविध प्रश्नावली, प्र. 16) 10 m त्रिज्या की बेलनाकार टंकी में 314 m³ प्रति घंटा की दर से गेहूँ भरा जा रहा है। गेहूँ की गहराई की वृद्धि-दर है (A) 1 m/h (B) 0.1 m/h (C) 1.1 m/h (D) 0.5 m/h(Miscellaneous Exercise, Q16) 10 m radius ki cylindrical tanki mein 314 m³ per hour se gehun bhara ja raha hai. Gehun ki gehraai badhne ki dar hai (A) 1 m/h (B) 0.1 m/h (C) 1.1 m/h (D) 0.5 m/h
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(A) 1 m/h, since \dfrac{dV}{dt} = \pi(10)^2\,\dfrac{dh}{dt} gives \dfrac{dh}{dt} = \dfrac{314}{100\pi} \approx 1 (with \pi \approx 3.14).(A) 1 m/h, क्योंकि \dfrac{dV}{dt} = \pi(10)^2\,\dfrac{dh}{dt} से \dfrac{dh}{dt} = \dfrac{314}{100\pi} \approx 1 (\pi \approx 3.14)।(A) 1 m/h, kyunki \dfrac{dV}{dt} = \pi(10)^2\,\dfrac{dh}{dt} se \dfrac{dh}{dt} = \dfrac{314}{100\pi} \approx 1 (\pi \approx 3.14).
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