त्रिकोणमिति के कुछ अनुप्रयोग

अध्याय 9 · गणित · कक्षा 10 28 मिनट में पढ़ें

यह क्यों ज़रूरी है

क़ुतुब मीनार कितनी ऊँची है? जिस नदी को तुम पार नहीं कर सकते, वह कितनी चौड़ी है? पतंग, बादल या पहाड़ की चोटी कितनी ऊँची है? तुम 70 मीटर ऊँची मीनार पर या बहती नदी के पार मापने का फ़ीता नहीं ले जा सकते — पर ज़रूरत भी नहीं। एक जानी-पहचानी दूरी पर खड़े हो जाओ, चोटी की ओर देखो, और अपनी दृष्टि रेखा ज़मीन के साथ जो कोण बनाती है उसे नापो। वह एक कोण, और एक दूरी जो तुम नाप सकते हो, मिलकर ऊँचाई ठीक-ठीक बता देते हैं।

यह त्रिकोणमिति का किताब से बाहर निकलकर दुनिया में काम करना है। पिछले अध्याय में तुमने समकोण त्रिभुज में किसी कोण के लिए sin, cos और tan अनुपात सीखे। यहाँ उन्हें काम पर लगाते हैं: हर “कितना ऊँचा / कितना दूर / कितना ऊपर” वाला सवाल एक समकोण त्रिभुज बन जाता है, जहाँ एक भुजा और एक कोण पता हैं, और जो भुजा चाहिए वह बस एक अनुपात दूर है।

ख़ूबसूरत बात यह है कि कागज़ पर तुम्हें कोई ख़ास कोण-नापने वाला यंत्र नहीं चाहिए — सवाल मानक कोणों 30°, 45° और 60° के इर्द-गिर्द बने होते हैं, जिनके अनुपात तुम्हें पहले से ज़बानी याद हैं। बस यह छोटी आदत पक्की कर लो कि पहले समकोण त्रिभुज खींचो, और ये सवाल लगभग मशीनी हो जाते हैं।

मूल विचार

जिस ऊँचाई या दूरी तक तुम नहीं पहुँच सकते उसे निकालने के लिए हालात को एक समकोण त्रिभुज में बदलो। दृष्टि रेखा वह सीधी रेखा है जो प्रेक्षक की आँख से वस्तु तक जाती है। यह रेखा क्षैतिज के साथ जो कोण बनाती है वह उन्नयन कोण है जब तुम ऊपर देखते हो (वस्तु आँख के स्तर से ऊपर) और अवनमन कोण है जब तुम नीचे देखते हो (वस्तु आँख के स्तर से नीचे)। एक बार एक भुजा और मानक कोण 30°/45°/60° में से एक पता हो जाए, तो एक ही त्रिकोणमितीय अनुपात — आमतौर पर tan — अज्ञात भुजा दे देता है।

आओ इसे समझें

दृष्टि रेखा और उन्नयन कोण

मान लो तुम ज़मीन पर खड़े हो और मीनार की चोटी की ओर ऊपर देख रहे हो। तुम्हारी आँख से मीनार की चोटी तक जाती सीधी रेखा दृष्टि रेखा है। जिस सपाट, समतल दिशा में तुम सीधे सामने देखते तो देखते, वह क्षैतिज है।

जब वस्तु तुम्हारी आँख के स्तर से ऊपर हो, तो तुम सिर उठाते हो — और तुम्हारी दृष्टि रेखा तथा क्षैतिज के बीच का कोण उन्नयन कोण है।

ज़मीन पर खड़ा एक प्रेक्षक मीनार की चोटी की ओर ऊपर देखता है। आँख से मीनार की चोटी तक एक लाल दृष्टि रेखा ऊपर जाती है, और क्षैतिज आँख-स्तर रेखा तथा दृष्टि रेखा के बीच का कोण थीटा अंकित है, जो उन्नयन कोण है।
ऊपर देखना: उन्नयन कोण θ क्षैतिज (आँख के स्तर) और चोटी तक की दृष्टि रेखा के बीच होता है।

इसे समकोण त्रिभुज में बदलने के लिए: ऊर्ध्वाधर वस्तु की ऊँचाई है (आँख के स्तर से ऊपर), क्षैतिज उसके पाद तक की दूरी है, और दृष्टि रेखा कर्ण है। समकोण पाद पर है। उन्नयन कोण प्रेक्षक की आँख पर है, उसके सामने ऊँचाई और पास दूरी — तो tan θ = ऊँचाई / दूरी

अवनमन कोण

अब किसी इमारत की चोटी पर चढ़ो और ज़मीन पर पड़ी किसी चीज़ की ओर नीचे देखो — एक कार, एक नाव, एक गमला। अब तुम्हारी दृष्टि रेखा नीचे की ओर ढलती है। क्षैतिज अब भी तुम्हारी आँख पर समतल दिशा है। क्षैतिज और तुम्हारी नीचे जाती दृष्टि रेखा के बीच का कोण अवनमन कोण है।

एक ऊँची इमारत की चोटी पर खड़ा प्रेक्षक ज़मीन पर पड़ी एक वस्तु की ओर नीचे देखता है। आँख से वस्तु तक एक लाल दृष्टि रेखा नीचे जाती है, और क्षैतिज आँख-स्तर रेखा के नीचे का कोण थीटा अंकित है, जो अवनमन कोण है।
नीचे देखना: अवनमन कोण θ आँख पर क्षैतिज से नीचे की ओर नापा जाता है, ज़मीन से ऊपर की ओर नहीं।

अवनमन वाले सवालों का सबसे काम का तथ्य यह रहा। प्रेक्षक की आँख पर क्षैतिज और ज़मीन की क्षैतिज समांतर हैं। दृष्टि रेखा इन्हें काटती हुई तिर्यक रेखा है। तो अवनमन कोण (चोटी पर) उस उन्नयन कोण के बराबर होता है जो ज़मीन पर पड़ी वस्तु से प्रेक्षक को देखने पर बनता है — ये एकांतर कोण हैं।

अवनमन कोण “नीचे गिरकर” तुम्हारे त्रिभुज के निचले सिरे पर एक बराबर कोण बन जाता है। इससे तुम जाना-पहचाना कोण त्रिभुज के अंदर रख पाते हो, जहाँ उसे इस्तेमाल करना आसान है।

Concept check

किसी चट्टान की चोटी से एक नाव का अवनमन कोण 40° नापा जाता है। नाव से चट्टान की चोटी का उन्नयन कोण क्या है?

सही अनुपात चुनना

लगभग हर सवाल में तुम्हें इन तीन में से दो पता होंगे (या चाहिए होंगे): ऊँचाई (ऊर्ध्वाधर, कोण के सामने), पाद तक की दूरी (क्षैतिज, पास वाली), और दृष्टि रेखा (कर्ण)। वह अनुपात चुनो जो जो पता है उसे जो चाहिए उससे जोड़े:

कौन-सा त्रिकोणमितीय अनुपात इस्तेमाल करें
पता है / चाहिएइस्तेमाल करोसूत्र (प्रेक्षक पर कोण θ)
ऊँचाई व दूरीtan θtan θ = ऊँचाई / दूरी
ऊँचाई व दृष्टि रेखाsin θsin θ = ऊँचाई / कर्ण
दूरी व दृष्टि रेखाcos θcos θ = दूरी / कर्ण

और मानक कोणों के मान जिन पर तुम बार-बार टिकोगे:

बार-बार काम आने वाले मानक-कोण अनुपात
θsin θcos θtan θ
30°1/2√3/21/√3
45°1/√21/√21
60°√3/21/2√3

हल किए गए सवाल

सबसे साफ़ हाल से शुरू करो — एक मीनार, एक जानी-पहचानी दूरी, ऊँचाई निकालो।

एक मीनार के सवाल के लिए समकोण त्रिभुज: ऊर्ध्वाधर मीनार AB जिसका समकोण पाद B पर है, ज़मीन पर एक बिंदु C जो B से 15 मीटर दूर है, और C से चोटी A तक की दृष्टि रेखा जो 60 डिग्री का उन्नयन कोण बनाती है। ऊँचाई AB अज्ञात है।
मीनार AB ऊर्ध्वाधर है, ज़मीन CB = 15 मीटर, C पर उन्नयन कोण 60° है, और ऊँचाई AB = h ही चाहिए।
मीनार की ऊँचाई

एक मीनार ज़मीन पर सीधी खड़ी है। ज़मीन पर उसके पाद से 15 मीटर दूर एक बिंदु से चोटी का उन्नयन कोण 60° है। मीनार की ऊँचाई निकालो।

अब वह हाल जहाँ दृष्टि रेखा ही (कर्ण) अज्ञात है — तो हम sin की ओर हाथ बढ़ाते हैं।

सीढ़ी की लंबाई

एक बिजली मिस्त्री को 5 मीटर ऊँचे खंभे की चोटी से 1.3 मीटर नीचे एक बिंदु तक पहुँचना है। उसकी सीढ़ी क्षैतिज से 60° पर टिकी है। सीढ़ी कितनी लंबी होनी चाहिए, और उसे खंभे के पाद से कितनी दूर रखे? (√3 = 1.73 लो।)

जब प्रेक्षक की अपनी एक ऊँचाई हो (आँखें ज़मीन पर न हों), तो त्रिभुज तुम्हें आँख के स्तर से ऊपर की ऊँचाई देता है — आख़िर में तुम प्रेक्षक की ऊँचाई जोड़ देते हो।

प्रेक्षक की ऊँचाई जोड़ो

1.5 मीटर लंबी एक प्रेक्षिका एक चिमनी से 28.5 मीटर दूर खड़ी है। उसकी आँखों से चिमनी की चोटी का उन्नयन कोण 45° है। चिमनी की ऊँचाई निकालो।

कई परीक्षा-सवाल एक ही वस्तु के लिए दो कोण देते हैं — इन्हें एक भुजा साझा करते दो समकोण त्रिभुज की तरह सँभालो, और साथ-साथ हल करो।

दो त्रिभुज: इमारत और झंडे का डंडा

ज़मीन पर एक बिंदु P से 10 मीटर ऊँची इमारत की चोटी का उन्नयन कोण 30° है। चोटी पर एक झंडा लगाया जाता है, और P से झंडे की नोक का उन्नयन कोण 45° है। झंडे के डंडे की लंबाई और P से इमारत की दूरी निकालो। (√3 = 1.732 लो।)

एक चिर-परिचित “दो परछाइयों का अंतर” वाला सवाल — अज्ञात दोनों त्रिभुजों में आते हैं, तो दो समीकरण बनाकर जोड़ो।

सूरज ढलने पर परछाई लंबी होती है

समतल ज़मीन पर खड़ी एक मीनार की परछाई तब 40 मीटर लंबी होती है जब सूरज की ऊँचाई 30° हो, बजाय जब वह 60° हो। मीनार की ऊँचाई निकालो।

अब दो कोणों वाला एक अवनमन सवाल — देखो कैसे हर अवनमन कोण एक बराबर कोण बनकर त्रिभुज में गिरता है।

बाईं ओर एक ऊँची बहुमंज़िला इमारत और दाईं ओर एक छोटी 8 मीटर इमारत। ऊँची इमारत की चोटी से एक क्षैतिज आँख-स्तर रेखा, और दो लाल दृष्टि रेखाएँ नीचे जाती हैं: एक छोटी इमारत की चोटी तक 30 डिग्री अवनमन पर और एक उसके पाद तक 45 डिग्री अवनमन पर।
चोटी P से छोटी इमारत की चोटी B तक अवनमन 30° और उसके पाद A तक 45° है। एकांतर कोणों से ये B और A पर त्रिभुजों के अंदर के कोण बन जाते हैं।
दो इमारतें, दो अवनमन

एक बहुमंज़िला इमारत की चोटी से 8 मीटर ऊँची एक इमारत की चोटी और पाद के अवनमन कोण 30° और 45° हैं। बहुमंज़िला इमारत की ऊँचाई और दोनों इमारतों के बीच की दूरी निकालो।

एक और — पुल से दो अवनमन का इस्तेमाल कर नदी की चौड़ाई नापना।

पुल से नदी की चौड़ाई

एक नदी पार करते पुल पर एक बिंदु से दोनों ओर के किनारों के अवनमन कोण 30° और 45° हैं। पुल किनारों से 3 मीटर ऊपर है। नदी की चौड़ाई निकालो।

आम ग़लतियाँ

⚠️ Common mistake
What students think

अवनमन कोण वस्तु पर ज़मीन से ऊपर की ओर नापा जाता है।

Why it seems right

तस्वीर में वस्तु ज़मीन पर बैठी होती है, तो वहीं कोण अंकित करना — ज़मीन और प्रेक्षक तक ऊपर जाती दृष्टि रेखा के बीच — स्वाभाविक लगता है।

What actually happens

अवनमन कोण प्रेक्षक की आँख पर, क्षैतिज से नीचे की ओर नापा जाता है। तुम इसे त्रिभुज के निचले सिरे पर ले जा सकते हो — पर सिर्फ़ इसलिए कि वह वस्तु पर उन्नयन कोण के बराबर है (एकांतर कोण)। आँख पर क्षैतिज खींचो और कोण उसके नीचे अंकित करो।

⚠️ Common mistake
What students think

ऊँचाई निकालने के लिए हमेशा sin θ इस्तेमाल करो।

Why it seems right

ऊँचाई 'ऊर्ध्वाधर' है और sin में 'सामने' वाली भुजा होती है, जो अक्सर ऊँचाई ही होती है — तो ज्या ऊँचाई का अनुपात लगने लगती है।

What actually happens

अनुपात इस पर निर्भर करता है कि तुम्हें कौन-सी दूसरी भुजा पता है। अगर क्षैतिज दूरी पता है, तो tan θ = ऊँचाई/दूरी इस्तेमाल करो। sin θ सिर्फ़ तब लो जब कर्ण (दृष्टि रेखा) ही वह भुजा हो जो पता है या चाहिए। ग़लत अनुपात चुनने से एक अज्ञात कर्ण सवाल में घसीट आता है।

⚠️ Common mistake
What students think

जब प्रेक्षक की ऊँचाई हो, तो त्रिभुज सीधे वस्तु की पूरी ऊँचाई दे देता है।

Why it seems right

त्रिकोणमितीय अनुपात एक साफ़ संख्या उगल देता है, और यह सोचे बिना कि आँख असल में कहाँ है, उसे ही 'जवाब' कह देने का मन करता है।

What actually happens

आँख से खींचा गया समकोण त्रिभुज सिर्फ़ आँख के स्तर से ऊपर की ऊँचाई देता है। वस्तु की असली ऊँचाई के लिए आख़िर में प्रेक्षक की ऊँचाई (जैसे 1.5 मीटर) जोड़ो। इसे भूलना इन सवालों की सबसे आम चूक है।

⚠️ Common mistake
What students think

tan 30° = √3 और tan 60° = 1/√3।

Why it seems right

30° और 60° दोनों में √3 आता है, तो इन्हें आपस में बदल देना आसान है — और √3 'बड़ा लगता' है, तो ग़लत तरीक़े से बड़े कोण का जान पड़ता है।

What actually happens

tan 30° = 1/√3 (छोटा कोण → छोटा tan) और tan 60° = √3 (बड़ा कोण → बड़ा tan)। जाँच: ज़्यादा खड़ी दृष्टि रेखा का मतलब बड़ा कोण और बड़ा tan, तो tan 60° ही बड़ा मान, √3, होना चाहिए।

झटपट जाँच

तुम ज़मीन पर खड़े हो और मीनार की चोटी की ओर ऊपर देखते हो। तुम्हारी दृष्टि रेखा क्षैतिज के साथ जो कोण बनाती है वह कौन-सा कोण है?

एक बिंदु मीनार के पाद से 30 मीटर दूर है और चोटी का उन्नयन कोण 30° है। मीनार की ऊँचाई क्या है?

किसी चट्टान की चोटी से एक नाव का अवनमन कोण 35° है। नाव से चट्टान की चोटी का उन्नयन कोण क्या है?

1.5 मीटर लंबी एक व्यक्ति को (अपने त्रिभुज से) पता चलता है कि खंभे का उसकी आँख के स्तर से ऊपर का हिस्सा 8 मीटर है। खंभे की ऊँचाई क्या है?

अभ्यास सवाल

आसान

easy

एक सर्कस कलाकार 20 मीटर लंबी एक रस्सी पर चढ़ता है जो एक सीधे खंभे की चोटी से ज़मीन तक बँधी है। रस्सी ज़मीन के साथ 30° बनाती है। खंभे की ऊँचाई निकालो।

easy

एक पतंग 60 मीटर की ऊँचाई पर उड़ रही है। पतंग से बँधी डोर ज़मीन पर एक बिंदु से बँधी है, जो ज़मीन के साथ 60° बनाती है, और उसमें कोई ढील नहीं। डोर की लंबाई निकालो।

मध्यम

medium

एक पेड़ तूफ़ान में टूट जाता है; टूटी चोटी झुककर पाद से 8 मीटर दूर ज़मीन को छूती है, ज़मीन के साथ 30° बनाते हुए। पेड़ की असली ऊँचाई निकालो।

medium

1.5 मीटर लंबा एक लड़का 30 मीटर ऊँची इमारत से कुछ दूर खड़ा है। उसकी ओर चलते हुए चोटी का उन्नयन कोण 30° से बढ़कर 60° हो जाता है। उसने कितनी दूरी चली?

चुनौती

challenge

80 मीटर चौड़ी सड़क के दोनों किनारों पर आमने-सामने दो बराबर ऊँचाई के खंभे खड़े हैं। सड़क पर उनके बीच एक बिंदु से दोनों चोटियों के उन्नयन कोण 60° और 30° हैं। खंभों की ऊँचाई और बिंदु की हर खंभे से दूरी निकालो।

challenge

7 मीटर ऊँची एक इमारत की चोटी से एक केबल टावर की चोटी का उन्नयन कोण 60° और उसके पाद का अवनमन कोण 45° है। टावर की ऊँचाई निकालो।

सारांश

अब तुम्हें यह समझा पाना चाहिए:

  • दृष्टि रेखा प्रेक्षक की आँख से देखी जा रही वस्तु तक जाती सीधी रेखा है।
  • उन्नयन कोण वह कोण है जो दृष्टि रेखा क्षैतिज के साथ बनाती है जब वस्तु आँख के स्तर से ऊपर हो (तुम ऊपर देखते हो); अवनमन कोण वह कोण है जब वस्तु आँख के स्तर से नीचे हो (तुम नीचे देखते हो)।
  • ऊँचाई/दूरी का सवाल एक समकोण त्रिभुज बन जाता है: ऊर्ध्वाधर = ऊँचाई (सामने), क्षैतिज = दूरी (पास), दृष्टि रेखा = कर्ण।
  • वह अनुपात चुनो जो जो पता है उसे जो चाहिए उससे जोड़े: tan (ऊँचाई व दूरी), sin (ऊँचाई व दृष्टि रेखा), cos (दूरी व दृष्टि रेखा)।
  • अवनमन कोण वस्तु से प्रेक्षक तक के उन्नयन कोण के बराबर होता है (एकांतर कोण), तो तुम इसे त्रिभुज के अंदर ले जा सकते हो।
  • अगर प्रेक्षक की अपनी ऊँचाई हो, तो त्रिभुज सिर्फ़ आँख के स्तर से ऊपर की ऊँचाई देता है — आख़िर में प्रेक्षक की ऊँचाई जोड़ो।
  • दो कोणों वाले सवाल एक भुजा साझा करते दो समकोण त्रिभुजों में बँट जाते हैं; समीकरण बनाकर जोड़ो।

आगे क्या

अब तक आकृतियाँ त्रिभुज रही हैं। आगे, वृत्त में, मुख्य आकार गोल वाला है — और मुख्य विचार है स्पर्श रेखा: एक रेखा जो वृत्त को सिर्फ़ एक बिंदु पर छूती है। तुम पाओगे कि स्पर्श रेखा हमेशा स्पर्श बिंदु पर त्रिज्या के लंबवत होती है, और किसी बाहरी बिंदु से वृत्त पर खींची दो स्पर्श रेखाएँ ठीक-ठीक बराबर लंबाई की होती हैं — साफ़, चौंकाने वाले तथ्य जिन्हें तुम सिद्ध करके फिर इस्तेमाल कर सकते हो।