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प्रश्न
यदि किसी समकोण त्रिभुज की एक भुजा तथा कर्ण की लंबाईयों का योगफल दिया हुआ है, तो सिद्ध कीजिए कि त्रिभुज का क्षेत्रफल उच्चतम है, जब उनके मध्य का कोण `pi/3` है।
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उत्तर
माना ΔABC एक समकोण त्रिभुज है जिसमें ∠B = 90° है।
माना AC = x, BC = y
∴ AB = `sqrt(x^2 - y^2)`
∠ACB = θ
माना Z = x + y ....(दिया है)
अब ΔABC, A का क्षेत्रफल = `1/2 xx "AB" xx "BC"`
⇒ A = `1/2 y * sqrt(x^2 - y^2)`
⇒ A = `1/2 y * sqrt(("Z" - y)^2 - y^2)`
दोनों पक्षों का वर्ग करने पर, हम प्राप्त करते हैं
⇒ A2 = `1/4 y^2 [("Z" - y)^2 - y^2]`
⇒ A2 = `1/4 y^2 ["Z"^2 + y^2 - 2"Z" y - y^2]`
⇒ P = `1/4 y^2 ["Z"^2 - 2"Z"y]`
⇒ P = `1/4 [y^2"Z"^2 - 2"Z"y^3]` ....[A2 = P]
दोनों पक्षों में अंतर करना w.r.t. y हमें मिलता है
`"dP"/"dy" = 1/4 [2y"Z"^2 - 6"Z"y^2]` .....(i)
स्थानीय उच्चिष्ठ और स्थानीय निम्निष्ठ के लिए
`"dP"/"dy"` = 0
∴ `1/4 (2y"Z"^2 - 6"Z"y^2)` = 0
⇒ `(2y"Z")/4 ("Z" - 3y)` = 0
⇒ yZ(Z – 3y) = 0
⇒ yZ ≠ 0 .....(∵ y ≠ 0 और Z ≠ 0)
⇒ Z – 3y = 0
⇒ y = `"Z"/3`
⇒ y = `(x + y)/3` .....(∵ Z = x + y)
⇒ 3y = x + y
⇒ 3y – y = x
⇒ 2y = x
⇒ `y/x = 1/2`
⇒ cos θ = `1/2`
∴ θ = `pi/3`
विभेदक समीकरण (i) w.r.t. y,
हमारे पास `("d"^2"P")/("dy"^2) = 1/4 [2"Z"^2 - 12"Z"y]`
`("d"^2"P")/("dy"^2)` पर y = `"Z"/3 = 1/4 [2"Z"^2 - 12"Z" * "Z"/3]`
= `1/4 [2"Z"^2 - 4"Z"^2]`
= `(-"Z"^2)/2 < 0`
इसलिए, दिए गए त्रिभुज का क्षेत्रफल अधिकतम होता है जब उसके कर्ण और एक भुजा के बीच का कोण होता है `pi/3`।
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