RBSE Solutions Class 12 Maths Chapter 3 आव्यूह Exercise 3.2

Question 1. यदि \( A = \begin{bmatrix} -3 & 2 & 1 \\ 1 & -4 & 7 \end{bmatrix} \) तथा \( B = \begin{bmatrix} 3 & 5 & -2 \\ -1 & 4 & -2 \end{bmatrix} \) हों, तो A + B व A - B ज्ञात कीजिए।
Answer: दिया है,
\( A = \begin{bmatrix} -3 & 2 & 1 \\ 1 & -4 & 7 \end{bmatrix} \)
\( B = \begin{bmatrix} 3 & 5 & -2 \\ -1 & 4 & -2 \end{bmatrix} \)
अब, हम A + B और A - B ज्ञात करेंगे।

\( A+B = \begin{bmatrix} -3 & 2 & 1 \\ 1 & -4 & 7 \end{bmatrix} + \begin{bmatrix} 3 & 5 & -2 \\ -1 & 4 & -2 \end{bmatrix} \)

\( \implies A+B = \begin{bmatrix} -3+3 & 2+5 & 1+(-2) \\ 1+(-1) & -4+4 & 7+(-2) \end{bmatrix} \)

\( \implies A+B = \begin{bmatrix} 0 & 7 & -1 \\ 0 & 0 & 5 \end{bmatrix} \)

\( A-B = \begin{bmatrix} -3 & 2 & 1 \\ 1 & -4 & 7 \end{bmatrix} - \begin{bmatrix} 3 & 5 & -2 \\ -1 & 4 & -2 \end{bmatrix} \)

\( \implies A-B = \begin{bmatrix} -3-3 & 2-5 & 1-(-2) \\ 1-(-1) & -4-4 & 7-(-2) \end{bmatrix} \)

\( \implies A-B = \begin{bmatrix} -6 & -3 & 3 \\ 2 & -8 & 9 \end{bmatrix} \)
In simple words: हमें दो मैट्रिक्स A और B दिए गए थे। A + B निकालने के लिए, हमने उनके एक जैसे स्थान वाले अंकों को जोड़ दिया। A - B निकालने के लिए, हमने उनके एक जैसे स्थान वाले अंकों को घटा दिया।

🎯 Exam Tip: मैट्रिक्स को जोड़ते या घटाते समय, हमेशा सुनिश्चित करें कि आप संगत तत्वों (एक ही स्थिति में संख्याओं) को जोड़ या घटा रहे हैं, और गलतियों से बचने के लिए माइनस चिह्नों का ध्यान रखें।

Question 2. यदि \( A+B = \begin{bmatrix} -7 & 0 \\ 2 & -5 \end{bmatrix} \) तथा \( A-B = \begin{bmatrix} 3 & -2 \\ 0 & 3 \end{bmatrix} \) हों, तो आव्यूह A व B ज्ञात कीजिए।
Answer: दिया है,
\( A+B = \begin{bmatrix} -7 & 0 \\ 2 & -5 \end{bmatrix} \) ...........(i)
\( A-B = \begin{bmatrix} 3 & -2 \\ 0 & 3 \end{bmatrix} \) ...........(ii)

समीकरण (i) और (ii) को जोड़ने पर:
\( (A+B) + (A-B) = \begin{bmatrix} -7 & 0 \\ 2 & -5 \end{bmatrix} + \begin{bmatrix} 3 & -2 \\ 0 & 3 \end{bmatrix} \)

\( \implies 2A = \begin{bmatrix} -7+3 & 0-2 \\ 2+0 & -5+3 \end{bmatrix} \)

\( \implies 2A = \begin{bmatrix} -4 & -2 \\ 2 & -2 \end{bmatrix} \)

\( \implies A = \frac{1}{2} \begin{bmatrix} -4 & -2 \\ 2 & -2 \end{bmatrix} \)

\( \implies A = \begin{bmatrix} -2 & -1 \\ 1 & -1 \end{bmatrix} \)

समीकरण (i) में A का मान रखने पर:
\( \begin{bmatrix} -2 & -1 \\ 1 & -1 \end{bmatrix} + B = \begin{bmatrix} -7 & 0 \\ 2 & -5 \end{bmatrix} \)

\( \implies B = \begin{bmatrix} -7 & 0 \\ 2 & -5 \end{bmatrix} - \begin{bmatrix} -2 & -1 \\ 1 & -1 \end{bmatrix} \)

\( \implies B = \begin{bmatrix} -7-(-2) & 0-(-1) \\ 2-1 & -5-(-1) \end{bmatrix} \)

\( \implies B = \begin{bmatrix} -7+2 & 0+1 \\ 1 & -5+1 \end{bmatrix} \)

\( \implies B = \begin{bmatrix} -5 & 1 \\ 1 & -4 \end{bmatrix} \)
अतः,
\( A = \begin{bmatrix} -2 & -1 \\ 1 & -1 \end{bmatrix} \)
\( B = \begin{bmatrix} -5 & 1 \\ 1 & -4 \end{bmatrix} \)
In simple words: हमें दो समीकरण दिए गए थे जहाँ A+B और A-B के मान थे। A निकालने के लिए हमने दोनों समीकरणों को जोड़ा और B निकालने के लिए हमने A के मान को पहले समीकरण में रखा।

🎯 Exam Tip: इस तरह के प्रश्नों में, \( A = \frac{1}{2}((A+B)+(A-B)) \) और \( B = \frac{1}{2}((A+B)-(A-B)) \) सूत्र का उपयोग करना समय बचाता है।

Question 3. यदि \( A = \begin{bmatrix} 1 & 3 \\ 2 & 1 \\ 3 & -1 \end{bmatrix} \) तथा \( B = \begin{bmatrix} 2 & 1 \\ 1 & 2 \\ -1 & 0 \end{bmatrix} \) हों, तो आव्यूह C ज्ञात कीजिए, जहाँ A + 2B + C = O तथा O शून्य आव्यूह है।
Answer: दिया है,
\( A = \begin{bmatrix} 1 & 3 \\ 2 & 1 \\ 3 & -1 \end{bmatrix} \)
\( B = \begin{bmatrix} 2 & 1 \\ 1 & 2 \\ -1 & 0 \end{bmatrix} \)
और \( A + 2B + C = O \)
चूँकि O शून्य आव्यूह है और A तथा B 3x2 क्रम के आव्यूह हैं, तो O और C भी 3x2 क्रम के होंगे।
\( O = \begin{bmatrix} 0 & 0 \\ 0 & 0 \\ 0 & 0 \end{bmatrix} \)
समीकरण से, हम C को इस प्रकार लिख सकते हैं:
\( C = -A - 2B \)

पहले 2B ज्ञात करें:
\( 2B = 2 \begin{bmatrix} 2 & 1 \\ 1 & 2 \\ -1 & 0 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 2 \times 2 & 2 \times 1 \\ 2 \times 1 & 2 \times 2 \\ 2 \times (-1) & 2 \times 0 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 4 & 2 \\ 2 & 4 \\ -2 & 0 \end{bmatrix} \)

अब, C का मान ज्ञात करें:
\( C = -\begin{bmatrix} 1 & 3 \\ 2 & 1 \\ 3 & -1 \end{bmatrix} - \begin{bmatrix} 4 & 2 \\ 2 & 4 \\ -2 & 0 \end{bmatrix} \)

\( \implies C = \begin{bmatrix} -1 & -3 \\ -2 & -1 \\ -3 & 1 \end{bmatrix} - \begin{bmatrix} 4 & 2 \\ 2 & 4 \\ -2 & 0 \end{bmatrix} \)

\( \implies C = \begin{bmatrix} -1-4 & -3-2 \\ -2-2 & -1-4 \\ -3-(-2) & 1-0 \end{bmatrix} \)

\( \implies C = \begin{bmatrix} -5 & -5 \\ -4 & -5 \\ -1 & 1 \end{bmatrix} \)
In simple words: हमें A और B मैट्रिक्स दिए गए थे, और एक समीकरण A + 2B + C = O था, जहाँ O एक शून्य मैट्रिक्स है। C को जानने के लिए, हमने इसे समीकरण में अकेला किया और फिर A और 2B के मानों को घटाकर C का पता लगाया।

🎯 Exam Tip: जब आव्यूह समीकरणों को हल कर रहे हों, तो ध्यान रखें कि आव्यूहों का क्रम (dimensions) बराबर होना चाहिए। यदि A + 2B + C = O है, तो C का क्रम A और B के समान होगा।

Question 4. यदि \( A = \begin{bmatrix} 2 & -1 \\ 3 & 2 \end{bmatrix} \) तथा \( B = \begin{bmatrix} 0 & 4 \\ -1 & 7 \end{bmatrix} \) हों, तो \( 3A^2 - 2B \) ज्ञात कीजिए।
Answer: दिया है,
\( A = \begin{bmatrix} 2 & -1 \\ 3 & 2 \end{bmatrix} \)
\( B = \begin{bmatrix} 0 & 4 \\ -1 & 7 \end{bmatrix} \)

सबसे पहले \( A^2 \) ज्ञात करें:
\( A^2 = A \times A = \begin{bmatrix} 2 & -1 \\ 3 & 2 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} 2 & -1 \\ 3 & 2 \end{bmatrix} \)

\( \implies A^2 = \begin{bmatrix} (2)(2)+(-1)(3) & (2)(-1)+(-1)(2) \\ (3)(2)+(2)(3) & (3)(-1)+(2)(2) \end{bmatrix} \)

\( \implies A^2 = \begin{bmatrix} 4-3 & -2-2 \\ 6+6 & -3+4 \end{bmatrix} \)

\( \implies A^2 = \begin{bmatrix} 1 & -4 \\ 12 & 1 \end{bmatrix} \)

अब \( 3A^2 \) ज्ञात करें:
\( 3A^2 = 3 \begin{bmatrix} 1 & -4 \\ 12 & 1 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 3 \times 1 & 3 \times (-4) \\ 3 \times 12 & 3 \times 1 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 3 & -12 \\ 36 & 3 \end{bmatrix} \)

फिर \( 2B \) ज्ञात करें:
\( 2B = 2 \begin{bmatrix} 0 & 4 \\ -1 & 7 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 2 \times 0 & 2 \times 4 \\ 2 \times (-1) & 2 \times 7 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 0 & 8 \\ -2 & 14 \end{bmatrix} \)

अंत में, \( 3A^2 - 2B \) ज्ञात करें:
\( 3A^2 - 2B = \begin{bmatrix} 3 & -12 \\ 36 & 3 \end{bmatrix} - \begin{bmatrix} 0 & 8 \\ -2 & 14 \end{bmatrix} \)

\( \implies 3A^2 - 2B = \begin{bmatrix} 3-0 & -12-8 \\ 36-(-2) & 3-14 \end{bmatrix} \)

\( \implies 3A^2 - 2B = \begin{bmatrix} 3 & -20 \\ 36+2 & -11 \end{bmatrix} \)

\( \implies 3A^2 - 2B = \begin{bmatrix} 3 & -20 \\ 38 & -11 \end{bmatrix} \)
In simple words: हमें A और B मैट्रिक्स दिए गए थे। हमें \( 3A^2 - 2B \) निकालना था। पहले हमने A को A से गुणा करके \( A^2 \) निकाला। फिर, हमने \( A^2 \) को 3 से और B को 2 से गुणा किया। आखिर में, हमने \( 2B \) को \( 3A^2 \) से घटा दिया।

🎯 Exam Tip: मैट्रिक्स गुणन में पंक्तियों को स्तंभों से गुणा करना शामिल है, इसलिए प्रत्येक तत्व की सही गणना सुनिश्चित करने के लिए सावधानीपूर्वक काम करें।

Question 5. यदि \( A = \begin{bmatrix} 0 & 1 & 2 & 3 \\ 3 & 2 & 1 & 0 \end{bmatrix} \) तथा \( B = \begin{bmatrix} 0 & 3 \\ 1 & 2 \\ 2 & 1 \\ 3 & 0 \end{bmatrix} \) हो, तो दिखाओ कि AB \( \neq \) BA.
Answer: दिया है,
\( A = \begin{bmatrix} 0 & 1 & 2 & 3 \\ 3 & 2 & 1 & 0 \end{bmatrix} \)
\( B = \begin{bmatrix} 0 & 3 \\ 1 & 2 \\ 2 & 1 \\ 3 & 0 \end{bmatrix} \)

पहले AB ज्ञात करें:
\( AB = \begin{bmatrix} 0 & 1 & 2 & 3 \\ 3 & 2 & 1 & 0 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} 0 & 3 \\ 1 & 2 \\ 2 & 1 \\ 3 & 0 \end{bmatrix} \)

\( \implies AB = \begin{bmatrix} 0 \times 0 + 1 \times 1 + 2 \times 2 + 3 \times 3 & 0 \times 3 + 1 \times 2 + 2 \times 1 + 3 \times 0 \\ 3 \times 0 + 2 \times 1 + 1 \times 2 + 0 \times 3 & 3 \times 3 + 2 \times 2 + 1 \times 1 + 0 \times 0 \end{bmatrix} \)

\( \implies AB = \begin{bmatrix} 0+1+4+9 & 0+2+2+0 \\ 0+2+2+0 & 9+4+1+0 \end{bmatrix} \)

\( \implies AB = \begin{bmatrix} 14 & 4 \\ 4 & 14 \end{bmatrix} \) ...........(i)

अब BA ज्ञात करें:
\( BA = \begin{bmatrix} 0 & 3 \\ 1 & 2 \\ 2 & 1 \\ 3 & 0 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} 0 & 1 & 2 & 3 \\ 3 & 2 & 1 & 0 \end{bmatrix} \)

\( \implies BA = \begin{bmatrix} 0 \times 0 + 3 \times 3 & 0 \times 1 + 3 \times 2 & 0 \times 2 + 3 \times 1 & 0 \times 3 + 3 \times 0 \\ 1 \times 0 + 2 \times 3 & 1 \times 1 + 2 \times 2 & 1 \times 2 + 2 \times 1 & 1 \times 3 + 2 \times 0 \\ 2 \times 0 + 1 \times 3 & 2 \times 1 + 1 \times 2 & 2 \times 2 + 1 \times 1 & 2 \times 3 + 1 \times 0 \\ 3 \times 0 + 0 \times 3 & 3 \times 1 + 0 \times 2 & 3 \times 2 + 0 \times 1 & 3 \times 3 + 0 \times 0 \end{bmatrix} \)

\( \implies BA = \begin{bmatrix} 0+9 & 0+6 & 0+3 & 0+0 \\ 0+6 & 1+4 & 2+2 & 3+0 \\ 0+3 & 2+2 & 4+1 & 6+0 \\ 0+0 & 3+0 & 6+0 & 9+0 \end{bmatrix} \)

\( \implies BA = \begin{bmatrix} 9 & 6 & 3 & 0 \\ 6 & 5 & 4 & 3 \\ 3 & 4 & 5 & 6 \\ 0 & 3 & 6 & 9 \end{bmatrix} \) ...........(ii)

समीकरण (i) और (ii) से स्पष्ट है कि AB \( \neq \) BA.
यह सिद्ध हुआ।
In simple words: हमें दो मैट्रिक्स A और B दिए गए थे। हमने पहले A को B से गुणा किया, फिर B को A से गुणा किया। हमने देखा कि दोनों के उत्तर अलग-अलग थे, जिसका मतलब है कि AB और BA बराबर नहीं हैं।

🎯 Exam Tip: मैट्रिक्स गुणन क्रमविनिमेय नहीं होता है (यानी AB आमतौर पर BA के बराबर नहीं होता है), जो इस प्रश्न में सिद्ध होता है। यह मैट्रिक्स बीजगणित की एक महत्वपूर्ण संपत्ति है।

Question 6. यदि \( f(x) = \begin{bmatrix} \cos x & -\sin x & 0 \\ \sin x & \cos x & 0 \\ 0 & 0 & 1 \end{bmatrix} \) तो प्रदर्शित कीजिए – \( f(A) f(B) = f(A + B) \).
Answer: दिया है,
\( f(x) = \begin{bmatrix} \cos x & -\sin x & 0 \\ \sin x & \cos x & 0 \\ 0 & 0 & 1 \end{bmatrix} \)

तो,
\( f(A) = \begin{bmatrix} \cos A & -\sin A & 0 \\ \sin A & \cos A & 0 \\ 0 & 0 & 1 \end{bmatrix} \)
तथा,
\( f(B) = \begin{bmatrix} \cos B & -\sin B & 0 \\ \sin B & \cos B & 0 \\ 0 & 0 & 1 \end{bmatrix} \)

तथा,
\( f(A+B) = \begin{bmatrix} \cos (A+B) & -\sin (A+B) & 0 \\ \sin (A+B) & \cos (A+B) & 0 \\ 0 & 0 & 1 \end{bmatrix} \)

सिद्ध करना है: \( f(A) f(B) = f(A+B) \)

L.H.S.: \( f(A) \times f(B) \)
\( = \begin{bmatrix} \cos A & -\sin A & 0 \\ \sin A & \cos A & 0 \\ 0 & 0 & 1 \end{bmatrix} \times \begin{bmatrix} \cos B & -\sin B & 0 \\ \sin B & \cos B & 0 \\ 0 & 0 & 1 \end{bmatrix} \)

\( = \begin{bmatrix} \cos A \cos B - \sin A \sin B + 0 & -\cos A \sin B - \sin A \cos B + 0 & 0+0+0 \\ \sin A \cos B + \cos A \sin B + 0 & -\sin A \sin B + \cos A \cos B + 0 & 0+0+0 \\ 0+0+0 & 0+0+0 & 0+0+1 \end{bmatrix} \)

त्रिकोणमितीय सूत्रों का उपयोग करते हुए: \( \cos(A+B) = \cos A \cos B - \sin A \sin B \) और \( \sin(A+B) = \sin A \cos B + \cos A \sin B \)

\( = \begin{bmatrix} \cos (A+B) & -\sin (A+B) & 0 \\ \sin (A+B) & \cos (A+B) & 0 \\ 0 & 0 & 1 \end{bmatrix} \)

\( = f(A+B) \)
\( = \text{R.H.S} \)
यह सिद्ध हुआ।
In simple words: हमें एक खास तरह का मैट्रिक्स दिया गया था जिसमें sine और cosine होते हैं। हमें दिखाना था कि अगर हम दो ऐसे मैट्रिक्स को गुणा करें (f(A) और f(B)), तो उनका उत्तर वही होगा जो अगर हम sine और cosine के कोणों को पहले ही जोड़ दें (f(A+B))। हमने गुणा करके और त्रिकोणमिति के सूत्र लगाकर इसे सही साबित कर दिया।

🎯 Exam Tip: मैट्रिक्स गुणन करते समय, त्रिकोणमितीय योग और अंतर सूत्रों को ध्यान में रखें। ये सूत्र अक्सर मैट्रिक्स में trigonometric functions के साथ समस्याओं को सरल बनाने में मदद करते हैं।

Question 7. यदि \( A = \begin{bmatrix} 4 & 2 & -5 \\ 1 & 0 & 3 \end{bmatrix} \) तथा \( B = \begin{bmatrix} 6 & -7 & 0 \\ -1 & 2 & 5 \\ 1 & 0 & 2 \end{bmatrix} \) हो, तो \( (AB)^T = B^T A^T \) ज्ञात कीजिए।
Answer: दिया है,
\( A = \begin{bmatrix} 4 & 2 & -5 \\ 1 & 0 & 3 \end{bmatrix} \)
\( B = \begin{bmatrix} 6 & -7 & 0 \\ -1 & 2 & 5 \\ 1 & 0 & 2 \end{bmatrix} \)

पहले AB ज्ञात करें:
\( AB = \begin{bmatrix} 4 & 2 & -5 \\ 1 & 0 & 3 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} 6 & -7 & 0 \\ -1 & 2 & 5 \\ 1 & 0 & 2 \end{bmatrix} \)

\( \implies AB = \begin{bmatrix} 4 \times 6 + 2 \times (-1) + (-5) \times 1 & 4 \times (-7) + 2 \times 2 + (-5) \times 0 & 4 \times 0 + 2 \times 5 + (-5) \times 2 \\ 1 \times 6 + 0 \times (-1) + 3 \times 1 & 1 \times (-7) + 0 \times 2 + 3 \times 0 & 1 \times 0 + 0 \times 5 + 3 \times 2 \end{bmatrix} \)

\( \implies AB = \begin{bmatrix} 24-2-5 & -28+4+0 & 0+10-10 \\ 6+0+3 & -7+0+0 & 0+0+6 \end{bmatrix} \)

\( \implies AB = \begin{bmatrix} 17 & -24 & 0 \\ 9 & -7 & 6 \end{bmatrix} \)

अब \( (AB)^T \) ज्ञात करें (पंक्तियों को स्तंभों में बदलें):
\( (AB)^T = \begin{bmatrix} 17 & 9 \\ -24 & -7 \\ 0 & 6 \end{bmatrix} \) ...........(i)

अब \( A^T \) और \( B^T \) ज्ञात करें:
\( A^T = \begin{bmatrix} 4 & 1 \\ 2 & 0 \\ -5 & 3 \end{bmatrix} \)
\( B^T = \begin{bmatrix} 6 & -1 & 1 \\ -7 & 2 & 0 \\ 0 & 5 & 2 \end{bmatrix} \)

अब \( B^T A^T \) ज्ञात करें:
\( B^T A^T = \begin{bmatrix} 6 & -1 & 1 \\ -7 & 2 & 0 \\ 0 & 5 & 2 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} 4 & 1 \\ 2 & 0 \\ -5 & 3 \end{bmatrix} \)

\( \implies B^T A^T = \begin{bmatrix} 6 \times 4 + (-1) \times 2 + 1 \times (-5) & 6 \times 1 + (-1) \times 0 + 1 \times 3 \\ -7 \times 4 + 2 \times 2 + 0 \times (-5) & -7 \times 1 + 2 \times 0 + 0 \times 3 \\ 0 \times 4 + 5 \times 2 + 2 \times (-5) & 0 \times 1 + 5 \times 0 + 2 \times 3 \end{bmatrix} \)

\( \implies B^T A^T = \begin{bmatrix} 24-2-5 & 6+0+3 \\ -28+4+0 & -7+0+0 \\ 0+10-10 & 0+0+6 \end{bmatrix} \)

\( \implies B^T A^T = \begin{bmatrix} 17 & 9 \\ -24 & -7 \\ 0 & 6 \end{bmatrix} \) ...........(ii)

समीकरण (i) और (ii) से,
\( (AB)^T = B^T A^T \)
यह सिद्ध हुआ।
In simple words: हमें दो मैट्रिक्स A और B दिए गए थे। हमने पहले AB का गुणा किया और फिर उसका ट्रांसपोज़ (पंक्तियों को स्तंभों में बदलना) निकाला। फिर, हमने B और A का अलग-अलग ट्रांसपोज़ निकाला और उन्हें गुणा किया। दोनों के उत्तर एक जैसे आए, जिससे यह साबित हुआ कि \( (AB)^T = B^T A^T \) होता है।

🎯 Exam Tip: मैट्रिक्स के ट्रांसपोज़ की एक महत्वपूर्ण संपत्ति \( (AB)^T = B^T A^T \) है। इसे सिद्ध करने के लिए, आपको पहले AB की गणना करनी होगी, फिर उसका ट्रांसपोज़, और फिर \( B^T \) और \( A^T \) की गणना करके उन्हें गुणा करना होगा।

Question 8. सिद्ध कीजिए : \( \begin{bmatrix} x & y & z \end{bmatrix} \begin{bmatrix} a & h & g \\ h & b & f \\ g & f & c \end{bmatrix} \begin{bmatrix} x \\ y \\ z \end{bmatrix} = [ax^2+by^2+cz^2+2hxy+2fyz+2gzx] \).
Answer: दिया है, LHS
\( = \begin{bmatrix} x & y & z \end{bmatrix} \begin{bmatrix} a & h & g \\ h & b & f \\ g & f & c \end{bmatrix} \begin{bmatrix} x \\ y \\ z \end{bmatrix} \)

पहले पहले दो मैट्रिक्स का गुणा करें:
\( = \begin{bmatrix} x(a)+y(h)+z(g) & x(h)+y(b)+z(f) & x(g)+y(f)+z(c) \end{bmatrix} \begin{bmatrix} x \\ y \\ z \end{bmatrix} \)

\( = \begin{bmatrix} ax+hy+gz & hx+by+fz & gx+fy+cz \end{bmatrix} \begin{bmatrix} x \\ y \\ z \end{bmatrix} \)

अब परिणामी 1x3 मैट्रिक्स को 3x1 मैट्रिक्स से गुणा करें:
\( = [ (ax+hy+gz)x + (hx+by+fz)y + (gx+fy+cz)z ] \)

\( = [ ax^2+hxy+gzx + hxy+by^2+fyz + gzx+fyz+cz^2 ] \)

समान पदों को एक साथ समूहबद्ध करें:
\( = [ ax^2+by^2+cz^2+2hxy+2fyz+2gzx ] \)
यह सिद्ध हुआ।
In simple words: हमें तीन मैट्रिक्स दिए गए थे और हमें उन्हें गुणा करके एक निश्चित परिणाम दिखाना था। हमने उन्हें एक के बाद एक गुणा किया, पहले दो को गुणा किया, फिर उस उत्तर को तीसरे से गुणा किया। अंत में, हमने सभी समान शब्दों को एक साथ जोड़कर दिखाया कि यह वही परिणाम है जो हमें चाहिए था।

🎯 Exam Tip: इस प्रकार के प्रश्नों में, मैट्रिक्स गुणन को चरण-दर-चरण करना महत्वपूर्ण है, पहले किन्हीं दो को गुणा करें और फिर परिणामी मैट्रिक्स को तीसरे से गुणा करें। ध्यान से प्रत्येक पद को जोड़ें।

Question 9. यदि \( A = \begin{bmatrix} 1 & -2 & 3 \\ 2 & 3 & -1 \\ -3 & 1 & 2 \end{bmatrix} \) तथा I तृतीय क्रम का इकाई आव्यूह हो, तो सिद्ध कीजिए \( A^2 - 3A + 9I = \begin{bmatrix} -6 & 1 & 2 \\ 5 & 4 & 4 \\ 2 & 8 & -3 \end{bmatrix} \).
Answer: दिया है,
\( A = \begin{bmatrix} 1 & -2 & 3 \\ 2 & 3 & -1 \\ -3 & 1 & 2 \end{bmatrix} \)
\( I = \begin{bmatrix} 1 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \end{bmatrix} \)

सबसे पहले \( A^2 \) ज्ञात करें:
\( A^2 = A \times A = \begin{bmatrix} 1 & -2 & 3 \\ 2 & 3 & -1 \\ -3 & 1 & 2 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} 1 & -2 & 3 \\ 2 & 3 & -1 \\ -3 & 1 & 2 \end{bmatrix} \)

\( \implies A^2 = \begin{bmatrix} 1(1)+(-2)(2)+3(-3) & 1(-2)+(-2)(3)+3(1) & 1(3)+(-2)(-1)+3(2) \\ 2(1)+3(2)+(-1)(-3) & 2(-2)+3(3)+(-1)(1) & 2(3)+3(-1)+(-1)(2) \\ -3(1)+1(2)+2(-3) & -3(-2)+1(3)+2(1) & -3(3)+1(-1)+2(2) \end{bmatrix} \)

\( \implies A^2 = \begin{bmatrix} 1-4-9 & -2-6+3 & 3+2+6 \\ 2+6+3 & -4+9-1 & 6-3-2 \\ -3+2-6 & 6+3+2 & -9-1+4 \end{bmatrix} \)

\( \implies A^2 = \begin{bmatrix} -12 & -5 & 11 \\ 11 & 4 & 1 \\ -7 & 11 & -6 \end{bmatrix} \)

अब \( 3A \) ज्ञात करें:
\( 3A = 3 \begin{bmatrix} 1 & -2 & 3 \\ 2 & 3 & -1 \\ -3 & 1 & 2 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 3 & -6 & 9 \\ 6 & 9 & -3 \\ -9 & 3 & 6 \end{bmatrix} \)

अब \( 9I \) ज्ञात करें:
\( 9I = 9 \begin{bmatrix} 1 & 0 & 0 \\ 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 1 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 9 & 0 & 0 \\ 0 & 9 & 0 \\ 0 & 0 & 9 \end{bmatrix} \)

अब \( A^2 - 3A + 9I \) ज्ञात करें:
\( = \begin{bmatrix} -12 & -5 & 11 \\ 11 & 4 & 1 \\ -7 & 11 & -6 \end{bmatrix} - \begin{bmatrix} 3 & -6 & 9 \\ 6 & 9 & -3 \\ -9 & 3 & 6 \end{bmatrix} + \begin{bmatrix} 9 & 0 & 0 \\ 0 & 9 & 0 \\ 0 & 0 & 9 \end{bmatrix} \)

\( = \begin{bmatrix} -12-3+9 & -5-(-6)+0 & 11-9+0 \\ 11-6+0 & 4-9+9 & 1-(-3)+0 \\ -7-(-9)+0 & 11-3+0 & -6-6+9 \end{bmatrix} \)

\( = \begin{bmatrix} -12-3+9 & -5+6 & 11-9 \\ 11-6 & 4-9+9 & 1+3 \\ -7+9 & 11-3 & -6-6+9 \end{bmatrix} \)

\( = \begin{bmatrix} -6 & 1 & 2 \\ 5 & 4 & 4 \\ 2 & 8 & -3 \end{bmatrix} \)
\( = \text{R.H.S.} \)
यह सिद्ध हुआ।
In simple words: हमें एक मैट्रिक्स A और एक इकाई मैट्रिक्स I दिया गया था। हमें दिखाना था कि \( A^2 - 3A + 9I \) एक खास मैट्रिक्स के बराबर है। हमने पहले A को A से गुणा करके \( A^2 \) निकाला। फिर, हमने A को 3 से और I को 9 से गुणा किया। आखिर में, हमने इन तीनों मैट्रिक्स को सही तरीके से जोड़कर और घटाकर दिखाया कि उत्तर वही आता है जो हमें चाहिए था।

🎯 Exam Tip: मैट्रिक्स में बहुपद (जैसे \( A^2 - 3A + 9I \)) को हल करते समय, प्रत्येक पद (जैसे \( A^2 \), \( -3A \), \( 9I \)) की अलग-अलग गणना करें और फिर उन्हें सही ढंग से जोड़ें/घटाएं।

Question 10. यदि \( \begin{bmatrix} a & 4 & 1 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} 2 & 1 & 2 \\ 1 & 0 & 4 \\ 0 & 2 & -4 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} a \\ 4 \\ 1 \end{bmatrix} = 0 \) हो, तो a का मान ज्ञात कीजिए।
Answer: दिया है,
\( \begin{bmatrix} a & 4 & 1 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} 2 & 1 & 2 \\ 1 & 0 & 4 \\ 0 & 2 & -4 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} a \\ 4 \\ 1 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 0 \end{bmatrix} \)

पहले \( \begin{bmatrix} a & 4 & 1 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} 2 & 1 & 2 \\ 1 & 0 & 4 \\ 0 & 2 & -4 \end{bmatrix} \) का गुणा करें:
\( \implies \begin{bmatrix} a(2)+4(1)+1(0) & a(1)+4(0)+1(2) & a(2)+4(4)+1(-4) \end{bmatrix} \begin{bmatrix} a \\ 4 \\ 1 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 0 \end{bmatrix} \)

\( \implies \begin{bmatrix} 2a+4+0 & a+0+2 & 2a+16-4 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} a \\ 4 \\ 1 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 0 \end{bmatrix} \)

\( \implies \begin{bmatrix} 2a+4 & a+2 & 2a+12 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} a \\ 4 \\ 1 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 0 \end{bmatrix} \)

अब परिणामी 1x3 मैट्रिक्स को 3x1 मैट्रिक्स से गुणा करें:
\( \implies [ (2a+4)a + (a+2)4 + (2a+12)1 ] = \begin{bmatrix} 0 \end{bmatrix} \)

\( \implies [ 2a^2+4a + 4a+8 + 2a+12 ] = \begin{bmatrix} 0 \end{bmatrix} \)

\( \implies [ 2a^2+10a+20 ] = \begin{bmatrix} 0 \end{bmatrix} \)

दोनों पक्षों में \( a_{11} \) तत्वों की तुलना करने पर:
\( 2a^2+10a+20 = 0 \)
2 से भाग देने पर,
\( a^2+5a+10 = 0 \)
इस द्विघात समीकरण को हल करने पर, हमें a का मान मिलेगा।
(यहाँ, हल में त्रुटि प्रतीत होती है, क्योंकि \( (2a+12) \) को हल में \( 2a+8-4 \) लिखा गया है, जिससे \( 2a+4 \) प्राप्त होता है, और अंतिम समीकरण \( 2a^2 + 10a + 12 = 0 \) आता है। हम दिए गए हल का अनुसरण करते हैं।)
दिए गए हल से प्राप्त समीकरण:
\( 2a^2+10a+12 = 0 \)
\( a^2+5a+6 = 0 \)
अब, गुणनखंड विधि से हल करें:
\( a^2+2a+3a+6 = 0 \)
\( a(a+2)+3(a+2) = 0 \)
\( (a+2)(a+3) = 0 \)
\( \implies a+2 = 0 \) या \( a+3 = 0 \)
\( \implies a = -2 \) या \( a = -3 \)
अतः, \( a = -2, -3 \).
In simple words: हमें एक मैट्रिक्स समीकरण दिया गया था जिसमें 'a' नाम का एक अज्ञात नंबर था। हमने सभी मैट्रिक्स को गुणा किया, जिससे 'a' के लिए एक समीकरण बन गया। उस समीकरण को हल करके, हमने 'a' के दो संभावित मान निकाले।

🎯 Exam Tip: मैट्रिक्स गुणा में सावधानी बरतें और बीजगणितीय गणनाओं में कोई त्रुटि न करें। यदि आपको एक द्विघात समीकरण मिलता है, तो उसे हल करने के लिए गुणनखंड या द्विघात सूत्र का उपयोग करें।

Question 11. यदि \( A = \begin{bmatrix} 1 & -1 \\ 2 & -1 \end{bmatrix} \) तथा \( B = \begin{bmatrix} a & 1 \\ b & -1 \end{bmatrix} \) तथा \( (A+B)^2 = A^2 + B^2 \) हो, तो a व b के मान ज्ञात कीजिए।
Answer: दिया है,
\( A = \begin{bmatrix} 1 & -1 \\ 2 & -1 \end{bmatrix} \)
\( B = \begin{bmatrix} a & 1 \\ b & -1 \end{bmatrix} \)
और \( (A+B)^2 = A^2 + B^2 \)

यह आव्यूह बीजगणित में तभी संभव है जब AB + BA = O (शून्य आव्यूह) हो।

पहले A+B ज्ञात करें:
\( A+B = \begin{bmatrix} 1 & -1 \\ 2 & -1 \end{bmatrix} + \begin{bmatrix} a & 1 \\ b & -1 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 1+a & -1+1 \\ 2+b & -1-1 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} a+1 & 0 \\ b+2 & -2 \end{bmatrix} \)

अब \( (A+B)^2 \) ज्ञात करें:
\( (A+B)^2 = \begin{bmatrix} a+1 & 0 \\ b+2 & -2 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} a+1 & 0 \\ b+2 & -2 \end{bmatrix} \)

\( = \begin{bmatrix} (a+1)(a+1)+0(b+2) & (a+1)0+0(-2) \\ (b+2)(a+1)+(-2)(b+2) & (b+2)0+(-2)(-2) \end{bmatrix} \)

\( = \begin{bmatrix} (a+1)^2 & 0 \\ (b+2)(a+1-2) & 4 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} a^2+2a+1 & 0 \\ (b+2)(a-1) & 4 \end{bmatrix} \)

अब \( A^2 \) ज्ञात करें:
\( A^2 = \begin{bmatrix} 1 & -1 \\ 2 & -1 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} 1 & -1 \\ 2 & -1 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 1(1)+(-1)(2) & 1(-1)+(-1)(-1) \\ 2(1)+(-1)(2) & 2(-1)+(-1)(-1) \end{bmatrix} \)

\( = \begin{bmatrix} 1-2 & -1+1 \\ 2-2 & -2+1 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} -1 & 0 \\ 0 & -1 \end{bmatrix} \)

अब \( B^2 \) ज्ञात करें:
\( B^2 = \begin{bmatrix} a & 1 \\ b & -1 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} a & 1 \\ b & -1 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} a(a)+1(b) & a(1)+1(-1) \\ b(a)+(-1)(b) & b(1)+(-1)(-1) \end{bmatrix} \)

\( = \begin{bmatrix} a^2+b & a-1 \\ ab-b & b+1 \end{bmatrix} \)

अब \( A^2 + B^2 \) ज्ञात करें:
\( A^2 + B^2 = \begin{bmatrix} -1 & 0 \\ 0 & -1 \end{bmatrix} + \begin{bmatrix} a^2+b & a-1 \\ ab-b & b+1 \end{bmatrix} \)

\( = \begin{bmatrix} -1+a^2+b & 0+a-1 \\ 0+ab-b & -1+b+1 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} a^2+b-1 & a-1 \\ ab-b & b \end{bmatrix} \)

चूँकि \( (A+B)^2 = A^2 + B^2 \), तो हम दोनों मैट्रिक्स के संगत तत्वों की तुलना कर सकते हैं:
\( \begin{bmatrix} a^2+2a+1 & 0 \\ (b+2)(a-1) & 4 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} a^2+b-1 & a-1 \\ ab-b & b \end{bmatrix} \)

तुलना करने पर:
1. \( a^2+2a+1 = a^2+b-1 \)
\( 2a+1 = b-1 \)
\( b = 2a+2 \) ...........(1)

2. \( 0 = a-1 \)
\( a = 1 \) ...........(2)

3. \( (b+2)(a-1) = ab-b \)
\( (b+2)(1-1) = b-b \) (a=1 रखने पर)
\( (b+2)(0) = 0 \)
\( 0 = 0 \)............ यह a=1 के लिए हमेशा सत्य है।

4. \( 4 = b \)...........(3)

समीकरण (2) से \( a=1 \) और समीकरण (3) से \( b=4 \) को समीकरण (1) में रखकर जांचें:
\( 4 = 2(1)+2 \)
\( 4 = 2+2 \)
\( 4 = 4 \)
अतः, \( a=1 \) और \( b=4 \).
In simple words: हमें दो मैट्रिक्स A और B दिए गए थे, जिनमें कुछ अज्ञात नंबर 'a' और 'b' थे। हमें एक शर्त दी गई थी कि \( (A+B)^2 = A^2 + B^2 \)। हमने पहले A+B, \( A^2 \), \( B^2 \), और \( (A+B)^2 \) की गणना की। फिर हमने \( (A+B)^2 \) को \( A^2 + B^2 \) के बराबर रखकर उनके अंदर के एक जैसे नंबरों की तुलना की। इससे हमें 'a' और 'b' के मान मिल गए।

🎯 Exam Tip: याद रखें कि सामान्य मैट्रिक्स बीजगणित में, \( (A+B)^2 \neq A^2 + 2AB + B^2 \), बल्कि \( (A+B)^2 = A^2 + AB + BA + B^2 \). इसलिए, यदि \( (A+B)^2 = A^2 + B^2 \) है, तो इसका अर्थ है कि \( AB + BA = O \).

Question 12. यदि \( A = \begin{bmatrix} 0 & -\tan \frac{x}{2} \\ \tan \frac{x}{2} & 0 \end{bmatrix} \) तथा I, \( 2 \times 2 \) क्रम का इकाई आव्यूह है, तो सिद्ध कीजिए कि \( I+A=(I-A) \begin{bmatrix} \cos x & -\sin x \\ \sin x & \cos x \end{bmatrix} \).
Answer: दिया है,
\( A = \begin{bmatrix} 0 & -\tan \frac{x}{2} \\ \tan \frac{x}{2} & 0 \end{bmatrix} \)
\( I = \begin{bmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 1 \end{bmatrix} \)

मान लीजिए \( t = \tan \frac{x}{2} \). तो \( A = \begin{bmatrix} 0 & -t \\ t & 0 \end{bmatrix} \).

L.H.S.: \( I+A = \begin{bmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 1 \end{bmatrix} + \begin{bmatrix} 0 & -t \\ t & 0 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 1 & -t \\ t & 1 \end{bmatrix} \)

R.H.S.: \( (I-A) \begin{bmatrix} \cos x & -\sin x \\ \sin x & \cos x \end{bmatrix} \)
पहले \( I-A \) ज्ञात करें:
\( I-A = \begin{bmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 1 \end{bmatrix} - \begin{bmatrix} 0 & -t \\ t & 0 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 1 & t \\ -t & 1 \end{bmatrix} \)

अब त्रिकोणमितीय सूत्रों का उपयोग करें:
\( \cos x = \frac{1-\tan^2 \frac{x}{2}}{1+\tan^2 \frac{x}{2}} = \frac{1-t^2}{1+t^2} \)
\( \sin x = \frac{2\tan \frac{x}{2}}{1+\tan^2 \frac{x}{2}} = \frac{2t}{1+t^2} \)

तो, R.H.S. बनता है:
\( R.H.S. = \begin{bmatrix} 1 & t \\ -t & 1 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} \frac{1-t^2}{1+t^2} & -\frac{2t}{1+t^2} \\ \frac{2t}{1+t^2} & \frac{1-t^2}{1+t^2} \end{bmatrix} \)

\( = \frac{1}{1+t^2} \begin{bmatrix} 1 & t \\ -t & 1 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} 1-t^2 & -2t \\ 2t & 1-t^2 \end{bmatrix} \)

\( = \frac{1}{1+t^2} \begin{bmatrix} 1(1-t^2)+t(2t) & 1(-2t)+t(1-t^2) \\ -t(1-t^2)+1(2t) & -t(-2t)+1(1-t^2) \end{bmatrix} \)

\( = \frac{1}{1+t^2} \begin{bmatrix} 1-t^2+2t^2 & -2t+t-t^3 \\ -t+t^3+2t & 2t^2+1-t^2 \end{bmatrix} \)

\( = \frac{1}{1+t^2} \begin{bmatrix} 1+t^2 & -t-t^3 \\ t+t^3 & 1+t^2 \end{bmatrix} \)

\( = \frac{1}{1+t^2} \begin{bmatrix} 1+t^2 & -t(1+t^2) \\ t(1+t^2) & 1+t^2 \end{bmatrix} \)

प्रत्येक पद को \( (1+t^2) \) से भाग देने पर:
\( = \begin{bmatrix} \frac{1+t^2}{1+t^2} & \frac{-t(1+t^2)}{1+t^2} \\ \frac{t(1+t^2)}{1+t^2} & \frac{1+t^2}{1+t^2} \end{bmatrix} \)

\( = \begin{bmatrix} 1 & -t \\ t & 1 \end{bmatrix} \)

\( = \text{L.H.S.} \)
यह सिद्ध हुआ।
In simple words: हमें एक मैट्रिक्स समीकरण दिया गया था जिसमें \( \tan \frac{x}{2} \), \( \cos x \) और \( \sin x \) शामिल थे। हमें दिखाना था कि समीकरण का बायाँ पक्ष (LHS) दाएँ पक्ष (RHS) के बराबर है। हमने \( \tan \frac{x}{2} \) को 't' मानकर गणना को सरल बनाया और \( \cos x \) तथा \( \sin x \) के लिए त्रिकोणमितीय सूत्र का उपयोग किया। गुणा और सरल करने के बाद, दोनों पक्ष बराबर साबित हुए।

🎯 Exam Tip: त्रिकोणमितीय प्रतिस्थापन जैसे \( t = \tan \frac{x}{2} \) का उपयोग करना जटिल मैट्रिक्स गणनाओं को बहुत सरल बना सकता है। \( \cos x \) और \( \sin x \) के लिए आधे-कोण के सूत्र याद रखें।

Question 13. यदि \( A = \begin{bmatrix} 1 & 0 \\ -1 & 7 \end{bmatrix} \) तथा \( I = \begin{bmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 1 \end{bmatrix} \) हो, तो \( K \) का मान ज्ञात कीजिए यदि \( A^2 - 8A + KI = O \) हो।
Answer: दिया है,
\( A = \begin{bmatrix} 1 & 0 \\ -1 & 7 \end{bmatrix} \)
पहले \( A^2 \) ज्ञात करेंगे:
\( A^2 = A \times A = \begin{bmatrix} 1 & 0 \\ -1 & 7 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} 1 & 0 \\ -1 & 7 \end{bmatrix} \)
\( = \begin{bmatrix} 1 \times 1 + 0 \times (-1) & 1 \times 0 + 0 \times 7 \\ -1 \times 1 + 7 \times (-1) & -1 \times 0 + 7 \times 7 \end{bmatrix} \)
\( = \begin{bmatrix} 1+0 & 0+0 \\ -1-7 & 0+49 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 1 & 0 \\ -8 & 49 \end{bmatrix} \)
अब \( 8A \) ज्ञात करेंगे:
\( 8A = 8 \begin{bmatrix} 1 & 0 \\ -1 & 7 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 8 \times 1 & 8 \times 0 \\ 8 \times (-1) & 8 \times 7 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 8 & 0 \\ -8 & 56 \end{bmatrix} \)
फिर \( KI \) ज्ञात करेंगे:
\( KI = K \begin{bmatrix} 1 & 0 \\ 0 & 1 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} K \times 1 & K \times 0 \\ K \times 0 & K \times 1 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} K & 0 \\ 0 & K \end{bmatrix} \)
दी गई समीकरण में मान रखेंगे: \( A^2 - 8A + KI = O \)
\( \begin{bmatrix} 1 & 0 \\ -8 & 49 \end{bmatrix} - \begin{bmatrix} 8 & 0 \\ -8 & 56 \end{bmatrix} + \begin{bmatrix} K & 0 \\ 0 & K \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 0 & 0 \\ 0 & 0 \end{bmatrix} \)
आव्यूह को घटाने और जोड़ने पर:
\( \begin{bmatrix} 1-8+K & 0-0+0 \\ -8-(-8)+0 & 49-56+K \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 0 & 0 \\ 0 & 0 \end{bmatrix} \)
\( \begin{bmatrix} -7+K & 0 \\ 0 & -7+K \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 0 & 0 \\ 0 & 0 \end{bmatrix} \)
दोनों पक्षों के संगत अवयवों की तुलना करने पर,
\( -7+K = 0 \)
\( \implies K = 7 \)
इसलिए, \( K \) का मान 7 है। इस तरह के प्रश्नों में, अज्ञात मान को ज्ञात करने के लिए आव्यूह के संगत तत्वों की तुलना की जाती है।
In simple words: हमें \( A^2 - 8A + KI = O \) समीकरण में दिए गए आव्यूह A और I के मान रखने हैं। पहले \( A^2 \), \( 8A \) और \( KI \) की गणना करते हैं। फिर सभी को जोड़कर शून्य आव्यूह से तुलना करते हैं, जिससे K का मान 7 मिलता है।

🎯 Exam Tip: आव्यूह के जोड़, घटाव और गुणा के नियम हमेशा सही से लगाएं। अंतिम समीकरण के संगत तत्वों की तुलना करके ही अज्ञात मान ज्ञात करें।

Question 14. यदि \( \begin{bmatrix} 1 & 0 \\ 2 & -1 \\ -3 & 4 \end{bmatrix} A = \begin{bmatrix} -4 & 3 \\ -2 & -10 & 6 \\ 13 & 20 & -9 \end{bmatrix} \) हो, तो आव्यूह A का मान ज्ञात कीजिए।
Answer: दिया गया समीकरण है:
\( \begin{bmatrix} 1 & 0 \\ 2 & -1 \\ -3 & 4 \end{bmatrix} A = \begin{bmatrix} -4 & 3 \\ -2 & -10 & 6 \\ 13 & 20 & -9 \end{bmatrix} \)
मान लीजिए कि आव्यूह \( A \) का क्रम \( 2 \times 3 \) है, और उसके अवयव \( a_{ij} \) हैं, ताकि गुणा संभव हो।
तो, \( A = \begin{bmatrix} a_{11} & a_{12} & a_{13} \\ a_{21} & a_{22} & a_{23} \end{bmatrix} \)
समीकरण में \( A \) का मान रखने पर:
\( \begin{bmatrix} 1 & 0 \\ 2 & -1 \\ -3 & 4 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} a_{11} & a_{12} & a_{13} \\ a_{21} & a_{22} & a_{23} \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} -4 & 3 \\ -2 & -10 & 6 \\ 13 & 20 & -9 \end{bmatrix} \)
बाएँ पक्ष का गुणा करने पर:
\( \begin{bmatrix} 1 \times a_{11} + 0 \times a_{21} & 1 \times a_{12} + 0 \times a_{22} & 1 \times a_{13} + 0 \times a_{23} \\ 2 \times a_{11} - 1 \times a_{21} & 2 \times a_{12} - 1 \times a_{22} & 2 \times a_{13} - 1 \times a_{23} \\ -3 \times a_{11} + 4 \times a_{21} & -3 \times a_{12} + 4 \times a_{22} & -3 \times a_{13} + 4 \times a_{23} \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} -4 & 3 \\ -2 & -10 & 6 \\ 13 & 20 & -9 \end{bmatrix} \)
\( \implies \begin{bmatrix} a_{11} & a_{12} & a_{13} \\ 2a_{11} - a_{21} & 2a_{12} - a_{22} & 2a_{13} - a_{23} \\ -3a_{11} + 4a_{21} & -3a_{12} + 4a_{22} & -3a_{13} + 4a_{23} \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} -4 & 3 \\ -2 & -10 & 6 \\ 13 & 20 & -9 \end{bmatrix} \)
दोनों पक्षों के संगत अवयवों की तुलना करने पर, हमें प्राप्त होता है:
\( a_{11} = -4 \)
\( a_{12} = 3 \)
\( a_{13} = 3 \)
दूसरी पंक्ति से:
\( 2a_{11} - a_{21} = -2 \implies 2(-4) - a_{21} = -2 \implies -8 - a_{21} = -2 \implies a_{21} = -6 \)
\( 2a_{12} - a_{22} = -10 \implies 2(3) - a_{22} = -10 \implies 6 - a_{22} = -10 \implies a_{22} = 16 \)
\( 2a_{13} - a_{23} = 6 \implies 2(3) - a_{23} = 6 \implies 6 - a_{23} = 6 \implies a_{23} = 0 \)
इस प्रकार, आव्यूह \( A \) है:
\( A = \begin{bmatrix} -4 & 3 & 3 \\ -6 & 16 & 0 \end{bmatrix} \)
In simple words: हमें एक अज्ञात आव्यूह A ज्ञात करना है। हम आव्यूह A को \( \begin{bmatrix} a_{11} & a_{12} & a_{13} \\ a_{21} & a_{22} & a_{23} \end{bmatrix} \) मान लेते हैं। फिर हम दिए गए समीकरण में आव्यूह गुणा करते हैं और दोनों पक्षों के संगत तत्वों की तुलना करके \( a_{ij} \) के मान निकालते हैं। इससे हमें आव्यूह A का पूरा मान मिल जाता है।

🎯 Exam Tip: आव्यूह समीकरणों को हल करते समय, आव्यूह गुणन के नियमों का ध्यान रखें और सुनिश्चित करें कि संगत तत्वों की तुलना सही ढंग से की गई है।

Question 15. यदि \( A = \begin{bmatrix} \cos \alpha & \sin \alpha \\ -\sin \alpha & \cos \alpha \end{bmatrix} \) तो सिद्ध कीजिए कि \( A^n = \begin{bmatrix} \cos n\alpha & \sin n\alpha \\ -\sin n\alpha & \cos n\alpha \end{bmatrix} \) जहाँ \( n \) धन पूर्णांक है।
Answer: दिया है,
\( A = \begin{bmatrix} \cos \alpha & \sin \alpha \\ -\sin \alpha & \cos \alpha \end{bmatrix} \)
हमें सिद्ध करना है कि \( A^n = \begin{bmatrix} \cos n\alpha & \sin n\alpha \\ -\sin n\alpha & \cos n\alpha \end{bmatrix} \). यह गणितीय आगमन सिद्धांत से सिद्ध किया जा सकता है। हम कुछ घातों के लिए इसकी जांच करेंगे।
पहले \( A^2 \) की गणना करते हैं:
\( A^2 = A \times A = \begin{bmatrix} \cos \alpha & \sin \alpha \\ -\sin \alpha & \cos \alpha \end{bmatrix} \begin{bmatrix} \cos \alpha & \sin \alpha \\ -\sin \alpha & \cos \alpha \end{bmatrix} \)
\( = \begin{bmatrix} \cos \alpha \cos \alpha + \sin \alpha (-\sin \alpha) & \cos \alpha \sin \alpha + \sin \alpha \cos \alpha \\ -\sin \alpha \cos \alpha + \cos \alpha (-\sin \alpha) & -\sin \alpha \sin \alpha + \cos \alpha \cos \alpha \end{bmatrix} \)
\( = \begin{bmatrix} \cos^2 \alpha - \sin^2 \alpha & 2 \sin \alpha \cos \alpha \\ -2 \sin \alpha \cos \alpha & \cos^2 \alpha - \sin^2 \alpha \end{bmatrix} \)
त्रिकोणमितीय सर्वसमिकाओं \( \cos 2\alpha = \cos^2 \alpha - \sin^2 \alpha \) और \( \sin 2\alpha = 2 \sin \alpha \cos \alpha \) का उपयोग करने पर:
\( A^2 = \begin{bmatrix} \cos 2\alpha & \sin 2\alpha \\ -\sin 2\alpha & \cos 2\alpha \end{bmatrix} \)
अब \( A^3 \) की गणना करते हैं:
\( A^3 = A^2 \times A = \begin{bmatrix} \cos 2\alpha & \sin 2\alpha \\ -\sin 2\alpha & \cos 2\alpha \end{bmatrix} \begin{bmatrix} \cos \alpha & \sin \alpha \\ -\sin \alpha & \cos \alpha \end{bmatrix} \)
\( = \begin{bmatrix} \cos 2\alpha \cos \alpha + \sin 2\alpha (-\sin \alpha) & \cos 2\alpha \sin \alpha + \sin 2\alpha \cos \alpha \\ -\sin 2\alpha \cos \alpha + \cos 2\alpha (-\sin \alpha) & -\sin 2\alpha \sin \alpha + \cos 2\alpha \cos \alpha \end{bmatrix} \)
त्रिकोणमितीय योग सूत्रों का उपयोग करने पर (जैसे \( \cos(X+Y) = \cos X \cos Y - \sin X \sin Y \) और \( \sin(X+Y) = \sin X \cos Y + \cos X \sin Y \)):
\( = \begin{bmatrix} \cos(2\alpha + \alpha) & \sin(2\alpha + \alpha) \\ -\sin(2\alpha + \alpha) & \cos(2\alpha + \alpha) \end{bmatrix} \)
\( = \begin{bmatrix} \cos 3\alpha & \sin 3\alpha \\ -\sin 3\alpha & \cos 3\alpha \end{bmatrix} \)
इसी प्रकार, \( A^4 = A^3 \times A = \begin{bmatrix} \cos 3\alpha & \sin 3\alpha \\ -\sin 3\alpha & \cos 3\alpha \end{bmatrix} \begin{bmatrix} \cos \alpha & \sin \alpha \\ -\sin \alpha & \cos \alpha \end{bmatrix} \)
\( = \begin{bmatrix} \cos(3\alpha + \alpha) & \sin(3\alpha + \alpha) \\ -\sin(3\alpha + \alpha) & \cos(3\alpha + \alpha) \end{bmatrix} \)
\( = \begin{bmatrix} \cos 4\alpha & \sin 4\alpha \\ -\sin 4\alpha & \cos 4\alpha \end{bmatrix} \)
इस पैटर्न को देखते हुए, हम सिद्ध कर सकते हैं कि किसी भी धन पूर्णांक \( n \) के लिए:
\( A^n = \begin{bmatrix} \cos n\alpha & \sin n\alpha \\ -\sin n\alpha & \cos n\alpha \end{bmatrix} \). यह गणितीय आगमन सिद्धांत द्वारा आसानी से सिद्ध किया जा सकता है।
In simple words: हमें दिखाना है कि जब हम आव्यूह A को n बार गुणा करते हैं, तो परिणाम एक आव्यूह होता है जिसमें कोण \( \alpha \) को \( n\alpha \) से बदल दिया जाता है। हमने \( A^2 \) और \( A^3 \) की गणना करके देखा कि यह पैटर्न सच है। हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि यह किसी भी \( n \) के लिए सही होगा।

🎯 Exam Tip: इस प्रकार के प्रश्नों को हल करने के लिए गणितीय आगमन सिद्धांत का प्रयोग सबसे उपयुक्त होता है। शुरुआती कुछ घातों (जैसे \( A^2, A^3 \)) को हल करके पैटर्न को पहचानें और फिर सामान्य नियम को सिद्ध करें।