Chapter 4: નિશ્ચાયક (Determinant)

4.2 : 15

નિશ્ચાયક (Determinants) : અગત્યનો MCQ
પ્રશ્ન 5: જો (2, -6), (5, 4) અને (k, 4) શિરોબિંદુવાળા ત્રિકોણનું ક્ષેત્રફળ 35 ચોરસ એકમ હોય, તો k નું મૂલ્ય ………. .

(A) 12      (B) -2      (C) -12, -2      (D) 12, -2
ઉકેલ:
અહીં ત્રિકોણનાં શિરોબિંદુઓ (2, -6), (5, 4) અને (k, 4) આપેલાં છે.
ત્રિકોણનું ક્ષેત્રફળ Δ = 35 આપેલ છે.
નિશ્ચાયકની મદદથી ત્રિકોણના ક્ષેત્રફળનું સૂત્ર:
Δ =
1
2
|D|
જ્યાં D એ નીચે મુજબનો નિશ્ચાયક છે:
D =
2-61
541
k41
આપણને Δ = 35 આપેલ છે, તેથી:
1
2
|D| = 35

|D| = 70
માનાંક (| |) દૂર કરીએ ત્યારે નિશ્ચાયક D નું મૂલ્ય +70 અથવા -70 હોઈ શકે. તેથી, D = ±70.
હવે, પ્રથમ હાર (Row) ની સાપેક્ષે નિશ્ચાયક D નું વિસ્તરણ કરીએ:
2(4×1 – 4×1) – (-6)(5×1 – k×1) + 1(5×4 – k×4) = ±70

2(4 – 4) + 6(5 – k) + 1(20 – 4k) = ±70

2(0) + 30 – 6k + 20 – 4k = ±70

50 – 10k = ±70
આના પરથી આપણને બે વિકલ્પો મળશે:
વિકલ્પ 1: ધન (+) ચિહ્ન લેતાં
50 – 10k = 70
-10k = 70 – 50
-10k = 20
k = -2
વિકલ્પ 2: ઋણ (-) ચિહ્ન લેતાં
50 – 10k = -70
-10k = -70 – 50
-10k = -120
k = 12
આમ, k નાં બે મૂલ્યો 12 અને -2 મળે છે. આપેલા વિકલ્પોમાંથી (D) માં આ બંને કિંમતો આપેલી છે.
✅ સાચો વિકલ્પ: (D) 12, -2

4.3: 4, 5

નિશ્ચાયક (Determinants) : દાખલા 4 અને 5
પ્રશ્ન 4: ત્રીજા સ્તંભના ઘટકોના સહઅવયવના ઉપયોગથી Δ =
1xyz
1yzx
1zxy
નું મૂલ્ય શોધો.
ઉકેલ:
અહીં આપણને ત્રીજા સ્તંભ (Column 3) ના ઘટકો અને તેમના સહઅવયવો (Cofactors) નો ઉપયોગ કરી નિશ્ચાયકનું મૂલ્ય શોધવાનું છે.
ત્રીજા સ્તંભના ઘટકો: a13 = yz, a23 = zx, a33 = xy
હવે આ ઘટકોના સહઅવયવો (Aij) શોધીએ:
A13 = (-1)1+3
1y
1z
= 1(z – y) = z – y
A23 = (-1)2+3
1x
1z
= -(z – x) = x – z
A33 = (-1)3+3
1x
1y
= 1(y – x) = y – x
નિશ્ચાયકનું મૂલ્ય Δ = a13A13 + a23A23 + a33A33
Δ = yz(z – y) + zx(x – z) + xy(y – x)
કૌંસ છોડીને સાદુંરૂપ આપતાં:
= yz2y2z + zx2z2x + xy2x2y
પદોને યોગ્ય રીતે ગોઠવીને સામાન્ય કાઢતાં:
= zx2x2y + xy2z2x + yz2y2z

= x2(z – y) – x(z2y2) + yz(z – y)
= x2(z – y) – x(z – y)(z + y) + yz(z – y)
બધા પદોમાંથી (z – y) સામાન્ય કાઢતાં:
= (z – y) [ x2x(z + y) + yz ]

= (z – y) [ x2xzxy + yz ]

= (z – y) [ x(x – z) – y(x – z) ]

= (z – y)(x – z)(x – y)
નિશાનીઓ (-1) સામાન્ય કાઢીને ક્રમમાં ગોઠવતાં:
= (-)(y – z) · (-)(z – x) · (x – y)

= (x – y)(y – z)(z – x)
✅ જવાબ: Δ = (x – y)(y – z)(z – x)
પ્રશ્ન 5: જો Δ =
a11a12a13
a21a22a23
a31a32a33
અને aij નો સહઅવયવ Aij હોય, તો Δ નું મૂલ્ય ………. .

(A) a11A31 + a12A32 + a13A33      (B) a11A11 + a12A21 + a13A31
(C) a21A11 + a22A12 + a23A13      (D) a11A11 + a21A21 + a31A31
ઉકેલ:
નિશ્ચાયકના ગુણધર્મ મુજબ: “નિશ્ચાયકનું મૂલ્ય એ કોઈ પણ એક હાર (અથવા સ્તંભ) ના ઘટકો અને તેમના અનુરૂપ સહઅવયવોના ગુણાકારના સરવાળા બરાબર હોય છે.”
યાદ રાખો: જો ઘટકો એક હારના હોય અને સહઅવયવો બીજી કોઈ હારના હોય, તો તેમનો સરવાળો હંમેશા શૂન્ય (0) થાય છે. ઘટક aij સાથે તેનો જ સહઅવયવ Aij ગુણાયેલો હોવો જોઈએ.
હવે વિકલ્પો ચકાસીએ:
  • (A) a11A31 + a12A32 + a13A33 : અહીં 1લી હારના ઘટકો સાથે 3જી હારના સહઅવયવો છે, તેથી આનું મૂલ્ય 0 થશે.
  • (B) a11A11 + a12A21 + a13A31 : અહીં ઘટકો અને સહઅવયવોના ઇન્ડેક્સ અલગ અલગ છે (1લી હારના ઘટકો અને 1લા સ્તંભના સહઅવયવો). આ યોગ્ય વિસ્તરણ નથી.
  • (C) a21A11 + a22A12 + a23A13 : અહીં 2જી હારના ઘટકો સાથે 1લી હારના સહઅવયવો છે, તેથી આનું મૂલ્ય 0 થશે.
  • (D) a11A11 + a21A21 + a31A31 : અહીં 1લા સ્તંભ (Column 1) ના ઘટકોનો તેમના જ અનુરૂપ સહઅવયવો સાથે ગુણાકાર કરીને સરવાળો કરેલ છે. આ પ્રથમ સ્તંભની સાપેક્ષે નિશ્ચાયકનું સાચું વિસ્તરણ છે.
✅ સાચો વિકલ્પ: (D) a11A11 + a21A21 + a31A31

4.4

શ્રેણિક અને નિશ્ચાયક : દાખલા 15 થી 18
પ્રશ્ન 15: શ્રેણિક A =
111
12-3
2-13
માટે સાબિત કરો કે A3 – 6A2 + 5A + 11I = O
અને તે પરથી A-1 શોધો.
ઉકેલ:
સૌપ્રથમ A2 = A × A શોધીએ:
A2 =
111
12-3
2-13
×
111
12-3
2-13
=
(1+1+2)(1+2-1)(1-3+3)
(1+2-6)(1+4+3)(1-6-9)
(2-1+6)(2-2-3)(2+3+9)
=
421
-38-14
7-314
હવે A3 = A2 × A શોધીએ:
A3 =
421
-38-14
7-314
×
111
12-3
2-13
=
(4+2+2)(4+4-1)(4-6+3)
(-3+8-28)(-3+16+14)(-3-24-42)
(7-3+28)(7-6-14)(7+9+42)
=
871
-2327-69
32-1358
હવે ડાબી બાજુ (L.H.S.) = A3 – 6A2 + 5A + 11I માં કિંમતો મુકતાં:
=
871
-2327-69
32-1358
24126
-1848-84
42-1884
+
555
510-15
10-515
+
1100
0110
0011
દરેક અનુરૂપ ઘટકોનો સરવાળો/બાદબાકી કરતાં:
=
(8 – 24 + 5 + 11)(7 – 12 + 5 + 0)(1 – 6 + 5 + 0)
(-23 + 18 + 5 + 0)(27 – 48 + 10 + 11)(-69 + 84 – 15 + 0)
(32 – 42 + 10 + 0)(-13 + 18 – 5 + 0)(58 – 84 + 15 + 11)
=
000
000
000
= O (શૂન્ય શ્રેણિક)
✅ આમ, A3 – 6A2 + 5A + 11I = O સાબિત થાય છે.
A-1 શોધવા માટે:
સમીકરણની બંને બાજુને A-1 વડે ગુણતાં:
A-1(A3 – 6A2 + 5A + 11I) = A-1O
A2 – 6A + 5I + 11A-1 = O
11A-1 = -A2 + 6A – 5I
જમણી બાજુ કિંમતો મુકતાં:
11A-1 =
-4-2-1
3-814
-73-14
+
666
612-18
12-618
500
050
005
11A-1 =
(-4 + 6 – 5)(-2 + 6 – 0)(-1 + 6 – 0)
(3 + 6 – 0)(-8 + 12 – 5)(14 – 18 – 0)
(-7 + 12 – 0)(3 – 6 – 0)(-14 + 18 – 5)
11A-1 =
-345
9-1-4
5-3-1
✅ જવાબ:
A-1 =
1
11
-345
9-1-4
5-3-1
પ્રશ્ન 16: જો A =
2-11
-12-1
1-12
હોય, તો સાબિત કરો કે A3 – 6A2 + 9A – 4I = O
અને તે પરથી A-1 શોધો.
ઉકેલ:
અગાઉના દાખલાની જેમ જ સૌપ્રથમ A2 શોધીએ:
A2 =
2-11
-12-1
1-12
×
2-11
-12-1
1-12
A2 =
(4+1+1)(-2-2-1)(2+1+2)
(-2-2-1)(1+4+1)(-1-2-2)
(2+1+2)(-1-2-2)(1+1+4)
=
6-55
-56-5
5-56
હવે A3 = A2 × A શોધીએ:
A3 =
6-55
-56-5
5-56
×
2-11
-12-1
1-12
=
(12+5+5)(-6-10-5)(6+5+10)
(-10-6-5)(5+12+5)(-5-6-10)
(10+5+6)(-5-10-6)(5+5+12)
=
22-2121
-2122-21
21-2122
હવે ડાબી બાજુ (L.H.S.) = A3 – 6A2 + 9A – 4I માં કિંમતો મુકતાં:
=
22-2121
-2122-21
21-2122
36-3030
-3036-30
30-3036
+
18-99
-918-9
9-918
400
040
004
=
(22 – 36 + 18 – 4)(-21 + 30 – 9 – 0)(21 – 30 + 9 – 0)
(-21 + 30 – 9 – 0)(22 – 36 + 18 – 4)(-21 + 30 – 9 – 0)
(21 – 30 + 9 – 0)(-21 + 30 – 9 – 0)(22 – 36 + 18 – 4)
=
000
000
000
= O (શૂન્ય શ્રેણિક)
✅ આમ, A3 – 6A2 + 9A – 4I = O સાબિત થાય છે.
A-1 શોધવા માટે:
સમીકરણની બંને બાજુને A-1 વડે ગુણતાં:
A-1(A3 – 6A2 + 9A – 4I) = A-1O
A2 – 6A + 9I – 4A-1 = O
4A-1 = A2 – 6A + 9I
જમણી બાજુ કિંમતો મુકતાં:
4A-1 =
6-55
-56-5
5-56
12-66
-612-6
6-612
+
900
090
009
4A-1 =
(6 – 12 + 9)(-5 + 6 + 0)(5 – 6 + 0)
(-5 + 6 + 0)(6 – 12 + 9)(-5 + 6 + 0)
(5 – 6 + 0)(-5 + 6 + 0)(6 – 12 + 9)
4A-1 =
31-1
131
-113
✅ જવાબ:
A-1 =
1
4
31-1
131
-113
પ્રશ્ન 17: જો A એ 3 × 3 કક્ષાવાળો સામાન્ય ચોરસ શ્રેણિક હોય, તો |adj A| = ……….

(A) |A|      (B) |A|2      (C) |A|3      (D) 3|A|
ઉકેલ:
આપણે જાણીએ છીએ કે n × n કક્ષાવાળા શ્રેણિક માટે, |adj A| = |A|n-1 થાય.
અહીં શ્રેણિકની કક્ષા 3 × 3 છે, એટલે કે n = 3.
તેથી, |adj A| = |A|3-1 = |A|2
✅ સાચો વિકલ્પ: (B) |A|2
પ્રશ્ન 18: જો A એ 2 કક્ષાવાળો સામાન્ય શ્રેણિક હોય, તો det(A-1) નો નિશ્ચાયક ………. છે.

(A) det(A)      (B)
1
det(A)
     (C) 1      (D) 0
ઉકેલ:
નિશ્ચાયકના ગુણધર્મો મુજબ આપણે જાણીએ છીએ કે A × A-1 = I (જ્યાં I એ એકમ શ્રેણિક છે).
બંને બાજુ નિશ્ચાયક લેતાં:
|A × A-1| = |I|
|A| × |A-1| = 1
તેથી, |A-1| =
1
|A|
આને det(A-1) =
1
det(A)
પણ લખી શકાય.
✅ સાચો વિકલ્પ: (B)
1
det(A)

4.5

સમીકરણ સંહતિની સુસંગતતા ચકાસવી
નિયમો: સમીકરણ સંહતિ AX = B માટે:
1. જો |A| ≠ 0 હોય, તો સંહતિ સુસંગત છે (અનન્ય ઉકેલ મળે).
2. જો |A| = 0 અને (adj A)B ≠ O હોય, તો સંહતિ સુસંગત નથી (ઉકેલ ન મળે).
3. જો |A| = 0 અને (adj A)B = O હોય, તો સંહતિ સુસંગત હોઈ પણ શકે અથવા ન પણ હોય.
પ્રશ્ન 1:
x + 2y = 2
2x + 3y = 3
ઉકેલ: અહીં આપેલ સમીકરણોને શ્રેણિક સ્વરૂપ AX = B માં લખતાં,
A =
12
23
હવે શ્રેણિક A નો નિશ્ચાયક |A| શોધીએ:
|A| =
12
23
= (1)(3) – (2)(2) = 3 – 4 = -1
અહીં |A| = -1 ≠ 0 છે.
✅ તેથી, આપેલ સમીકરણોની સંહતિ સુસંગત છે.
પ્રશ્ન 2:
2xy = 5
x + y = 4
ઉકેલ: અહીં આપેલ સમીકરણો પરથી,
A =
2-1
11
શ્રેણિક A નો નિશ્ચાયક |A| શોધીએ:
|A| =
2-1
11
= (2)(1) – (-1)(1) = 2 + 1 = 3
અહીં |A| = 3 ≠ 0 છે.
✅ તેથી, આપેલ સમીકરણોની સંહતિ સુસંગત છે.
પ્રશ્ન 3:
x + 3y = 5
2x + 6y = 8
ઉકેલ: અહીં આપેલ સમીકરણો પરથી,
A =
13
26
,   B =
5
8
નિશ્ચાયક |A| શોધીએ:
|A| = (1)(6) – (3)(2) = 6 – 6 = 0
અહીં |A| = 0 હોવાથી આપણે (adj A)B શોધવું પડશે.
adj A (સહઅવયવજ શ્રેણિક) માટે મુખ્ય વિકર્ણના ઘટકો બદલો અને ગૌણ વિકર્ણના ચિહ્નો બદલો:
adj A =
6-3
-21
(adj A) B =
6-3
-21
5
8
=
(6)(5) + (-3)(8)
(-2)(5) + (1)(8)
=
30 – 24
-10 + 8
=
6
-2
અહીં (adj A)B ≠ O (શૂન્ય શ્રેણિક) છે.
✅ તેથી, આપેલ સમીકરણોની સંહતિ સુસંગત નથી.
પ્રશ્ન 4:
x + y + z = 1
2x + 3y + 2z = 2
ax + ay + 2az = 4
ઉકેલ: સમીકરણો પરથી શ્રેણિક A,
A =
111
232
aa2a
નિશ્ચાયક |A| શોધીએ (પ્રથમ હારથી વિસ્તરણ કરતાં):
|A| = 1(6a – 2a) – 1(4a – 2a) + 1(2a – 3a)
|A| = 1(4a) – 1(2a) + 1(-a) = 4a – 2aa = a
અહીં a એ અચળ છે. જો a ≠ 0 હોય, તો |A| ≠ 0 થશે.
✅ તેથી, a ≠ 0 માટે આપેલ સમીકરણોની સંહતિ સુસંગત છે.
પ્રશ્ન 5:
3xy – 2z = 2
2yz = -1
3x – 5y = 3
ઉકેલ: અહીં ખૂટતા પદોને શૂન્ય સહગુણક સાથે લખતાં:
A =
3-1-2
02-1
3-50
,   B =
2
-1
3
નિશ્ચાયક |A| શોધીએ (પ્રથમ સ્તંભથી વિસ્તરણ વધુ સરળ રહેશે):
|A| = 3(0 – 5) – 0 + 3(1 – (-4)) = 3(-5) + 3(5) = -15 + 15 = 0
અહીં |A| = 0 હોવાથી (adj A)B શોધવું પડશે. A ના સહઅવયવો (Cofactors) શોધીએ:
A11 = -5,   A12 = -3,   A13 = -6
A21 = 10,   A22 = 6,   A23 = 12
A31 = 5,   A32 = 3,   A33 = 6
adj A =
-5105
-363
-6126
હવે ગુણાકાર કરીએ:
(adj A) B =
-5105
-363
-6126
2
-1
3
=
(-10) – 10 + 15
(-6) – 6 + 9
(-12) – 12 + 18
=
-5
-3
-6
અહીં (adj A)B ≠ O (શૂન્ય શ્રેણિક) છે.
✅ તેથી, આપેલ સમીકરણોની સંહતિ સુસંગત નથી.
પ્રશ્ન 6:
5xy + 4z = 5
2x + 3y + 5z = 2
5x – 2y + 6z = -1
ઉકેલ: સમીકરણો પરથી શ્રેણિક A,
A =
5-14
235
5-26
નિશ્ચાયક |A| શોધીએ (પ્રથમ હારથી વિસ્તરણ કરતાં):
|A| = 5(18 – (-10)) – (-1)(12 – 25) + 4(-4 – 15)
|A| = 5(28) + 1(-13) + 4(-19)
|A| = 140 – 13 – 76 = 140 – 89 = 51
અહીં |A| = 51 ≠ 0 છે.
✅ તેથી, આપેલ સમીકરણોની સંહતિ સુસંગત છે.
નિશ્ચાયક / શ્રેણિક : કૂટપ્રશ્ન ઉકેલ (દાખલો 16)
પ્રશ્ન 16: 4 કિગ્રા ડુંગળી, 3 કિગ્રા ઘઉં અને 2 કિગ્રા ચોખાની કિંમત ₹ 60 છે. 2 કિગ્રા ડુંગળી, 4 કિગ્રા ઘઉં અને 6 કિગ્રા ચોખાની કિંમત ₹ 90 છે. 6 કિગ્રા ડુંગળી, 2 કિગ્રા ઘઉં અને 3 કિગ્રા ચોખાની કિંમત ₹ 70 છે. શ્રેણિકની રીતે દરેક વસ્તુનો પ્રતિકિગ્રા ભાવ શોધો.
ઉકેલ:
ધારો કે 1 કિગ્રા ડુંગળીનો ભાવ = x
1 કિગ્રા ઘઉંનો ભાવ = y
1 કિગ્રા ચોખાનો ભાવ = z
આપેલી માહિતી મુજબ આપણે ત્રણ સમીકરણો બનાવીશું:
4x + 3y + 2z = 60
2x + 4y + 6z = 90
6x + 2y + 3z = 70
આ સમીકરણોને શ્રેણિક સ્વરૂપ AX = B માં દર્શાવતાં:
432
246
623
x
y
z
=
60
90
70
પગલું 1: |A| શોધીએ (નિશ્ચાયકનું મૂલ્ય)
|A| = 4(12 – 12) – 3(6 – 36) + 2(4 – 24)
|A| = 4(0) – 3(-30) + 2(-20)
|A| = 0 + 90 – 40 = 50
અહીં |A| = 50 ≠ 0 હોવાથી A-1 અસ્તિત્વ ધરાવે છે અને સમીકરણ સંહતિનો અનન્ય ઉકેલ મળશે.
પગલું 2: A ના સહઅવયવો (Cofactors) શોધીએ
A11 = +(12 – 12) = 0
A12 = -(6 – 36) = 30
A13 = +(4 – 24) = -20

A21 = -(9 – 4) = -5
A22 = +(12 – 12) = 0
A23 = -(8 – 18) = 10

A31 = +(18 – 8) = 10
A32 = -(24 – 4) = -20
A33 = +(16 – 6) = 10
પગલું 3: adj(A) અને A-1 શોધીએ
સહઅવયવ શ્રેણિકનો પરિવર્ત (Transpose) લેતાં adj(A) મળે છે:
adj(A) =
0-510
300-20
-201010
A-1 =
1
|A|
adj(A) =
1
50
0-510
300-20
-201010
પગલું 4: X = A-1B નો ઉપયોગ કરી ઉકેલ મેળવીએ
x
y
z
=
1
50
0-510
300-20
-201010
×
60
90
70
હાર અને સ્તંભનો ગુણાકાર કરતાં:
=
1
50
0(60) – 5(90) + 10(70)
30(60) + 0(90) – 20(70)
-20(60) + 10(90) + 10(70)
=
1
50
0 – 450 + 700
1800 + 0 – 1400
-1200 + 900 + 700
x
y
z
=
1
50
250
400
400
=
5
8
8
તેથી, x = 5, y = 8, z = 8.
✅ અંતિમ જવાબ:
ડુંગળીનો ભાવ = ₹ 5 પ્રતિ કિગ્રા
ઘઉંનો ભાવ = ₹ 8 પ્રતિ કિગ્રા
ચોખાનો ભાવ = ₹ 8 પ્રતિ કિગ્રા
પ્રશ્ન 9: જો 0 ≤ θ ≤ 2π માટે A =
1sin θ1
sin θ1sin θ
-1sin θ1
હોય, તો

(A) det (A) = 0          (B) det (A) ∈ (2, ∞)
(C) det (A) ∈ (2, 4)       (D) det (A) ∈ [2, 4]
ઉકેલ: સૌથી પહેલાં આપણે શ્રેણિક A નો નિશ્ચાયક det (A) એટલે કે |A| શોધીએ.
પ્રથમ હાર (Row 1) ની સાપેક્ષે વિસ્તરણ કરતાં:
det (A) =
1sin θ1
sin θ1sin θ
-1sin θ1
= 1 [ (1)(1) – (sin θ)(-sin θ) ] – sin θ [ (-sin θ)(1) – (sin θ)(-1) ] + 1 [ (-sin θ)(-sin θ) – (1)(-1) ]
= 1 (1 + sin2θ) – sin θ (-sin θ + sin θ) + 1 (sin2θ + 1)
= (1 + sin2θ) – sin θ (0) + (sin2θ + 1)
= 1 + sin2θ + sin2θ + 1
det (A) = 2 + 2sin2θ = 2(1 + sin2θ)
હવે det (A) નો વિસ્તાર (Range) નક્કી કરીએ:
આપણને શરત આપેલી છે કે 0 ≤ θ ≤ 2π.
આપણે જાણીએ છીએ કે કોઈપણ θ માટે sin θ ની કિંમત -1 થી 1 ની વચ્ચે જ હોય છે.
-1 ≤ sin θ ≤ 1
તેથી sin θ નો વર્ગ (Square) હંમેશા 0 થી 1 ની વચ્ચે જ રહેશે (વર્ગ ક્યારેય ઋણ ન હોઈ શકે).
0 ≤ sin2θ ≤ 1
આ અસમતાના દરેક પદમાં 1 ઉમેરતાં:
0 + 1 ≤ 1 + sin2θ ≤ 1 + 1
1 ≤ 1 + sin2θ ≤ 2
હવે અસમતાના દરેક પદને 2 વડે ગુણતાં:
2(1) ≤ 2(1 + sin2θ) ≤ 2(2)
2 ≤ det (A) ≤ 4
આમ, det (A) ની કિંમત 2 થી 4 ની વચ્ચે (2 અને 4 સહિત) છે, જેને સંવૃત અંતરાલ [2, 4] સ્વરૂપે લખી શકાય.
✅ સાચો વિકલ્પ: (D) det (A) ∈ [2, 4]

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *