वक्र

For other uses, see वक्र (disambiguation).

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एक परवलय , सबसे सरल वक्रों में से एक, (सीधी) रेखाओं के बाद

वक्र, जिसे गणित में भी सैद्धांतिक और अनुप्रयुक्त गणित ग्रंथों में वक्र रेखा कहा जाता है, गणितीय वस्तु है जो अक्षीय सीधी समतल रेखाओं के समान या भिन्न है, घुमावदार रेखा एक सीधी रेखा नहीं है, लेकिन एक फ़ंक्शन हो सकती है, या घुमावदार रेखा एक गैर सीधी रेखा (गैर आयताकार वस्तु) का हिस्सा हो सकती है या एक गोले या गोलाकार वस्तु का हिस्सा, या एक घुमावदार विमान, आदि, और वहाँ भी अलग (यह "विपरीत नहीं" है, अर्थात लंबवत या समांतर नहीं है) सीधी रेखाओं के लिए है जो सीधे विमानों का हिस्सा हैं लेकिन कुछ कार्यों के लिए सीधे विमानों में सीधे विमान में प्रक्षेपित किया जा सकता है।

अक्षीय क्षेत्रों और घुमावदार गोलाकार वस्तुओं में, रेखाएं शायद "ऑब्जेक्ट ज्यामिति" को परिभाषित करती हैं।

सहज रूप से, एक वक्र को एक गतिमान बिंदु द्वारा छोड़े गए निशान के रूप में सोचा जा सकता है। यूक्लिड के तत्वों में यह परिभाषा 2000 से भी अधिक वर्ष पहले सामने आई थी: "[घुमावदार] रेखा मात्रा की पहली प्रजाति है, जिसका केवल एक आयाम है, अर्थात् लंबाई, बिना किसी चौड़ाई और गहराई के, और उस बिंदु के प्रवाह या भाग के अलावा और कुछ नहीं है जो […]

वक्र की इस परिभाषा को आधुनिक गणित में इस प्रकार औपचारिक रूप दिया गया है: एक वक्र एक निरंतर कार्य द्वारा एक टोपोलॉजिकल स्पेस के अंतराल की छवि है। कुछ संदर्भों में, वक्र को परिभाषित करने वाले फ़ंक्शन को पैरामीट्रिज़ेशन कहा जाता है, और वक्र एक पैरामीट्रिक वक्र है। इस लेख में, इन वक्रों को कभी-कभी टोपोलॉजिकल कर्व्स कहा जाता है ताकि उन्हें अधिक विवश वक्रों से अलग किया जा सके, जैसे कि अवकलनीय वक्र। यह परिभाषा गणित में अध्ययन किए जाने वाले अधिकांश वक्रों को समाहित करती है; उल्लेखनीय अपवाद स्तर वक्र हैं (जो वक्र और पृथक बिंदुओं के संघ हैं), और बीजीय वक्र (नीचे देखें)। स्तर वक्र और बीजगणितीय वक्रों को कभी-कभी निहित वक्र कहा जाता है, क्योंकि वे आमतौर पर निहित समीकरणों द्वारा परिभाषित होते हैं।

फिर भी, टोपोलॉजिकल कर्व्स का वर्ग बहुत व्यापक है, और इसमें कुछ कर्व्स होते हैं जो किसी वक्र की अपेक्षा के अनुरूप नहीं दिखते हैं, या यहां तक कि खींचे नहीं जा सकते। यह स्थान भरने वाले वक्रों और भग्न वक्रों का मामला है। अधिक नियमितता सुनिश्चित करने के लिए, एक वक्र को परिभाषित करने वाले कार्य को अक्सर अवकलनीय माना जाता है, और फिर वक्र को एक अवकलनीय वक्र कहा जाता है।

एक समतल बीजगणितीय वक्र दो अनिश्चितों में बहुपद का शून्य समुच्चय है। अधिक सामान्यतः, एक बीजीय वक्र बहुपदों के एक परिमित समुच्चय का शून्य समुच्चय होता है, जो एक आयाम की बीजीय विविधता होने की आगे की शर्त को संतुष्ट करता है। यदि बहुपदों के गुणांक एक क्षेत्र k से संबंधित हैं, तो वक्र को k के ऊपर परिभाषित किया गया कहा जाता है। एक वास्तविक बीजगणितीय वक्र के सामान्य मामले में, जहां k वास्तविक संख्याओं का क्षेत्र है, बीजीय वक्र टोपोलॉजिकल वक्रों का एक परिमित संघ है। जब जटिल शून्यों पर विचार किया जाता है, तो एक जटिल बीजगणितीय वक्र होता है, जो कि स्थलीय दृष्टिकोण से, एक वक्र नहीं है, बल्कि एक सतह है, और इसे अक्सर रीमैन सतह कहा जाता है। हालांकि सामान्य ज्ञान में वक्र नहीं होने पर, अन्य क्षेत्रों में परिभाषित बीजीय वक्रों का व्यापक अध्ययन किया गया है। विशेष रूप से, आधुनिक क्रिप्टोग्राफी में एक सीमित क्षेत्र में बीजीय वक्र व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं।

इतिहास

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न्यूग्रेंज की महापाषाण कला वक्रों में प्रारंभिक रुचि दिखा रही है

वक्रों में रुचि गणितीय अध्ययन का विषय होने से बहुत पहले से ही शुरू हो गई थी। इसे कला में और प्रागैतिहासिक काल की रोजमर्रा की वस्तुओं में उनके सजावटी उपयोग के कई उदाहरणों में देखा जा सकता है। वक्र, या कम से कम उनके चित्रमय निरूपण, बनाने में सरल हैं, उदाहरण के लिए समुद्र तट पर रेत पर एक छड़ी के साथ।

ऐतिहासिक रूप से, शब्द रेखा का प्रयोग अधिक आधुनिक शब्द वक्र के स्थान पर किया जाता था। इसलिए सीधी रेखा और दाहिनी रेखा शब्दों का इस्तेमाल वक्र रेखाओं से आज की रेखा को अलग करने के लिए किया जाता है। उदाहरण के लिए, यूक्लिड के तत्वों की पुस्तक I में, एक रेखा को "चौड़ाई रहित लंबाई" (डिफ। 2) के रूप में परिभाषित किया गया है, जबकि एक सीधी रेखा को "एक ऐसी रेखा के रूप में परिभाषित किया गया है जो समान रूप से अपने आप पर स्थित बिंदुओं के साथ स्थित है" (डिफ। 4)। रेखा के बारे में यूक्लिड के विचार को शायद इस कथन से स्पष्ट किया गया है "एक रेखा के सिरे बिंदु होते हैं," (डिफ। 3)। बाद में टिप्पणीकारों ने विभिन्न योजनाओं के अनुसार पंक्तियों को वर्गीकृत किया। उदाहरण के लिए:

• समग्र रेखाएँ (कोण बनाने वाली रेखाएँ)
• मिश्रित पंक्तियाँ
  • निर्धारित करें (ऐसी रेखाएं जो अनिश्चित काल तक विस्तारित नहीं होती हैं, जैसे वृत्त)
  • अनिश्चित (ऐसी रेखाएं जो अनिश्चित काल तक विस्तारित होती हैं, जैसे कि सीधी रेखा और परवलय)

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एक शंकु (शंकु खंड ) को काटकर बनाए गए वक्र प्राचीन ग्रीस में अध्ययन किए गए वक्रों में से थे।

ग्रीक जियोमीटर ने कई अन्य प्रकार के वक्रों का अध्ययन किया था। एक कारण ज्यामितीय समस्याओं को हल करने में उनकी रुचि थी जिसे मानक कंपास और स्ट्रेटएज निर्माण का उपयोग करके हल नहीं किया जा सकता था। इन वक्रों में शामिल हैं:इन वक्रों में शामिल हैं:

• पेरगा के एपोलोनियस द्वारा गहराई से अध्ययन किए गए शंकु वर्ग
• डिओक्लेस के सिस्सोइड, डिओक्लेस द्वारा अध्ययन किया गया और घन को दोगुना करने के लिए एक विधि के रूप में उपयोग किया जाता है।
• निकोमेड्स का शंखभ, निकोमेडिस द्वारा घन को दोगुना करने और एक कोण को समत्रिभाजित करने की एक विधि के रूप में अध्ययन किया गया।
• आर्किमिडीज सर्पिल, जिसका अध्ययन आर्किमिडीज़ द्वारा एक कोण को समद्विभाजित करने और वृत्त को वर्गाकार करने की एक विधि के रूप में किया गया था।
• स्पाइरिक सेक्शन, पर्सियस द्वारा शंकु के वर्गों के रूप में अध्ययन किए गए टोरी के वर्गों का अध्ययन एपोलोनियस द्वारा किया गया था।

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विश्लेषणात्मक ज्यामिति ने वक्रों की अनुमति दी, जैसे कि डेसकार्टेस के फोलियम, को ज्यामितीय निर्माण के बजाय समीकरणों का उपयोग करके परिभाषित किया जाना चाहिए।

सत्रहवीं शताब्दी में रेने डेसकार्टेस द्वारा विश्लेषणात्मक ज्यामिति की शुरुआत कर्व के सिद्धांत में एक मौलिक प्रगति थी। इसने एक वक्र को एक विस्तृत ज्यामितीय निर्माण के बजाय एक समीकरण का उपयोग करके वर्णित किया। इसने न केवल नए वक्रों को परिभाषित और अध्ययन करने की अनुमति दी, बल्कि इसने बीजगणितीय वक्रों के बीच एक औपचारिक अंतर को सक्षम किया जिसे बहुपद समीकरणों का उपयोग करके परिभाषित किया जा सकता है, और ट्रान्सेंडैंटल वक्र जो नहीं कर सकते हैं। पहले, कर्व्स को "ज्यामितीय" या "मैकेनिकल" के रूप में वर्णित किया गया था, इस आधार पर कि वे कैसे उत्पन्न हुए थे, या माना जा सकता था।

केप्लर द्वारा खगोल विज्ञान में शंकु वर्गों का प्रयोग किया गया था। न्यूटन ने विभिन्नताओं की कलन में एक प्रारंभिक उदाहरण पर भी कार्य किया। वैरिएबल समस्याओं के समाधान, जैसे कि ब्राचिस्टोक्रोन और टॉटोक्रोन प्रश्न, वक्र के गुणों को नए तरीकों से पेश करते हैं (इस मामले में, चक्रज)। कैटेनरी का नाम हैंगिंग चेन की समस्या के समाधान के रूप में मिलता है, एक ऐसा प्रश्न जो डिफरेंशियल कैलकुलस के माध्यम से नियमित रूप से सुलभ हो गया।

अठारहवीं शताब्दी में, सामान्य तौर पर समतल बीजीय वक्रों के सिद्धांत की शुरुआत हुई। न्यूटन ने क्यूबिक कर्व्स का अध्ययन किया था, वास्तविक बिंदुओं के सामान्य विवरण में 'अंडाकार'। बेज़ाउट के प्रमेय के बयान ने कई पहलुओं को दिखाया जो कि उस समय की ज्यामिति के लिए सीधे सुलभ नहीं थे, एकवचन बिंदुओं और जटिल समाधानों के साथ करना।

उन्नीसवीं सदी के बाद से, वक्र सिद्धांत को कई गुना और बीजगणितीय किस्मों के सिद्धांत के आयाम के विशेष मामले के रूप में देखा जाता है। फिर भी, कई प्रश्न घटता के लिए विशिष्ट हैं, जैसे कि स्थान भरने वाले वक्र, जॉर्डन वक्र प्रमेय और हिल्बर्ट की सोलहवीं समस्या।

टोपोलॉजिकल कर्व

एक टोपोलॉजिकल कर्व को वास्तविक संख्याओं के अंतराल I से एक टोपोलॉजिकल स्पेस X में एक सतत फ़ंक्शन $\gamma \colon I\rightarrow X$ द्वारा निर्दिष्ट किया जा सकता है। ठीक से बोलना, वक्र $\gamma .$ की छवि है। हालांकि, कुछ संदर्भों में, $\gamma$ को ही एक वक्र कहा जाता है, विशेष रूप से जब छवि वैसी नहीं दिखती है जिसे आम तौर पर वक्र कहा जाता है और यह पर्याप्त रूप से $\gamma .$ को चित्रित नहीं करती है।

उदाहरण के लिए, पीनो वक्र की छवि या, अधिक सामान्यतः, एक स्थान-भरने वाला वक्र पूरी तरह से एक वर्ग भरता है, और इसलिए $\gamma$ को कैसे परिभाषित किया जाता है, इस पर कोई जानकारी नहीं देता है।

एक वक्र $\gamma$ बंद है या एक लूप है यदि $I=[a,b]$ और $\gamma (a)=\gamma (b)$ है। इस प्रकार एक बंद वक्र एक वृत्त के निरंतर मानचित्रण की छवि है।

यदि एक टोपोलॉजिकल वक्र का डोमेन एक बंद और परिबद्ध अंतराल $I=[a,b]$ है, तो वक्र को एक पथ कहा जाता है, जिसे टोपोलॉजिकल आर्क (या सिर्फ आर्क) भी कहा जाता है।

एक वक्र सरल होता है यदि यह एक अंतःक्षेपण या अंतःक्षेपी सतत फलन द्वारा एक वृत्त की छवि हो। दूसरे शब्दों में, यदि एक वक्र को एक डोमेन के रूप में एक अंतराल के साथ एक निरंतर फ़ंक्शन $\gamma$ द्वारा परिभाषित किया जाता है, तो वक्र सरल होता है यदि और केवल यदि अंतराल के किन्हीं दो अलग-अलग बिंदुओं में अलग-अलग छवियां हों, सिवाय इसके कि, यदि बिंदु अंतराल के अंत बिंदु हैं। सहज रूप से, एक साधारण वक्र एक वक्र है जो "स्वयं को पार नहीं करता है और कोई लापता बिंदु नहीं है" (एक सतत गैर-स्व-प्रतिच्छेदी वक्र)।

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एक सकारात्मक क्षेत्र के साथ एक ड्रैगन वक्र

एक समतल सरल बंद वक्र को जॉर्डन वक्र भी कहते हैं। इसे विमान में एक गैर-स्व-प्रतिच्छेदन निरंतर लूप के रूप में भी परिभाषित किया गया है। जॉर्डन वक्र प्रमेय में कहा गया है कि जॉर्डन वक्र के एक विमान में सेट पूरक में दो जुड़े घटक होते हैं (अर्थात वक्र विमान को दो गैर-प्रतिच्छेदन क्षेत्रों में विभाजित करता है जो दोनों जुड़े हुए हैं)।

एक समतल वक्र एक वक्र है जिसके लिए $X$ यूक्लिडियन तल है - ये ऐसे उदाहरण हैं जो पहली बार मिले हैं - या कुछ मामलों में प्रक्षेपी तल। स्पेस कर्व एक ऐसा कर्व है जिसके लिए $X$ कम से कम त्रि-आयामी है; तिरछा वक्र एक अंतरिक्ष वक्र है जो किसी तल में नहीं होता है। समतल, स्थान और तिरछा वक्रों की ये परिभाषाएँ वास्तविक बीजगणितीय वक्रों पर भी लागू होती हैं, हालाँकि वक्र की उपरोक्त परिभाषा लागू नहीं होती है (एक वास्तविक बीजगणितीय वक्र डिस्कनेक्ट हो सकता है)।

एक वक्र की परिभाषा में ऐसे आंकड़े शामिल होते हैं जिन्हें आम उपयोग में शायद ही वक्र कहा जा सकता है। उदाहरण के लिए, एक साधारण वक्र की छवि समतल (अंतरिक्ष-भरने वाले वक्र) में एक वर्ग को कवर कर सकती है और इस प्रकार एक सकारात्मक क्षेत्र हो सकता है। फ्रैक्टल कर्व्स में ऐसे गुण हो सकते हैं जो सामान्य ज्ञान के लिए अजीब हों। उदाहरण के लिए, एक फ्रैक्टल वक्र का हॉसडॉर्फ आयाम एक से बड़ा हो सकता है (कोच स्नोफ्लेक देखें) और यहां तक कि एक सकारात्मक क्षेत्र भी। एक उदाहरण ड्रैगन कर्व है, जिसमें कई अन्य असामान्य गुण होते हैं।

विभेदनीय वक्र

Main article: Differentiable curve

मोटे तौर पर एक अलग-अलग वक्र बोलना एक वक्र है जिसे स्थानीय रूप से एक इंजेक्शन अलग-अलग फ़ंक्शन $\gamma \colon I\rightarrow X$ की छवि के रूप में परिभाषित किया जाता है जो वास्तविक संख्याओं के अंतराल I से एक अलग-अलग कई गुना X, अक्सर $\mathbb {R} ^{n}$ में होता है।

अधिक सटीक रूप से, एक अवकलनीय वक्र X का एक उपसमुच्चय C होता है, जहां C के प्रत्येक बिंदु का पड़ोस U होता है, जैसे कि $C\cap U$ वास्तविक संख्याओं के अंतराल के लिए भिन्न होता है। दूसरे शब्दों में, एक अवकलनीय वक्र, आयाम एक का भिन्न-भिन्न बहुगुणित होता है।

अवकलनीय चाप

"Arc (geometry)" redirects here. For the use in finite projective geometry, see Arc (projective geometry). For other uses, see Arc (disambiguation).

यूक्लिडियन ज्यामिति में, एक चाप (प्रतीक: ) एक अवकलनीय वक्र का एक जुड़ा उपसमुच्चय होता है।

रेखाओं के चापों को खंड, किरणें या रेखाएँ कहा जाता है, यह इस बात पर निर्भर करता है कि वे किस प्रकार परिबद्ध हैं।

एक सामान्य घुमावदार उदाहरण एक वृत्त का चाप है, जिसे एक वृत्ताकार चाप कहा जाता है।

एक गोले (या एक गोलाकार) में, एक बड़े वृत्त (या एक महान दीर्घवृत्त) के एक चाप को एक बड़ा चाप कहा जाता है।

वक्र की लंबाई

Main article: Arc length

Further information: Differentiable curve § Length

यदि $X=\mathbb {R} ^{n}$ $n$-आयामी यूक्लिडियन स्थान है, और यदि $\gamma :[a,b]\to \mathbb {R} ^{n}$ एक इंजेक्शन और लगातार अलग-अलग कार्य है, तो $\gamma$ की लंबाई को मात्रा के रूप में परिभाषित किया जाता है

$\operatorname {Length} (\gamma )~{\stackrel {\text{def}}{=}}~\int _{a}^{b}|\gamma \,'(t)|~\mathrm {d} {t}.$

वक्र की लंबाई पैरामीट्रिजेशन $\gamma$ से स्वतंत्र है।

विशेष रूप से, एक बंद अंतराल $[a,b]$ पर परिभाषित एक सतत भिन्न फलन $y=f(x)$ के ग्राफ की लंबाई $s$ है

$s={\int <!--\; \int \; -->}_a^b\sqrt{}$