यदि एक चतुर्भुज की भुजाओं के मध्यबिंदु को क्रम से जोड़ा जाए तो सिद्ध कीजिए कि इस प्रकार बने समांतर चतुर्भुज का क्षेत्रफल दिए गए चतुर्भुज के क्षेत्रफल का आधा होगा। (आप सोच रहे होंगे कि क्या इस प्रकार बना चतुर्भुज हमेशा समांतर चतुर्भुज ही होता है। यदि हाँ, तो क्यों? इस प्रकार के प्रश्नों के उत्तर चतुर्भुज वाले अध्याय में मिलेंगे।)
मान लीजिए ABCD एक चतुर्भुज है जिसकी भुजाओं AB, BC, CD और DA के मध्यबिंदु क्रमशः E, F, G और H हैं। हमें सिद्ध करना है कि समांतर चतुर्भुज EFGH का क्षेत्रफल चतुर्भुज ABCD के क्षेत्रफल का आधा है। रचना के रूप में विकर्ण AC और BD को जोड़िए।
में, E और F क्रमशः AB और BC के मध्यबिंदु हैं, इसलिए EF || AC और EF = AC। में, H और G क्रमशः AD और CD के मध्यबिंदु हैं, इसलिए HG || AC और HG = AC। चूँकि EF || HG और EF = HG, इसलिए EFGH एक समांतर चतुर्भुज है।
मध्यबिंदु प्रमेय के अनुसार, (अनुपात 1:2) है, अतः क्षेत्रफल() = क्षेत्रफल()। इसी प्रकार, क्षेत्रफल() = क्षेत्रफल(), क्षेत्रफल() = क्षेत्रफल(), और क्षेत्रफल() = क्षेत्रफल()।
चारों त्रिभुजों के क्षेत्रफलों का योग = [क्षेत्रफल() + क्षेत्रफल()] + [क्षेत्रफल() + क्षेत्रफल()] = क्षेत्रफल(ABCD) + क्षेत्रफल(ABCD) = क्षेत्रफल(ABCD)।
अब, क्षेत्रफल(समांतर चतुर्भुज EFGH) = क्षेत्रफल(चतुर्भुज ABCD) - [चारों त्रिभुजों के क्षेत्रफलों का योग] = क्षेत्रफल(ABCD) - क्षेत्रफल(ABCD) = क्षेत्रफल(ABCD)। अतः सिद्ध हुआ।
Explanation
इस प्रश्न में चतुर्भुज के विकर्ण खींचकर उसे त्रिभुजों में विभाजित किया जाता है। मध्यबिंदु प्रमेय का उपयोग करके यह सिद्ध किया जाता है कि मध्यबिंदुओं को जोड़ने से बनी आकृति एक समांतर चतुर्भुज है। फिर समरूप त्रिभुजों के क्षेत्रफल के गुण का उपयोग करके यह दर्शाया जाता है कि चारों कोने पर बने छोटे त्रिभुजों का कुल क्षेत्रफल मूल चतुर्भुज के क्षेत्रफल का आधा होता है, जिससे बीच में बने समांतर चतुर्भुज का क्षेत्रफल भी मूल चतुर्भुज के क्षेत्रफल का आधा रह जाता है।
Solution Steps
चरण 1: चतुर्भुज ABCD की भुजाओं के मध्यबिंदु E, F, G, H लेकर विकर्ण AC और BD खींचें।
चरण 2: मध्यबिंदु प्रमेय से EF || AC, EF = 1/2 AC और HG || AC, HG = 1/2 AC सिद्ध करें, जिससे EFGH समांतर चतुर्भुज हो।
चरण 3: समरूपता के कारण चारों कोनों के त्रिभुजों का क्षेत्रफल संबंधित बड़े त्रिभुजों के क्षेत्रफल का 1/4 भाग ज्ञात करें।
चरण 4: चारों छोटे त्रिभुजों के क्षेत्रफलों का योग = 1/2 क्षेत्रफल(ABCD) प्राप्त करें।
चरण 5: मूल चतुर्भुज के क्षेत्रफल में से छोटे त्रिभुजों का योग घटाकर समांतर चतुर्भुज EFGH का क्षेत्रफल = 1/2 क्षेत्रफल(ABCD) सिद्ध करें।