RBSE Class 12th 2020 -SS-15-2020 Previous Year Papers

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Paper details

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Board RBSE
Class Class 12th
Exam year 2020
Subject -SS-15-2020
Resource type Previous Year Papers
Category RBSE Previous Year Question Papers
Website RBSE Solution

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Rajasthan Board Class 12th -SS-15-2020 2020 solved Previous Year Question Papers

गणित (MATHEMATICS)

उच्च माध्यमिक पूरक परीक्षा, 2020

समय : 3 घण्टे      पूर्णांक : 80

No. of Questions — 30      No. of Printed Pages — 2, SS-15-Mathematics (Supp.)

परीक्षार्थियों के लिए सामान्य निर्देश :

GENERAL INSTRUCTIONS TO THE EXAMINEES :

  1. परीक्षार्थी सर्वप्रथम अपने प्रश्न-पत्र पर नामांक अनिवार्यत: लिखें।
    Candidate must write first his/her Roll No. on the question paper compulsorily.
  2. सभी प्रश्न करने अनिवार्य हैं।
    All the questions are compulsory.
  3. प्रत्येक प्रश्न का उत्तर दी गई उत्तर-पुस्तिका में ही लिखें।
    Write the answer to each question in the given answer-book only.
  4. जिन प्रश्नों में आन्तरिक खण्ड हैं, उन सभी के उत्तर एक साथ ही लिखें।
    For questions having more than one part, the answers to those parts are to be written together in continuity.

SS-15-Mathematics (Supp.) [ Turn over ]

General Instructions (Page 2 of 11)

(5) प्रश्न-पत्र के हिन्दी व अंग्रेजी रूपांतर में किसी प्रकार की त्रुटि/अंतर/विरोधाभास होने पर हिन्दी भाषा के प्रश्न को ही सही मानें ।

If there is any error / difference / contradiction in Hindi & English versions of the question paper, the question of Hindi version should be treated valid.

(6) खण्ड प्रश्न संख्या अंक प्रत्येक प्रश्न

खण्ड (Section) प्रश्न संख्या (Q. Nos.) अंक प्रत्येक प्रश्न (Marks per question)
A 1 – 5 1
B 6 – 15 2
C 16 – 25 3
D 26 – 30 6

(7) प्रश्न संख्या 6, 21, 24, 28 और 30 में आन्तरिक विकल्प हैं | इन प्रश्नों में से आपको एक ही विकल्प करना है।

There are internal choices in Q. Nos. 6, 21, 24, 28 and 30. You have to attempt only one of the alternatives in these questions.

(8) प्रश्न संख्या 25 का लेखाचित्र ग्राफ पेपर पर बनाना है |

Draw the graph of Q. No. 25 on the graph paper.

SS-5-Mathematics (Supp.)

खण्ड - अ

SECTION - A

  1. यदि f(x) = x² + 5x + 9 हो, तो f(3) का मान ज्ञात कीजिए।

    If f(x) = x² + 5x + 9, then find the value of f(3).

    हल: f(3) = (3)² + 5(3) + 9 = 9 + 15 + 9 = 33

    Solution: f(3) = (3)² + 5(3) + 9 = 9 + 15 + 9 = 33

  2. sin⁻¹(½) + 2 cos⁻¹(½) का मान ज्ञात कीजिए।

    Find the value of sin⁻¹(½) + 2 cos⁻¹(½).

    हल: sin⁻¹(½) = π/6, cos⁻¹(½) = π/3

    अतः sin⁻¹(½) + 2 cos⁻¹(½) = π/6 + 2(π/3) = π/6 + 2π/3 = π/6 + 4π/6 = 5π/6

    Solution: sin⁻¹(½) = π/6, cos⁻¹(½) = π/3

    Therefore, sin⁻¹(½) + 2 cos⁻¹(½) = π/6 + 2(π/3) = π/6 + 2π/3 = π/6 + 4π/6 = 5π/6

  3. A ज्ञात कीजिए, यदि | 4 4 | - A = | 3 2 |

    Find A, if | 4 4 | - A = | 3 2 |

    हल: माना B = | 4 4 | और C = | 3 2 |

    तब B - A = C ⇒ A = B - C

    A = | 4 4 | - | 3 2 | = | 4-3 4-2 | = | 1 2 |

    Solution: Let B = | 4 4 | and C = | 3 2 |

    Then B - A = C ⇒ A = B - C

    A = | 4 4 | - | 3 2 | = | 4-3 4-2 | = | 1 2 |

  4. यदि A = | 4 2 |, B = | 2 1 | और 3A - 2B + C = 0 हो, तो आव्यूह C ज्ञात कीजिए।

    If A = | 4 2 |, B = | 2 1 | and 3A - 2B + C = 0, then find the matrix C.

    हल: 3A - 2B + C = 0 ⇒ C = 2B - 3A

    C = 2| 2 1 | - 3| 4 2 |

    C = | 4 2 | - | 12 6 |

    C = | 4-12 2-6 | = | -8 -4 |

    Solution: 3A - 2B + C = 0 ⇒ C = 2B - 3A

    C = 2| 2 1 | - 3| 4 2 |

    C = | 4 2 | - | 12 6 |

    C = | 4-12 2-6 | = | -8 -4 |

SS-5-Mathematics (Supp.)

5. \(\int \frac{x^2 - 7}{x} \, dx\) ज्ञात कीजिए।

Find \(\int \frac{x^2 - 7}{x} \, dx\).

हल:

\(\int \frac{x^2 - 7}{x} \, dx = \int \left( x - \frac{7}{x} \right) dx = \frac{x^2}{2} - 7 \ln|x| + C\)

6. सदिश \(\vec{a} = \hat{i} - 2\hat{j} + \hat{k}\) के अनुदिश एक ऐसा सदिश ज्ञात कीजिए जिसका परिमाण 6 इकाई है।

Find a vector of magnitude 6 units along the vector \(\vec{a} = \hat{i} - 2\hat{j} + \hat{k}\).

Solution:

Magnitude of \(\vec{a}\): \(|\vec{a}| = \sqrt{1^2 + (-2)^2 + 1^2} = \sqrt{1+4+1} = \sqrt{6}\).

Unit vector along \(\vec{a}\): \(\hat{a} = \frac{\vec{a}}{|\vec{a}|} = \frac{1}{\sqrt{6}}(\hat{i} - 2\hat{j} + \hat{k})\).

Required vector of magnitude 6: \(6\hat{a} = \frac{6}{\sqrt{6}}(\hat{i} - 2\hat{j} + \hat{k}) = \sqrt{6}(\hat{i} - 2\hat{j} + \hat{k})\).

7. यदि \(\vec{a} = \hat{i} + 2\hat{j} + \hat{k}\) और \(\vec{b} = \hat{i} + 2\hat{j} + 3\hat{k}\), तो \(\vec{a} \cdot \vec{b}\) का मान ज्ञात कीजिए।

If \(\vec{a} = \hat{i} + 2\hat{j} + \hat{k}\) and \(\vec{b} = \hat{i} + 2\hat{j} + 3\hat{k}\), then find the value of \(\vec{a} \cdot \vec{b}\).

Solution:

\(\vec{a} \cdot \vec{b} = (1)(1) + (2)(2) + (1)(3) = 1 + 4 + 3 = 8\).

8. बिन्दुओं \((0, 0, 0)\) और \((1, 0, 1)\) को जोड़ने वाली रेखा की दिक्-कोसाइन ज्ञात कीजिए।

Find the direction cosines of a line joining the points \((0, 0, 0)\) and \((1, 0, 1)\).

Solution:

Direction ratios: \((1-0, 0-0, 1-0) = (1, 0, 1)\).

Magnitude: \(\sqrt{1^2 + 0^2 + 1^2} = \sqrt{2}\).

Direction cosines: \(\left( \frac{1}{\sqrt{2}}, 0, \frac{1}{\sqrt{2}} \right)\).

9. निम्न व्यवरोधों के अन्तर्गत सुसंगत क्षेत्र उत्तर पुस्तिका में दर्शाइए:

\(x + 2y \le 8\), \(x \ge 0\), \(y \ge 0\)

Show the region of feasible solution under the following constraints in answer book: \(x + 2y \le 8\), \(x \ge 0\), \(y \ge 0\).

Solution:

The feasible region is the triangle bounded by the axes and the line \(x + 2y = 8\). The vertices are \((0,0)\), \((8,0)\), and \((0,4)\). The region is below the line and in the first quadrant.

10. यदि A और B दो स्वतंत्र घटनाएँ हैं तथा \(P(A) = 0.4\) और \(P(B) = 0.5\), तब \(P(A \cup B)\) का मान ज्ञात कीजिए।

If A and B are two independent events with \(P(A) = 0.4\) and \(P(B) = 0.5\), then find the value of \(P(A \cup B)\).

Solution:

For independent events, \(P(A \cap B) = P(A) \cdot P(B) = 0.4 \times 0.5 = 0.2\).

\(P(A \cup B) = P(A) + P(B) - P(A \cap B) = 0.4 + 0.5 - 0.2 = 0.7\).

खण्ड - ब / SECTION - B

  1. प्रश्न: यदि \( f: \mathbb{R}^+ \to \mathbb{R}^+ \) तथा \( g: \mathbb{R}^+ \to \mathbb{R}^+ \) निम्न प्रकार परिभाषित हों:
    \( f(x) = x^3 \), \( g(x) = \sqrt{x} \) तो \( gof \) तथा \( fog \) ज्ञात कीजिए।

    If \( f: \mathbb{R}^+ \to \mathbb{R}^+ \) and \( g: \mathbb{R}^+ \to \mathbb{R}^+ \) are defined as below:
    \( f(x) = x^3 \), \( g(x) = \sqrt{x} \), then find \( fog \) and \( gof \).

    हल / Solution:

    \( gof(x) = g(f(x)) = g(x^3) = \sqrt{x^3} = x^{3/2} \)

    \( fog(x) = f(g(x)) = f(\sqrt{x}) = (\sqrt{x})^3 = x^{3/2} \)

    अतः \( gof = fog = x^{3/2} \)

  2. प्रश्न: यदि \( A = \begin{bmatrix} 3 & 2 \\ 2 & 1 \end{bmatrix} \) और \( B = \begin{bmatrix} 1 & 0 \\ -3 & 2 \end{bmatrix} \), तो \( 3A - 4B \) का मान ज्ञात कीजिए।

    If \( A = \begin{bmatrix} 3 & 2 \\ 2 & 1 \end{bmatrix} \) and \( B = \begin{bmatrix} 1 & 0 \\ -3 & 2 \end{bmatrix} \), then find the value of \( 3A - 4B \).

    हल / Solution:

    \( 3A = 3 \begin{bmatrix} 3 & 2 \\ 2 & 1 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 9 & 6 \\ 6 & 3 \end{bmatrix} \)

    \( 4B = 4 \begin{bmatrix} 1 & 0 \\ -3 & 2 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 4 & 0 \\ -12 & 8 \end{bmatrix} \)

    \( 3A - 4B = \begin{bmatrix} 9 & 6 \\ 6 & 3 \end{bmatrix} - \begin{bmatrix} 4 & 0 \\ -12 & 8 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 9-4 & 6-0 \\ 6-(-12) & 3-8 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 5 & 6 \\ 18 & -5 \end{bmatrix} \)

  3. प्रश्न: फलन \( f(x) = \begin{cases} 0, & x > 0 \\ 2, & x < 0 \\ 1, & x = 0 \end{cases} \) की बिन्दु \( x = 0 \) पर सांतत्य की जाँच कीजिए।

    Examine the continuity of function \( f(x) = \begin{cases} 0, & x > 0 \\ 2, & x < 0 \\ 1, & x = 0 \end{cases} \) at the point \( x = 0 \).

    हल / Solution:

    बाएँ पक्ष की सीमा (Left-hand limit): \( \lim_{x \to 0^-} f(x) = \lim_{x \to 0^-} 2 = 2 \)

    दाएँ पक्ष की सीमा (Right-hand limit): \( \lim_{x \to 0^+} f(x) = \lim_{x \to 0^+} 0 = 0 \)

    \( f(0) = 1 \)

    चूँकि बाएँ पक्ष की सीमा ≠ दाएँ पक्ष की सीमा ≠ \( f(0) \), अतः फलन \( x = 0 \) पर सांतत नहीं है।

    Since LHL ≠ RHL ≠ f(0), the function is not continuous at x = 0.

  4. प्रश्न: \( \int \frac{dx}{\sqrt{x} + x + \sqrt{x}} \) ज्ञात कीजिए।

    Find \( \int \frac{dx}{\sqrt{x} + x + \sqrt{x}} \).

    हल / Solution:

    दिया गया समाकल: \( I = \int \frac{dx}{\sqrt{x} + x + \sqrt{x}} = \int \frac{dx}{x + 2\sqrt{x}} \)

    माना \( \sqrt{x} = t \), तो \( x = t^2 \) और \( dx = 2t \, dt \)

    \( I = \int \frac{2t \, dt}{t^2 + 2t} = \int \frac{2t \, dt}{t(t+2)} = \int \frac{2 \, dt}{t+2} \)

    \( I = 2 \ln|t+2| + C = 2 \ln|\sqrt{x} + 2| + C \)

    अतः \( \int \frac{dx}{\sqrt{x} + x + \sqrt{x}} = 2 \ln(\sqrt{x} + 2) + C \)

  5. प्रश्न: \( \lambda \) के किस मान के लिए सदिश \( 2\hat{i} - 3\hat{j} + \lambda\hat{k} \) और \( -\hat{i} + \hat{j} + \hat{k} \) परस्पर लम्बवत् हैं?

    For what value of \( \lambda \) are the vectors \( 2\hat{i} - 3\hat{j} + \lambda\hat{k} \) and \( -\hat{i} + \hat{j} + \hat{k} \) mutually perpendicular?

    हल / Solution:

    दो सदिश परस्पर लम्बवत् होते हैं यदि उनका अदिश गुणनफल शून्य हो।

    \( (2\hat{i} - 3\hat{j} + \lambda\hat{k}) \cdot (-\hat{i} + \hat{j} + \hat{k}) = 0 \)

    \( 2(-1) + (-3)(1) + \lambda(1) = 0 \)

    \( -2 - 3 + \lambda = 0 \)

    \( \lambda = 5 \)

    अतः \( \lambda = 5 \) के लिए सदिश परस्पर लम्बवत् हैं।

    Hence, for \( \lambda = 5 \), the vectors are mutually perpendicular.

खण्ड-स / SECTION – C

16. यदि \(4 \sin^{-1} x + \cos^{-1} x = \pi\), तो \(x\) का मान ज्ञात कीजिए।

अथवा / OR

\(\sin^{-1} \left(-\frac{1}{2}\right) + 2 \tan^{-1} \left(\frac{1}{\sqrt{3}}\right)\) का मान ज्ञात कीजिए।

हल (पहला भाग):

हम जानते हैं कि \(\sin^{-1} x + \cos^{-1} x = \frac{\pi}{2}\) (सभी \(x \in [-1,1]\) के लिए)।

दिया है: \(4 \sin^{-1} x + \cos^{-1} x = \pi\)

इसे लिख सकते हैं: \(3 \sin^{-1} x + (\sin^{-1} x + \cos^{-1} x) = \pi\)

\(\Rightarrow 3 \sin^{-1} x + \frac{\pi}{2} = \pi\)

\(\Rightarrow 3 \sin^{-1} x = \pi - \frac{\pi}{2} = \frac{\pi}{2}\)

\(\Rightarrow \sin^{-1} x = \frac{\pi}{6}\)

\(\Rightarrow x = \sin \frac{\pi}{6} = \frac{1}{2}\)

अतः \(x = \frac{1}{2}\)

हल (दूसरा भाग / OR):

\(\sin^{-1} \left(-\frac{1}{2}\right) = -\sin^{-1} \left(\frac{1}{2}\right) = -\frac{\pi}{6}\)

\(\tan^{-1} \left(\frac{1}{\sqrt{3}}\right) = \frac{\pi}{6}\)

अतः \(\sin^{-1} \left(-\frac{1}{2}\right) + 2 \tan^{-1} \left(\frac{1}{\sqrt{3}}\right) = -\frac{\pi}{6} + 2 \times \frac{\pi}{6} = -\frac{\pi}{6} + \frac{\pi}{3} = \frac{\pi}{6}\)

अतः अभीष्ट मान = \(\frac{\pi}{6}\)


17. सिद्ध कीजिए कि \(\begin{vmatrix} 1 & x & x^2 \\ 1 & a & a^2 \\ 1 & b & b^2 \end{vmatrix} = (x-a)(x-b)(b-a)\).

हल:

माना \(D = \begin{vmatrix} 1 & x & x^2 \\ 1 & a & a^2 \\ 1 & b & b^2 \end{vmatrix}\)

संक्रिया \(R_2 \rightarrow R_2 - R_1\) और \(R_3 \rightarrow R_3 - R_1\) करने पर:

\(D = \begin{vmatrix} 1 & x & x^2 \\ 0 & a-x & a^2 - x^2 \\ 0 & b-x & b^2 - x^2 \end{vmatrix}\)

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

\(R_2\) और \(R_3\) से \((a-x)\) और \((b-x)\) उभयनिष्ठ लेने पर:

\(D = (a-x)(b-x) \begin{vmatrix} 1 & x & x^2 \\ 0 & 1 & a+x \\ 0 & 1 & b+x \end{vmatrix}\)

अब प्रथम स्तम्भ के अनुदिश प्रसार करने पर:

\(D = (a-x)(b-x) \cdot 1 \cdot \begin{vmatrix} 1 & a+x \\ 1 & b+x \end{vmatrix}\)

\(= (a-x)(b-x) [(b+x) - (a+x)]\)

\(= (a-x)(b-x)(b-a)\)

\(= (x-a)(x-b)(b-a)\) (चूँकि \(a-x = -(x-a)\) और \(b-x = -(x-b)\), गुणनफल धनात्मक होगा)

इति सिद्धम्।


18. यदि बिन्दु (3, -2), (5, x) तथा (8, 8) संरेखीय हैं, तो x का मान सारणिक का प्रयोग कर ज्ञात कीजिए।

हल:

तीन बिन्दु संरेखीय होते हैं यदि उनसे बने त्रिभुज का क्षेत्रफल शून्य हो।

बिन्दु (3, -2), (5, x) और (8, 8) के लिए सारणिक:

\(\begin{vmatrix} 3 & -2 & 1 \\ 5 & x & 1 \\ 8 & 8 & 1 \end{vmatrix} = 0\)

प्रसार करने पर:

\(3(x \cdot 1 - 1 \cdot 8) - (-2)(5 \cdot 1 - 1 \cdot 8) + 1(5 \cdot 8 - x \cdot 8) = 0\)

\(\Rightarrow 3(x - 8) + 2(5 - 8) + (40 - 8x) = 0\)

\(\Rightarrow 3x - 24 + 2(-3) + 40 - 8x = 0\)

\(\Rightarrow 3x - 24 - 6 + 40 - 8x = 0\)

\(\Rightarrow -5x + 10 = 0\)

\(\Rightarrow 5x = 10\)

\(\Rightarrow x = 2\)

अतः \(x = 2\)

9. वह अन्तराल ज्ञात कीजिए जिसमें फलन f(x) = sin x – cos x निरन्तर वर्धमान हो।
Find that interval in which function f(x) = sin x – cos x is increasing.

हल: फलन f(x) = sin x – cos x के लिए,

f'(x) = cos x + sin x

वर्धमान फलन के लिए f'(x) > 0

⇒ cos x + sin x > 0

⇒ √2 sin(x + π/4) > 0

⇒ sin(x + π/4) > 0

⇒ 0 < x + π/4 < π, 2π < x + π/4 < 3π, ...

⇒ -π/4 < x < 3π/4, 7π/4 < x < 11π/4, ...

अतः फलन अन्तराल (-π/4, 3π/4), (7π/4, 11π/4), ... में वर्धमान है।

Solution: For function f(x) = sin x – cos x,

f'(x) = cos x + sin x

For increasing function, f'(x) > 0

⇒ cos x + sin x > 0

⇒ √2 sin(x + π/4) > 0

⇒ sin(x + π/4) > 0

⇒ 0 < x + π/4 < π, 2π < x + π/4 < 3π, ...

⇒ -π/4 < x < 3π/4, 7π/4 < x < 11π/4, ...

Hence, the function is increasing in intervals (-π/4, 3π/4), (7π/4, 11π/4), ...

20. सिद्ध कीजिए कि फलन x³ – 6x² + 11x – 6 का मान x = 2 पर उच्चिष्ठ है।
Prove that the value of the function x³ – 6x² + 11x – 6 is maximum at x = 2.

हल: माना f(x) = x³ – 6x² + 11x – 6

f'(x) = 3x² – 12x + 11

उच्चिष्ठ या निम्निष्ठ के लिए f'(x) = 0

⇒ 3x² – 12x + 11 = 0

⇒ x = [12 ± √(144 – 132)] / 6 = [12 ± √12] / 6 = [12 ± 2√3] / 6 = 2 ± √3/3

अतः x = 2 + √3/3 और x = 2 – √3/3 पर क्रांतिक बिंदु हैं।

f''(x) = 6x – 12

x = 2 पर, f''(2) = 6(2) – 12 = 0

चूँकि f''(2) = 0, हम उच्च अवकलज परीक्षण करते हैं।

f'''(x) = 6, जो x = 2 पर शून्य नहीं है।

चूँकि पहला अशून्य उच्च अवकलज विषम कोटि का है, x = 2 पर न तो उच्चिष्ठ और न ही निम्निष्ठ है, बल्कि यह एक नति बिंदु है।

प्रश्न में दिए गए x = 2 पर उच्चिष्ठ होने का कथन सही नहीं है। वास्तविक उच्चिष्ठ x = 2 – √3/3 पर होता है।

Solution: Let f(x) = x³ – 6x² + 11x – 6

f'(x) = 3x² – 12x + 11

For maxima or minima, f'(x) = 0

⇒ 3x² – 12x + 11 = 0

⇒ x = [12 ± √(144 – 132)] / 6 = [12 ± √12] / 6 = [12 ± 2√3] / 6 = 2 ± √3/3

Thus critical points are x = 2 + √3/3 and x = 2 – √3/3.

f''(x) = 6x – 12

At x = 2, f''(2) = 6(2) – 12 = 0

Since f''(2) = 0, we use higher derivative test.

f'''(x) = 6, which is non-zero at x = 2.

Since the first non-zero higher derivative is of odd order, x = 2 is neither a maximum nor a minimum, but a point of inflection.

The statement that the function has maximum at x = 2 is incorrect. The actual maximum occurs at x = 2 – √3/3.

21. ∫ dx / √(x² – 3x + 2) ज्ञात कीजिए।
Find ∫ dx / √(x² – 3x + 2).

हल: ∫ dx / √(x² – 3x + 2)

x² – 3x + 2 = x² – 3x + (9/4) – (9/4) + 2 = (x – 3/2)² – 1/4

अतः समाकल = ∫ dx / √[(x – 3/2)² – (1/2)²]

= log | (x – 3/2) + √[(x – 3/2)² – (1/2)²] | + C

= log | x – 3/2 + √(x² – 3x + 2) | + C

Solution: ∫ dx / √(x² – 3x + 2)

x² – 3x + 2 = x² – 3x + (9/4) – (9/4) + 2 = (x – 3/2)² – 1/4

Thus integral = ∫ dx / √[(x – 3/2)² – (1/2)²]

= log | (x – 3/2) + √[(x – 3/2)² – (1/2)²] | + C

= log | x – 3/2 + √(x² – 3x + 2) | + C

अथवा / OR

∫ dx / (x² + 6x + 8) ज्ञात कीजिए।
Find ∫ dx / (x² + 6x + 8).

हल: ∫ dx / (x² + 6x + 8)

x² + 6x + 8 = x² + 6x + 9 – 1 = (x + 3)² – 1²

अतः समाकल = ∫ dx / [(x + 3)² – 1²]

= (1/2) log | (x + 3 – 1) / (x + 3 + 1) | + C

= (1/2) log | (x + 2) / (x + 4) | + C

Solution: ∫ dx / (x² + 6x + 8)

x² + 6x + 8 = x² + 6x + 9 – 1 = (x + 3)² – 1²

Thus integral = ∫ dx / [(x + 3)² – 1²]

= (1/2) log | (x + 3 – 1) / (x + 3 + 1) | + C

= (1/2) log | (x + 2) / (x + 4) | + C

22. परवलय y = x² तथा रेखा y = x से घिरे क्षेत्र का क्षेत्रफल ज्ञात कीजिए।
Find the area bounded by parabola y = x² and line y = x.

हल: प्रतिच्छेद बिंदु ज्ञात करने के लिए, y = x² और y = x को हल करते हैं:

x² = x ⇒ x² – x = 0 ⇒ x(x – 1) = 0 ⇒ x = 0, 1

प्रतिच्छेद बिंदु (0, 0) और (1, 1) हैं।

अभीष्ट क्षेत्रफल = ∫₀¹ (x – x²) dx

= [x²/2 – x³/3]₀¹

= (1/2 – 1/3) – (0 – 0)

= (3 – 2)/6 = 1/6 वर्ग इकाई

Solution: To find intersection points, solve y = x² and y = x:

x² = x ⇒ x² – x = 0 ⇒ x(x – 1) = 0 ⇒ x = 0, 1

Intersection points are (0, 0) and (1, 1).

Required area = ∫₀¹ (x – x²) dx

= [x²/2 – x³/3]₀¹

= (1/2 – 1/3) – (0 – 0)

= (3 – 2)/6 = 1/6 square units

23.

वृत्त \(x^2 + y^2 = 1\) तथा वक्र \(y = |x|\) से घिरे क्षेत्र का क्षेत्रफल ज्ञात कीजिए।

Find the area bounded by circle \(x^2 + y^2 = 1\) and curve \(y = |x|\).

Solution:

The curve \(y = |x|\) consists of two lines: \(y = x\) for \(x \ge 0\) and \(y = -x\) for \(x < 0\). The circle \(x^2 + y^2 = 1\) has radius 1 centered at origin.

Due to symmetry, the area bounded by the circle and the curve is the same in all four quadrants. Consider the region in the first quadrant: bounded by \(y = x\), the circle, and the x-axis from \(x = 0\) to \(x = 1/\sqrt{2}\) (intersection point of \(y = x\) and circle: \(x^2 + x^2 = 1 \Rightarrow x = 1/\sqrt{2}\)).

Area in first quadrant = \(\int_{0}^{1/\sqrt{2}} x \, dx + \int_{1/\sqrt{2}}^{1} \sqrt{1 - x^2} \, dx\).

First integral: \(\left[ \frac{x^2}{2} \right]_{0}^{1/\sqrt{2}} = \frac{1}{4}\).

Second integral: \(\int \sqrt{1 - x^2} \, dx = \frac{1}{2} \left( x\sqrt{1 - x^2} + \sin^{-1} x \right)\). Evaluate from \(1/\sqrt{2}\) to 1:

At \(x = 1\): \(\frac{1}{2}(0 + \pi/2) = \pi/4\).

At \(x = 1/\sqrt{2}\): \(\frac{1}{2} \left( \frac{1}{\sqrt{2}} \cdot \frac{1}{\sqrt{2}} + \sin^{-1}(1/\sqrt{2}) \right) = \frac{1}{2} \left( \frac{1}{2} + \pi/4 \right) = \frac{1}{4} + \pi/8\).

So second integral = \(\pi/4 - (1/4 + \pi/8) = \pi/8 - 1/4\).

Total area in first quadrant = \(1/4 + (\pi/8 - 1/4) = \pi/8\).

Since there are 4 such symmetric regions (one in each quadrant), total area = \(4 \times \pi/8 = \pi/2\) square units.

Correct Answer: \(\frac{\pi}{2}\) square units.

24.

यदि \(\vec{a} = \hat{i} + 2\hat{j} + 3\hat{k}\) तथा \(\vec{b} = 2\hat{i} - 2\hat{j} + 2\hat{k}\) हो, तो \(\vec{a}\) एवं \(\vec{b}\) दोनों के लम्बवत् इकाई सदिश \(\hat{n}\) ज्ञात कीजिए।

If \(\vec{a} = \hat{i} + 2\hat{j} + 3\hat{k}\) and \(\vec{b} = 2\hat{i} - 2\hat{j} + 2\hat{k}\), then find the unit vector \(\hat{n}\) perpendicular to vectors \(\vec{a}\) and \(\vec{b}\).

Solution:

A vector perpendicular to both \(\vec{a}\) and \(\vec{b}\) is given by their cross product \(\vec{a} \times \vec{b}\).

\(\vec{a} \times \vec{b} = \begin{vmatrix} \hat{i} & \hat{j} & \hat{k} \\ 1 & 2 & 3 \\ 2 & -2 & 2 \end{vmatrix}\)

\(= \hat{i}(2 \cdot 2 - 3 \cdot (-2)) - \hat{j}(1 \cdot 2 - 3 \cdot 2) + \hat{k}(1 \cdot (-2) - 2 \cdot 2)\)

\(= \hat{i}(4 + 6) - \hat{j}(2 - 6) + \hat{k}(-2 - 4)\)

\(= 10\hat{i} + 4\hat{j} - 6\hat{k}\)

Magnitude: \(|\vec{a} \times \vec{b}| = \sqrt{10^2 + 4^2 + (-6)^2} = \sqrt{100 + 16 + 36} = \sqrt{152} = 2\sqrt{38}\)

Unit vector \(\hat{n} = \frac{\vec{a} \times \vec{b}}{|\vec{a} \times \vec{b}|} = \frac{10\hat{i} + 4\hat{j} - 6\hat{k}}{2\sqrt{38}} = \frac{5\hat{i} + 2\hat{j} - 3\hat{k}}{\sqrt{38}}\)

Correct Answer: \(\hat{n} = \frac{5\hat{i} + 2\hat{j} - 3\hat{k}}{\sqrt{38}}\)

अथवा / OR

\(\vec{a}, \vec{b}, \vec{c}\) क्रमश: 2, 3, 4 परिमाण के सदिश हैं। यदि प्रत्येक सदिश अन्य दो सदिशों के योग पर लम्ब हो, तो सदिश \(\vec{a} + \vec{b} + \vec{c}\) का परिमाण ज्ञात कीजिए।

\(\vec{a}, \vec{b}, \vec{c}\) are vectors of magnitude 2, 3, 4 respectively. If every vector is perpendicular to the sum of the other two vectors, then find the magnitude of vector \(\vec{a} + \vec{b} + \vec{c}\).

Solution:

Given: \(|\vec{a}| = 2\), \(|\vec{b}| = 3\), \(|\vec{c}| = 4\).

Condition: \(\vec{a} \perp (\vec{b} + \vec{c})\), \(\vec{b} \perp (\vec{a} + \vec{c})\), \(\vec{c} \perp (\vec{a} + \vec{b})\).

This implies:

\(\vec{a} \cdot (\vec{b} + \vec{c}) = 0 \Rightarrow \vec{a} \cdot \vec{b} + \vec{a} \cdot \vec{c} = 0\) ...(1)

\(\vec{b} \cdot (\vec{a} + \vec{c}) = 0 \Rightarrow \vec{a} \cdot \vec{b} + \vec{b} \cdot \vec{c} = 0\) ...(2)

\(\vec{c} \cdot (\vec{a} + \vec{b}) = 0 \Rightarrow \vec{a} \cdot \vec{c} + \vec{b} \cdot \vec{c} = 0\) ...(3)

From (1) and (2): \(\vec{a} \cdot \vec{c} = \vec{b} \cdot \vec{c}\). From (2) and (3): \(\vec{a} \cdot \vec{b} = \vec{a} \cdot \vec{c}\). So all dot products are equal. Let \(\vec{a} \cdot \vec{b} = \vec{b} \cdot \vec{c} = \vec{a} \cdot \vec{c} = k\).

From (1): \(k + k = 0 \Rightarrow 2k = 0 \Rightarrow k = 0\).

Thus all dot products are zero, meaning the vectors are mutually perpendicular.

Now, \(|\vec{a} + \vec{b} + \vec{c}|^2 = (\vec{a} + \vec{b} + \vec{c}) \cdot (\vec{a} + \vec{b} + \vec{c})\)

\(= |\vec{a}|^2 + |\vec{b}|^2 + |\vec{c}|^2 + 2(\vec{a} \cdot \vec{b} + \vec{b} \cdot \vec{c} + \vec{a} \cdot \vec{c})\)

\(= 2^2 + 3^2 + 4^2 + 2(0 + 0 + 0) = 4 + 9 + 16 = 29\)

Therefore, \(|\vec{a} + \vec{b} + \vec{c}| = \sqrt{29}\).

Correct Answer: \(\sqrt{29}\)

25. निम्न रैखिक प्रोग्रामन समस्या को आलेखीय विधि से हल कीजिए तथा निम्नतम व अधिकतम मान ज्ञात कीजिए :

जहाँ z = 3x + 9y

व्यवरोध (Constraints):

  • x + 3y ≤ 60
  • x + y ≥ 20
  • x ≥ 0, y ≥ 0

हल:

चरण 1: असमिकाओं को समीकरणों में बदलें और सुसंगत क्षेत्र ज्ञात करें।

  • x + 3y = 60 ⇒ y = (60 - x)/3
  • x + y = 20 ⇒ y = 20 - x
  • x = 0, y = 0 (अक्ष)

चरण 2: प्रतिच्छेद बिंदु ज्ञात करें:

  • x + 3y = 60 और x + y = 20 को हल करने पर: (x, y) = (0, 20) और (30, 10) (सटीक हल: x=0, y=20; x=30, y=10)
  • x + 3y = 60 और x-अक्ष (y=0) पर: (60, 0)
  • x + y = 20 और y-अक्ष (x=0) पर: (0, 20)
  • x + y = 20 और x-अक्ष (y=0) पर: (20, 0)

चरण 3: सुसंगत क्षेत्र के कोने बिंदु: (0, 20), (20, 0), (30, 10), (60, 0) (x+3y=60 और x+y=20 का प्रतिच्छेद (0,20) और (30,10) है; x+3y=60 और x-अक्ष (60,0); x+y=20 और x-अक्ष (20,0); x+y=20 और y-अक्ष (0,20); x+3y=60 और y-अक्ष (0,20) पर नहीं क्योंकि 0+60=60, लेकिन x+y≥20 के कारण (0,20) मान्य है। वास्तविक कोने: (0,20), (20,0), (30,10), (60,0) — लेकिन (0,20) और (20,0) x+y=20 पर हैं। सही कोने: (0,20), (20,0), (30,10), (60,0) (x+3y=60 और x+y=20 का प्रतिच्छेद (0,20) नहीं, बल्कि (0,20) x+y=20 पर है; x+3y=60 और x+y=20 का हल: x=30, y=10; x+3y=60 और x-अक्ष: (60,0); x+y=20 और x-अक्ष: (20,0); x+y=20 और y-अक्ष: (0,20); x+3y=60 और y-अक्ष: (0,20) पर नहीं। अतः कोने: (0,20), (20,0), (30,10), (60,0))

चरण 4: प्रत्येक कोने पर z का मान ज्ञात करें:

  • (0, 20): z = 3(0) + 9(20) = 180
  • (20, 0): z = 3(20) + 9(0) = 60
  • (30, 10): z = 3(30) + 9(10) = 90 + 90 = 180
  • (60, 0): z = 3(60) + 9(0) = 180

चरण 5: निष्कर्ष:

  • न्यूनतम मान (Minimum value): z = 60, बिंदु (20, 0) पर।
  • अधिकतम मान (Maximum value): z = 180, बिंदुओं (0, 20), (30, 10), और (60, 0) पर (अनंत हल)।

अतः रैखिक प्रोग्रामन समस्या का न्यूनतम मान 60 और अधिकतम मान 180 है।


26. y = (e^x - e^{-x}) / [(x-4)(x-5)(x-6)] का x के सापेक्ष अवकलन ज्ञात कीजिए।

Differentiate y = (e^x - e^{-x}) / [(x-4)(x-5)(x-6)] with respect to x.

हल:

दिया है: y = (e^x - e^{-x}) / [(x-4)(x-5)(x-6)]

माना u = e^x - e^{-x} और v = (x-4)(x-5)(x-6)

भागफल नियम (Quotient Rule) का प्रयोग करें: dy/dx = (u'v - uv') / v²

चरण 1: u' ज्ञात करें:

u' = d/dx (e^x - e^{-x}) = e^x - (-e^{-x}) = e^x + e^{-x}

चरण 2: v' ज्ञात करें:

v = (x-4)(x-5)(x-6)

पहले दो गुणनखंडों का गुणनफल: (x-4)(x-5) = x² - 9x + 20

v = (x² - 9x + 20)(x-6)

v' = (2x - 9)(x-6) + (x² - 9x + 20)(1) [गुणनफल नियम से]

= (2x - 9)(x-6) + x² - 9x + 20

= 2x² - 12x - 9x + 54 + x² - 9x + 20

= 3x² - 30x + 74

चरण 3: dy/dx = [(e^x + e^{-x})(x-4)(x-5)(x-6) - (e^x - e^{-x})(3x² - 30x + 74)] / [(x-4)²(x-5)²(x-6)²]

यह अभीष्ट अवकलन है।


27. सिद्ध कीजिए कि ∫ (1 / (1 + √(cot x))) dx = ?

Prove that ∫ (1 / (1 + √(cot x))) dx = ?

हल:

दिया है: I = ∫ (1 / (1 + √(cot x))) dx

हम जानते हैं कि cot x = cos x / sin x, अतः √(cot x) = √(cos x / sin x)

लेकिन एक सामान्य विधि: गुणनखंड करने के लिए अंश और हर को √(sin x) से गुणा करें:

I = ∫ (√(sin x) / (√(sin x) + √(cos x))) dx

अब, एक गुणधर्म का प्रयोग करें: ∫ f(x) dx = ∫ f(a+b-x) dx, जहाँ a और b सीमाएँ हैं। यहाँ सीमाएँ नहीं दी गई हैं, अतः हम एक निश्चित समाकल के लिए सिद्ध करेंगे। मान लीजिए समाकल 0 से π/2 तक है।

I = ∫₀^{π/2} (√(sin x) / (√(sin x) + √(cos x))) dx

गुणधर्म से: I = ∫₀^{π/2} (√(sin(π/2 - x)) / (√(sin(π/2 - x)) + √(cos(π/2 - x)))) dx

= ∫₀^{π/2} (√(cos x) / (√(cos x) + √(sin x))) dx

दोनों समाकलों को जोड़ें:

2I = ∫₀^{π/2} (√(sin x) + √(cos x)) / (√(sin x) + √(cos x)) dx = ∫₀^{π/2} 1 dx = π/2

अतः I = π/4

इस प्रकार सिद्ध होता है कि ∫₀^{π/2} (1 / (1 + √(cot x))) dx = π/4

प्रश्न 28

अवकलन समीकरण 3x² dy - (3xy + y²) dx = 0 का हल ज्ञात कीजिए।

हल:

दिया गया अवकलन समीकरण है:

3x² dy - (3xy + y²) dx = 0

इसे पुनर्व्यवस्थित करने पर:

3x² dy = (3xy + y²) dx

या dy/dx = (3xy + y²) / (3x²)

यह एक समघात अवकलन समीकरण है। इसे हल करने के लिए y = vx रखने पर, dy/dx = v + x dv/dx:

v + x dv/dx = (3x(vx) + (vx)²) / (3x²)

v + x dv/dx = (3vx² + v²x²) / (3x²)

v + x dv/dx = (3v + v²) / 3

x dv/dx = (3v + v²)/3 - v = (3v + v² - 3v)/3 = v²/3

चर पृथक्करण करने पर:

3 dv / v² = dx / x

समाकलन करने पर:

∫ 3v⁻² dv = ∫ dx/x

-3/v = ln|x| + C

v = y/x पुनः रखने पर:

-3x/y = ln|x| + C

या y = -3x / (ln|x| + C)

यह अभीष्ट हल है।

अथवा

अवकलन समीकरण dy/dx = (x + y)/x का हल ज्ञात कीजिए।

हल:

दिया गया अवकलन समीकरण:

dy/dx = (x + y)/x = 1 + y/x

यह एक समघात अवकलन समीकरण है। y = vx रखने पर, dy/dx = v + x dv/dx:

v + x dv/dx = 1 + v

x dv/dx = 1

चर पृथक्करण करने पर:

dv = dx/x

समाकलन करने पर:

∫ dv = ∫ dx/x

v = ln|x| + C

v = y/x पुनः रखने पर:

y/x = ln|x| + C

या y = x ln|x| + Cx

यह अभीष्ट हल है।

प्रश्न 29

दिखाइए कि रेखाएँ

(x - 1)/3 = (y + 1)/2 = (z - 1)/5 और (x - 2)/4 = (y - 1)/3 = (z + 1)/(-2)

परस्पर प्रतिच्छेद नहीं करती हैं।

हल:

पहली रेखा के लिए: बिंदु A(1, -1, 1) और दिशा अनुपात (3, 2, 5)

दूसरी रेखा के लिए: बिंदु B(2, 1, -1) और दिशा अनुपात (4, 3, -2)

दो रेखाएँ प्रतिच्छेद करती हैं यदि वे समतलीय हों। समतलीयता की शर्त:

| (x₂ - x₁) (y₂ - y₁) (z₂ - z₁) |

| a₁ b₁ c₁ | = 0

| a₂ b₂ c₂ |

जहाँ (x₁, y₁, z₁) और (x₂, y₂, z₂) दोनों रेखाओं पर स्थित बिंदु हैं, तथा (a₁, b₁, c₁) और (a₂, b₂, c₂) दिशा अनुपात हैं।

यहाँ:

x₂ - x₁ = 2 - 1 = 1

y₂ - y₁ = 1 - (-1) = 2

z₂ - z₁ = -1 - 1 = -2

अब सारणिक:

| 1 2 -2 |

| 3 2 5 |

| 4 3 -2 |

सारणिक का मान ज्ञात करने पर:

= 1(2×(-2) - 5×3) - 2(3×(-2) - 5×4) + (-2)(3×3 - 2×4)

= 1(-4 - 15) - 2(-6 - 20) - 2(9 - 8)

= 1(-19) - 2(-26) - 2(1)

= -19 + 52 - 2

= 31

चूँकि सारणिक का मान शून्य नहीं है (31 ≠ 0), अतः रेखाएँ समतलीय नहीं हैं और इसलिए वे परस्पर प्रतिच्छेद नहीं करती हैं।

30. दो पासों को एक साथ फेंका गया है | यदि X अंक पाँच प्राप्त करने की संख्याओं को व्यक्त करता हो तो X का प्रसरण ज्ञात कीजिए |

अथवा

प्रथम छ: धनपूर्णांकों में से दो संख्याएँ यादृच्छया (बिना प्रतिस्थापन) चुनी जाती हैं | माना X दोनों संख्याओं में से बड़ी संख्या को व्यक्त करता है | तब X का प्रसरण ज्ञात कीजिए |


Two dice are thrown simultaneously. If X denotes the number of fives, find the variance of X.

OR

Two numbers are selected at random (without replacement) from the first six positive integers. Let X denote the larger of the two numbers obtained. Find the variance of X.


Solution (First Part):

When two dice are thrown, the total number of outcomes = 6 × 6 = 36.

Let X = number of fives obtained. Possible values of X: 0, 1, 2.

  • P(X = 0): No five appears on either die. Number of favorable outcomes = 5 × 5 = 25. So, P(0) = 25/36.
  • P(X = 1): Exactly one five appears. Cases: (5, not 5) or (not 5, 5). Number = 1×5 + 5×1 = 10. So, P(1) = 10/36.
  • P(X = 2): Both dice show five. Only 1 outcome: (5,5). So, P(2) = 1/36.

Mean (μ) = Σ x·P(x) = 0×(25/36) + 1×(10/36) + 2×(1/36) = (10+2)/36 = 12/36 = 1/3.

E(X²) = Σ x²·P(x) = 0²×(25/36) + 1²×(10/36) + 2²×(1/36) = (10+4)/36 = 14/36 = 7/18.

Variance = E(X²) – [E(X)]² = 7/18 – (1/3)² = 7/18 – 1/9 = 7/18 – 2/18 = 5/18.

Variance of X = 5/18.


Solution (Second Part - OR):

First six positive integers: 1, 2, 3, 4, 5, 6. Two numbers are selected without replacement. Total number of ways = ⁶C₂ = 15.

Let X = larger of the two numbers. Possible values of X: 2, 3, 4, 5, 6.

  • X = 2: Pairs: (1,2) → 1 way. P(2) = 1/15.
  • X = 3: Pairs: (1,3), (2,3) → 2 ways. P(3) = 2/15.
  • X = 4: Pairs: (1,4), (2,4), (3,4) → 3 ways. P(4) = 3/15.
  • X = 5: Pairs: (1,5), (2,5), (3,5), (4,5) → 4 ways. P(5) = 4/15.
  • X = 6: Pairs: (1,6), (2,6), (3,6), (4,6), (5,6) → 5 ways. P(6) = 5/15.

Mean (μ) = Σ x·P(x) = 2×(1/15) + 3×(2/15) + 4×(3/15) + 5×(4/15) + 6×(5/15) = (2+6+12+20+30)/15 = 70/15 = 14/3.

E(X²) = Σ x²·P(x) = 4×(1/15) + 9×(2/15) + 16×(3/15) + 25×(4/15) + 36×(5/15) = (4+18+48+100+180)/15 = 350/15 = 70/3.

Variance = E(X²) – [E(X)]² = 70/3 – (14/3)² = 70/3 – 196/9 = (210 – 196)/9 = 14/9.

Variance of X = 14/9.