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निर्देशांकों से बहुभुज का क्षेत्रफल: शूलेस सूत्र

शीर्षों के निर्देशांकों से सरल बहुभुज का क्षेत्रफल, परिमाप और क्षेत्रकेंद्र निकालें। शूलेस सूत्र के हर पद की गणना देखें।

AI लेखन टूल से मसौदा तैयारअपडेट किया गया जाँचे गए उदाहरण: 7

सीमा के साथ किसी भी दिशा में चलें। कोष्ठक और अर्धविराम मान्य हैं; अंत में पहला बिंदु दोहराया हो तो उसे अनदेखा किया जाता है।
आज़माएँ
क्षेत्रफल
m²
क्षेत्रफल: 16.5 m²
अधिकतम दशमलव स्थान: 6; निकटतम; बराबर दूरी पर शून्य से दूर
चिह्नयुक्त क्षेत्रफल
16.5m²
परिमाप
24.307995m
केंद्रक x
3.88888889m
केंद्रक y
3.66666667m
शीर्षों की संख्या
5
शीर्षों का क्रम
वामावर्त

5 बिंदुओं की वामावर्त सीमा का क्षेत्रफल 16.5 m², परिमाप 24.307995 m और केंद्रक (संतुलन बिंदु) (3.8889, 3.6667) है।

5 भुजाओं वाली सीमा; C केंद्रक है

5.385 m4.123 m3.606 m4.123 m7.071 mP1P2P3P4P5C
शूलेस सूत्र के पद पंक्तियाँ: 5
शीर्षxyxᵢ·yᵢ₊₁ − xᵢ₊₁·yᵢ
116−17
231−1
37220
444−12
58543
गणना कैसे होती है S
  1. शूलेस योग

    ∑i=15(xiyi+1−xi+1yi)=−17−1+20−12+43=33\sum_{i=1}^{5} (x_i y_{i+1} - x_{i+1} y_i) = -17 - 1 + 20 - 12 + 43 = 33

    सूचकांक n + 1 पर फिर शीर्ष 1 लिया जाता है।

  2. क्षेत्रफल

    A=∣33∣2=16.5 m2A = \frac{|33|}{2} = 16.5\,\text{m}^2

    योग धनात्मक है; सरल बहुभुज के लिए इसका अर्थ वामावर्त शीर्ष-क्रम है।

  3. परिमाप

    P=∑(xi+1−xi)2+(yi+1−yi)2=24.307995 mP = \sum \sqrt{(x_{i+1} - x_i)^2 + (y_{i+1} - y_i)^2} = 24.307995\,\text{m}
  4. केंद्रक

    Cx=∑(xi+xi+1)(xiyi+1−xi+1yi)6A±=3.888889,Cy=3.666667C_x = \frac{\sum (x_i + x_{i+1})(x_i y_{i+1} - x_{i+1} y_i)}{6A_\pm} = 3.888889,\quad C_y = 3.666667

    A± चिह्नयुक्त क्षेत्रफल है; इससे शीर्षों के दोनों क्रमों में केंद्रक सही मिलता है।

निर्देशांकों से बहुभुज का क्षेत्रफल: शूलेस सूत्र के बारे में

बहुभुज के कोनों को उसकी सीमा के क्रम में लिखें। शूलेस सूत्र क्षेत्रफल देता है: A = ½|Σ(xᵢyᵢ₊₁ − xᵢ₊₁yᵢ)|। अंतिम शीर्ष के बाद पहला शीर्ष लिया जाता है। योग का चिह्न चलने की दिशा बताता है; वामावर्त क्रम में यह धनात्मक है। इन्हीं पदों से केंद्रक मिलता है और सभी भुजाओं की लंबाइयों का योग परिमाप है।

पहले से दिए पाँच बिंदु (1, 6), (3, 1), (7, 2), (4, 4) और (8, 5), Wikipedia के शूलेस सूत्र वाले लेख का उदाहरण हैं। पदों का योग 33 है, इसलिए क्षेत्रफल 16.5 m² है। सर्वेक्षक साइट के नक्शे पर कोनों के निर्देशांकों से भूखंड का क्षेत्रफल निकालने के लिए इस विधि का उपयोग करते हैं। इसे सर्वेक्षक का क्षेत्रफल सूत्र भी कहते हैं।

सीमा स्वयं को नहीं काटनी चाहिए। 200 शीर्षों तक काटती भुजाओं पर चेतावनी मिलती है, क्योंकि एक-दूसरे पर चढ़े हिस्से रद्द हो सकते हैं या दो बार गिने जा सकते हैं। बड़ी सूची में यह जाँच नहीं होती। निर्देशांक समतल होने चाहिए; अक्षांश और देशांतर को पहले UTM जैसे प्रक्षेपित ग्रिड में बदलें।

क्रमबद्ध शीर्षों से बहुभुज का क्षेत्रफल

सीमा के चारों ओर घूमते क्रम में हर x, y जोड़ा लिखें। कैलकुलेटर लगातार बिंदुओं को जोड़ता है और अंतिम से पहले को अपने आप जोड़कर सीमा बंद करता है। पहला बिंदु अंत में दोहराना स्वीकार है और गिनती से हट जाता है। केवल कोनों का संग्रह पर्याप्त नहीं; क्रम ऐसा हो कि रेखाएँ इच्छित सीमा बनाएँ।

हर पंक्ति में एक जोड़ा या (0,0); (4,0); (4,3); (0,3) जैसे जोड़े दे सकते हैं। संख्याएँ या बिना अंदरूनी रिक्त स्थान के भिन्न उपयोग करें। कुल संख्याएँ विषम हों तो एक निर्देशांक गायब है और त्रुटि आएगी।

जाँचे हुए क्षेत्रफल और क्षेत्रकेंद्र

नीचे क्षेत्रफल वर्ग इकाई में और क्षेत्रकेंद्र उसी लंबाई इकाई के निर्देशांकों में है। L आकार दो बिना दोहराव वाले आयतों में बाँटकर जाँचा जा सकता है।

सीमा की आकृतिसीमा के क्रम में शीर्षक्षेत्रफलक्षेत्रकेंद्र
आयत(0,0), (4,0), (4,3), (0,3)12(2, 1.5)
समकोण त्रिभुज(0,0), (4,0), (0,3)6(4/3, 1)
L आकार की सीमा(0,0), (6,0), (6,2), (2,2), (2,5), (0,5)18(7/3, 11/6)
प्रारंभिक पाँच बिंदुओं की सीमा(1,6), (3,1), (7,2), (4,4), (8,5)16.5(35/9, 11/3)

शूलेस सूत्र और बंद करने वाला पद

हर किनारे का पद tᵢ = xᵢyᵢ₊₁−xᵢ₊₁yᵢ है। चिह्न सहित क्षेत्रफल Aₛ = Σtᵢ/2 और सामान्य क्षेत्रफल |Aₛ| है। अंतिम किनारा भी पहले शीर्ष पर लौटता है। 4 × 3 आयत के पद 0, 12, 12, 0 का योग 24 और क्षेत्रफल 12 है। परिमाप 14 और केंद्र (2, 1.5) है।

प्रारंभिक पाँच बिंदुओं (1,6), (3,1), (7,2), (4,4), (8,5) के पद −17, −1, 20, −12, 43 हैं। योग 33, क्षेत्रफल 16.5 है। अंतिम 43 छोड़ने पर गलत उत्तर मिलेगा। लंबी सूची में तालिका के शुरुआती दस पदों के अलावा सभी पंक्तियाँ या CSV भी देखें।

घड़ी की दिशा और क्षेत्रकेंद्र

सामान्य Cartesian अक्षों में धनात्मक चिह्न वामावर्त और ऋणात्मक दक्षिणावर्त क्रम है। क्रम उलटने पर चिह्न बदलता है, पर क्षेत्रफल, परिमाप और क्षेत्रकेंद्र वही रहते हैं। स्क्रीन पर y नीचे की ओर बढ़े तो दिखने वाली दिशा उलट सकती है।

क्षेत्रकेंद्र के लिए Cx = Σ(xᵢ+xᵢ₊₁)tᵢ/(6Aₛ) और Cy में इसी तरह y का योग है। हर शीर्ष का सामान्य औसत लेना सही नहीं। L आकार में 6×2 तथा 2×3 आयतों का कुल क्षेत्रफल 18 और क्षेत्रकेंद्र (7/3, 11/6) है। अवतल आकृति का क्षेत्रकेंद्र सीमा के बाहर भी हो सकता है।

इकाई का नाम बदलना रूपांतरण नहीं है

निर्देशांक की इकाई चुनने से संख्याओं का अर्थ बताया जाता है, वे बदली नहीं जातीं। 4 × 3 को m में देने पर 12 m², ft में देने पर 12 ft² मिलेगा। उसी वास्तविक आकृति को दूसरी इकाई में बताने के लिए पहले सभी निर्देशांक बदलें। अक्षांश और देशांतर को समतलीय लंबाइयाँ न मानें; उपयुक्त प्रक्षेपण चाहिए।

पार होते किनारे, छेद और आकार की सीमा

3 से 1,000 शीर्ष समर्थित हैं। शून्य शूलेस योग अस्वीकार होता है; यह संरेखीय बिंदुओं या आपस में कटती सीमा के भागों के रद्द होने से आ सकता है। 200 शीर्ष तक गैर-पड़ोसी किनारों का पार होना या छूना जाँचा जाता है। 200 से ऊपर जाँच छूटने की चेतावनी आती है। चेतावनी न दिखना बड़ी सीमा के सरल होने का प्रमाण नहीं।

स्वयं को काटती आकृति का गैरशून्य परिणाम भी बीजगणितीय शुद्ध क्षेत्रफल है, जरूरी नहीं कि इच्छित भूखंड का क्षेत्रफल हो। एक बाहरी सीमा समर्थित है; छेदों की अलग सीमाएँ एक सूची में न मिलाएँ। बाहरी क्षेत्रफल से छेद अलग घटाएँ। माप में छोटी त्रुटियाँ, खासकर लगभग रद्द होते पदों में, बड़ा फर्क दे सकती हैं। सामान्य आकृति के लिए क्षेत्रफल कैलकुलेटर, दो कोनों की दूरी के लिए निर्देशांक ज्यामिति देखें।

हल किए गए उदाहरण

Wikipedia का पंचभुज

क्रम में शीर्ष (हर पंक्ति में x, y)
1, 6 3, 1 7, 2 4, 4 8, 5
निर्देशांकों की इकाई
मीटर (m)
क्षेत्रफल
16.5 m²
शीर्षों की संख्या
5
शीर्षों का क्रम
वामावर्त
परिमाप
24.307995 m
केंद्रक x
3.88888889 m
केंद्रक y
3.66666667 m

जाँच का स्रोत: उदाहरण की जाँच: Wikipedia के “Shoelace formula” उदाहरण से क्षेत्रफल 16.5

4 × 3 आयत

क्रम में शीर्ष (हर पंक्ति में x, y)
0, 0 4, 0 4, 3 0, 3
निर्देशांकों की इकाई
मीटर (m)
क्षेत्रफल
12 m²
परिमाप
14 m
केंद्रक x
2 m
केंद्रक y
1.5 m
शीर्षों का क्रम
वामावर्त

जाँच का स्रोत: उदाहरण की जाँच: 4 × 3 आयत; केंद्रक उसके केंद्र पर।

समकोण त्रिभुज: शीर्षों के औसत पर केंद्रक

क्रम में शीर्ष (हर पंक्ति में x, y)
(0, 0) (4, 0) (0, 3)
निर्देशांकों की इकाई
मीटर (m)
क्षेत्रफल
6 m²
परिमाप
12 m
केंद्रक x
1.33333333 m
केंद्रक y
1 m

जाँच का स्रोत: उदाहरण की जाँच: ½ × 4 × 3; 3-4-5 परिमाप; त्रिभुज का केंद्रक शीर्षों का औसत (4/3, 1) है।

दक्षिणावर्त वर्ग (विशेष स्थिति: ऋणात्मक चिह्नयुक्त क्षेत्रफल)

क्रम में शीर्ष (हर पंक्ति में x, y)
0 0; 0 2; 2 2; 2 0
निर्देशांकों की इकाई
मीटर (m)
क्षेत्रफल
4 m²
चिह्नयुक्त क्षेत्रफल
-4 m²
शीर्षों का क्रम
दक्षिणावर्त

जाँच का स्रोत: उदाहरण की जाँच: दक्षिणावर्त क्रम के लिए शूलेस योग −2 × क्षेत्रफल है।

सवाल

शूलेस सूत्र कैसे काम करता है?

हर x को अगले शीर्ष के y से गुणा करें और उसमें से अगले x तथा इस y का गुणनफल घटाएँ। पूरे चक्कर के पद जोड़कर योग के निरपेक्ष मान को 2 से भाग दें। (0, 0), (4, 0), (4, 3), (0, 3) के पद 0, 12, 12 और 0 हैं, इसलिए क्षेत्रफल 24/2 = 12 है। दो स्तंभों में निर्देशांक लिखने पर गुणन की रेखाएँ जूते के फीते जैसी दिखती हैं, इसलिए यह नाम पड़ा।

क्या बिंदुओं का क्रम मायने रखता है?

हाँ। बिंदु सीमा के साथ दक्षिणावर्त या वामावर्त क्रम में होने चाहिए, बीच से छलाँग लगाते हुए नहीं। दिशा बदलने से केवल चिह्न बदलता है: वामावर्त में धनात्मक और दक्षिणावर्त में ऋणात्मक योग। क्षेत्रफल उसका निरपेक्ष मान है। 2 × 2 वर्ग के कोनों को (0, 0), (2, 2), (2, 0), (0, 2) क्रम में लेने पर सीमा खुद को काटती है; शूलेस क्षेत्रफल 4 के बजाय 0 आता है।

अनियमित भूखंड के कोनों से उसका क्षेत्रफल कैसे निकालें?

हर कोने के निर्देशांक समतल ग्रिड पर लें, जैसे साइट के नक्शे में मीटर में पूर्व और उत्तर की दूरियाँ। उन्हें सीमा के क्रम में लिखकर शूलेस सूत्र लगाएँ। फुट में (0, 0), (6, 0), (6, 2), (2, 2), (2, 5) और (0, 5) कोनों वाला L-आकार का भूखंड 18 ft² है। अक्षांश और देशांतर का पहले प्रक्षेपण करें, क्योंकि देशांतर की एक डिग्री की दूरी ध्रुवों की ओर घटती है।

बहुभुज का केंद्रक कैसे निकालें?

हर शूलेस पद को उससे जुड़े दोनों x निर्देशांकों के योग से गुणा करें: Cx = Σ(xᵢ + xᵢ₊₁)(xᵢyᵢ₊₁ − xᵢ₊₁yᵢ)/(6A), जहाँ A चिह्नयुक्त क्षेत्रफल है। Cy भी इसी तरह मिलता है। त्रिभुज के लिए यह तीनों शीर्षों का औसत है। ऊपर दिए L-आकार के भूखंड के लिए केंद्रक (7/3, 11/6) ≈ (2.333, 1.833) है। अवतल आकृति का केंद्रक उसके बाहर भी हो सकता है।

इस कैलकुलेटर के बारे में

A=12∑i=1n(xiyi+1−xi+1yi)Cx=16A∑(xi+xi+1)(xiyi+1−xi+1yi)\begin{gathered} A = \frac{1}{2}\sum_{i=1}^{n}(x_i y_{i+1} - x_{i+1} y_i) \\[6pt] C_x = \frac{1}{6A}\sum (x_i + x_{i+1})(x_i y_{i+1} - x_{i+1} y_i) \end{gathered}

स्रोत

  1. Wikipedia, “Shoelace formula” — worked example with vertices (1, 6), (3, 1), (7, 2), (4, 4), (8, 5)
  2. Bourke, P. (1988) “Calculating the area and centroid of a polygon”

संदर्भों से जाँच की गई

इस कैलकुलेटर में स्वतंत्र स्रोतों के उत्तरों वाले 7 हल किए गए उदाहरण शामिल हैं। ये परीक्षण समूह में चलते हैं और आप इन्हें यहाँ भी चला सकते हैं।

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