একটি দেশলাইয়ের বাক্স একটু চেপে হেলিয়ে দাও — তিনটি কিনারা (edge) এক কোণ থেকে তিন দিকে গেছে। নিচে ঠিক এমন একটি হেলানো বাক্স, তিনটি তীর A, B, C দিয়ে গড়া। A আর B মেঝেতে শুয়ে আছে। সবুজ C-এর মাথা টেনে মেঝের দিকে নামাও:
C মেঝেতে নামতেই বাক্সটি চ্যাপ্টা পাত হয়ে গেল, আয়তন 0। তখন তিনটি তীরই একই সমতলে। কিন্তু সংখ্যাগুলো দেওয়া থাকলে — যেমন 2i^+4j^+2k^, 3i^+3j^+4k^, i^+2j^+k^ — ছবি না এঁকে কি বলা যায় তিনটি তীর একই সমতলে কি না? একটি হিসাবেই বলা যায়: ত্রৈধ গুণন।
এই পাঠে ধাপে ধাপে এগোব:
আগে যা লাগবে: ডট গুণন (dot product) আর ক্রস গুণন (cross product)
স্কেলার ত্রৈধ গুণন (scalar triple product) = বাক্সের আয়তন (volume)
নির্ণায়ক (determinant) দিয়ে হিসাব, আর চক্রীয় ক্রম (cyclic order)
এবার নিজে করে দেখো — সমান্তরাল ষড়তলক ল্যাব (parallelepiped lab)
ধাপ ১: আগে যা লাগবে — দুই রকম গুণন
আগের দুটি পাঠ থেকে দুটি কথা মনে রাখো:
ডট গুণন (dot product) একটি স্কেলার দেয়: A⋅B=ABcosθ=AxBx+AyBy+AzBz। একক ভেক্টর n^ হলে A⋅n^ মানে n^-এর দিকে A-এর অভিক্ষেপ (projection) — A ওই দিকে কতটা এগিয়েছে।
ক্রস গুণন (cross product) একটি ভেক্টর দেয়: B×C দুটির তলের লম্ব (normal) বরাবর (ডান হাতি স্ক্রু নিয়মে, right-hand screw rule), আর এর মান ∣B×C∣=BCsinθ হলো B, C দিয়ে আঁকা সামান্তরিকের ক্ষেত্রফল (area of parallelogram)।
B×C=i^BxCxj^ByCyk^BzCz
তিনটি ভেক্টর গুণ করতে হলে দুইভাবে মেলানো যায়: আগে ক্রস তারপর ডট — A⋅(B×C), ফল একটি স্কেলার; অথবা দুবার ক্রস — A×(B×C), ফল একটি ভেক্টর। প্রথমটি স্কেলার ত্রৈধ গুণন, দ্বিতীয়টি ভেক্টর ত্রৈধ গুণন।
নিজে যাচাই করো
(A × B)·C আর A × (B·C) — কোনটির অর্থ আছে?
ধাপ ২: A·(B × C) মানে বাক্সের আয়তন
যেকোনো প্রিজমের (prism) মতো, হেলানো বাক্সেরও আয়তন = ভূমির ক্ষেত্রফল × লম্ব উচ্চতা। এখন দেখো ত্রৈধ গুণনে দুটোই আছে:
B আর C দিয়ে ভূমি (base)। এর ক্ষেত্রফল ∣B×C∣, আর লম্বের দিক n^=∣B×C∣B×C।
লম্ব উচ্চতা (perpendicular height) হলো n^-এর দিকে A-এর অংশ: h=A⋅n^=Acosα, যেখানে α হলো A আর n^-এর মধ্যের কোণ।
তাই
A⋅(B×C)=∣B×C∣(A⋅n^)=(base area)×h=V
নিচে A-কে ওপরে তোলো, তারপর তার মাথা পাশে সরাও। হলুদ ভূমি, গোলাপি লম্ব n^ আর হলুদ ড্যাশ দাগ (উচ্চতা) লক্ষ করো:
আয়তন = ভূমি × উচ্চতা = 12.0 × 2.5 = 30.0 · A·(B × C) = 30.0
শীর্ষ পাশে সরালে A বদলায়, কিন্তু উচ্চতা আর আয়তন একই থাকে — শুধু লম্ব বরাবর A-এর অংশটুকুই গোনে।
পাশে সরালে A বদলায়, কিন্তু আয়তন বদলায় না — কারণ শুধু লম্ব বরাবর অংশটুকুই উচ্চতা। এক তাড়া কাগজ হেলিয়ে দিলেও কাগজের পরিমাণ একই থাকে, ঠিক তেমন।
চিহ্ন (sign):A যদি n^-এর উল্টো দিকে থাকে (α>90°), তবে A⋅n^ ঋণাত্মক, তাই ত্রৈধ গুণফলও ঋণাত্মক। আয়তন কখনো ঋণাত্মক নয়, তাই সঠিক সূত্র
V=∣A⋅(B×C)∣
ধনাত্মক হলে A,B,Cডান-হাতি ক্রমে (right-handed order) আছে, ঋণাত্মক হলে বাম-হাতি (left-handed)। সবচেয়ে সহজ উদাহরণ একক ঘনক (unit cube): i^⋅(j^×k^)=i^⋅i^=1, আয়তন 1।
একই তিনটি তীর দিয়ে একটি চতুস্তলকও (tetrahedron) হয়; তার আয়তন বাক্সের ছয় ভাগের এক ভাগ: 61∣A⋅(B×C)∣।
নিজে যাচাই করো
তিনটি ভেক্টরের ত্রৈধ গুণফল A·(B × C) = −24 পাওয়া গেল। এদের দিয়ে গড়া সমান্তরাল ষড়তলকের আয়তন কত?
ধাপ ৩: নির্ণায়ক দিয়ে হিসাব, আর চক্রীয় ক্রম
B×C-এর নির্ণায়কে প্রথম সারির i^,j^,k^-এর জায়গায় Ax,Ay,Az বসালেই ডট গুণনও হয়ে যায়। তাই
তাই তিনটি ভেক্টর সমতলীয়। শুরুর প্রশ্নের উত্তর এটাই!
কিছু দরকারি বিশেষ ক্ষেত্র:
দুটি ভেক্টর সমান বা সমান্তরাল হলে ত্রৈধ গুণফল সবসময় 0: A⋅(A×B)=0, কারণ A×B নিজেই A-এর লম্ব।
কোনো একটি ভেক্টর বাকি দুটির মিশ্রণ (linear combination) হলে, যেমন C=pA+qB, তবে তিনটি সমতলীয়। তাই OP, OQ আর PQ=OQ−OP সবসময় সমতলীয়।
চারটি বিন্দুP,Q,R,S একই তলে কি না দেখতে একটি বিন্দু থেকে তিনটি তীর আঁকো: PQ⋅(PR×PS)=0 হলে একই তলে। তিনটি বিন্দুর অবস্থান ভেক্টর (position vectors) সমতলীয় কি না জিজ্ঞেস করলে আসলে মূলবিন্দু O-সহ চারটি বিন্দুর কথাই বলা হচ্ছে।
নিজে যাচাই করো
A = î + 2ĵ + 3k̂, B = 2î + 4ĵ + 6k̂, C = 5î − ĵ + 7k̂। A·(B × C) কত?
ধাপ ৫: ভেক্টর ত্রৈধ গুণন — BAC − CAB
A×(B×C) একটি ভেক্টর। B×C তো B–C তলের লম্ব; আবার তার সাথে ক্রস গুণ করলে ফল সেই লম্বের ওপর লম্ব — অর্থাৎ আবার B–C তলেই ফিরে আসে। তাই ফলটিকে B আর C দিয়ে লেখা যায়:
A×(B×C)=B(A⋅C)−C(A⋅B)
মনে রাখার কৌশল: “BAC − CAB” — ডান দিকে আগে B, শেষে C। উপাংশ ধরে দুই দিক খুলে মেলালে প্রমাণ হয়ে যায়।
উদাহরণ:A=i^+j^, B=j^+k^, C=i^+k^। এখানে A⋅C=1, A⋅B=1, তাই
A×(B×C)=B(1)−C(1)=−i^+j^
সরাসরি হিসাবেও একই: B×C=i^+j^−k^, আর A×(i^+j^−k^)=−i^+j^।
সাবধান — ক্রস গুণন সংযোজন বিধি (associative law) মানে না। একই ভেক্টরে (A×B)×C=−i^+k^, যা A×(B×C) থেকে আলাদা। তাই বন্ধনী কখনো বাদ দেবে না।
জ্যাকোবি অভেদ (Jacobi identity), বইয়ের উদাহরণ 1: BAC − CAB তিনবার লিখে যোগ করলে সব পদ কেটে যায়:
A×(B×C)+B×(C×A)+C×(A×B)=0
নিজে যাচাই করো
A × (B × C) ভেক্টরটি কোন তলে থাকে?
ধাপ ৬: এবার নিজে করে দেখো
নিচের ল্যাবে তিনটি ভেক্টর নিজে বসাও:
প্রতিটি সারিতে i^, j^, k^-এর সহগ (coefficient) টাইপ করো; বাক্সটি সাথে সাথে 3D-তে বদলাবে। এক আঙুলে টেনে ঘোরাও।
নিচের ঘরগুলোতে তিনটি চক্রীয় রূপ (cyclic forms), আয়তন, সমতলীয় কি না, আর ক্রম (ডান-হাতি না বাম-হাতি) দেখাবে।
ভূমি ও লম্ব চালু করলে B–C ভূমি, লম্ব n^ আর A-এর উচ্চতা দেখা যাবে। BAC − CAB যাচাই দুই দিক পাশাপাশি হিসাব করে।
ফোন দুর্বল হলে বা 3D না চললে সমতলে দেখাও (flat view) চাপো।
চ্যালেঞ্জগুলো শেষ করো, আর খাতায় লেখো চেপে পর্যবেক্ষণ খাতায় রাখো।
এক আঙুলে টেনে ঘোরাও, দুই আঙুলে চিমটি কেটে ছোট-বড় করো।
A
B
C
A·(B × C)27.00
B·(C × A)27.00
C·(A × B)27.00
আয়তন (volume) |A·(B × C)|27.00
সমতলীয়? (coplanar)না
ক্রম (order)ডান-হাতি (right-handed)
চ্যালেঞ্জ (challenges)
0/6
A = 2î + 4ĵ + 2k̂, B = 3î + 3ĵ + 4k̂, C = î + 2ĵ + k̂ টাইপ করো (ঢা.বো. 2021)। এরা কি সমতলীয়?
“JU 2021-22” বোতাম চাপো: A = 3î + ĵ − 2k̂, B = î − 3ĵ + 4k̂, C = 2î + 3ĵ − k̂। ত্রৈধ গুণফল কত?
“λ খোঁজো” চাপো (C = î + 2ĵ + λk̂, শুরুতে λ = 0)। শুধু C-এর z বদলে এমন λ বের করো যাতে তিনটি সমতলীয় হয়।
সমতলীয় নয় এমন তিনটি ভেক্টর নিয়ে “A ⇄ B” বা “B ⇄ C” চাপো। আয়তন আর চিহ্নের কী হলো?
“BAC − CAB যাচাই” চালু করো আর এমন ভেক্টর দাও যাতে A × (B × C) শূন্য নয়। দুই দিক কি মেলে?
X(3, 2, 1) আর Y(−2, 1, 4): A = OX, B = OY, আর C = XY (= OY − OX) বসাও। এরা সমতলীয়?
পর্যবেক্ষণ খাতা (observation notebook)
এখনো কিছু লেখা হয়নি। ভেক্টর বসিয়ে “খাতায় লেখো” চাপো।
বই পড়ার সময় সাবধান — পাঠ্যবইয়ের এই অংশে কিছু ভুল আর বিভ্রান্তিকর কথা আছে:
আয়তনের চিহ্ন (পৃ. 105): আয়তন =A⋅(B×C) লেখা আছে। ক্রম বাম-হাতি হলে এটি ঋণাত্মক হয়, তাই সঠিক সূত্র আয়তন =∣A⋅(B×C)∣। একই পাতায় “vector triple vector” আসলে vector triple product-এর ছাপার ভুল।
হিসাব কর, JU 2021-22 (পৃ. 105): শুধু ইঙ্গিত ছাপা, উত্তর নেই। উত্তর: নির্ণায়ক =−36=0, তাই ভেক্টর তিনটি সমতলীয় নয় (আয়তন 36)।
সমাধানকৃত সৃজনশীল প্রশ্ন 17(খ), কু.বো. 2016 (পৃ. 128): D=B×C বের করে লেখা — “যেহেতু D এবং A পরস্পর লম্ব সুতরাং তারা অবশ্যই একই সমতলে অবস্থিত।” এ যুক্তি কিছুই প্রমাণ করে না — যেকোনো দুটি ভেক্টর তো একটি তলে থাকেই। সঠিক যুক্তি: A⋅(B×C)=0, তাই AB–C তলের লম্বের ওপর লম্ব, অর্থাৎ A সেই তলেই আছে। (সংখ্যাগুলো — D=−i^−5j^−3k^, D⋅A=0 — ঠিক আছে।)
সৃজনশীল প্রশ্ন 11(ক) (পৃ. 123): “সামান্তরিকের ক্ষেত্রফল =B×A” — ক্ষেত্রফল একটি সংখ্যা, তাই ∣B×A∣=140=11.83 বর্গ একক।
সৃজনশীল প্রশ্ন 23(ক), য.বো. 2021 (পৃ. 133): সূত্রে cosθ=∣OP∣∣PQ∣OP⋅PQ ছাপা, কিন্তু হিসাব করা হয়েছে OQ দিয়ে। কোণ θ হলো OP আর OQ-এর মধ্যে, তাই সূত্রে OQ হবে: cosθ=4/21, θ=79.02°।
ঘরে বসে পরীক্ষা: তিন পেন্সিলের বাক্স
তোমার লাগবে: তিনটি পেন্সিল, এক দলা মাটি বা প্লাস্টিসিন (না থাকলে আটার দলা), একটি বই।
মাটির দলায় তিনটি পেন্সিলের গোড়া এক বিন্দুতে গেঁথে দাও — এরা তোমার A, B, C।
দলাটি টেবিলে রাখো। দুটি পেন্সিল টেবিলের সমান্তরাল করে ছড়াও, তৃতীয়টি খাড়া রাখো। মনে মনে বাক্সটি কল্পনা করো — এটিই সবচেয়ে বড় আয়তনের অবস্থান (তৃতীয়টি তলের লম্ব)।
এবার তৃতীয় পেন্সিলটি আস্তে আস্তে নোয়াও, যতক্ষণ না সেটিও টেবিলের সমান্তরাল হয়। একটি বই ওপরে আলতো করে রাখো — তিনটি পেন্সিলই বইয়ের নিচে একই তলে চাপা পড়লে তারা সমতলীয়, “বাক্স” চ্যাপ্টা।
ডান হাতের তর্জনী A, মধ্যমা B বরাবর রেখে দেখো বুড়ো আঙুল কোন দিকে — তৃতীয় পেন্সিল সেই পাশে থাকলে ক্রমটি ডান-হাতি (ত্রৈধ গুণফল ধনাত্মক)।
নিরাপত্তা: পেন্সিলের ধারালো মাথা চোখ থেকে দূরে রাখো; মাটি খাওয়া চলবে না, কাজ শেষে হাত ধুয়ে নাও।
পরীক্ষার প্রস্তুতি
১.A⋅(B×C)-এর জ্যামিতিক অর্থ ব্যাখ্যা করো। একে ঋণাত্মক পেলে কী বুঝবে?
উত্তর দেখো
B×C-এর মান B, C দিয়ে গড়া সামান্তরিকের ক্ষেত্রফল, দিক তার লম্ব n^। A⋅(B×C)=∣B×C∣(A⋅n^) = ভূমির ক্ষেত্রফল × লম্ব উচ্চতা — অর্থাৎ A,B,C যে সমান্তরাল ষড়তলকের তিনটি সন্নিহিত বাহু, তার আয়তন। ঋণাত্মক হলে আয়তন একই (∣…∣), শুধু ক্রমটি বাম-হাতি — A লম্ব B×C-এর উল্টো পাশে।
২. (ঢা.বো. 2021) A=2i^+4j^+2k^, B=3i^+3j^+4k^, C=i^+2j^+k^। (ক) B, A দিয়ে গঠিত সামান্তরিকের ক্ষেত্রফল কত? (খ) ভেক্টর তিনটি সমতলীয় কি না যাচাই করো।
উত্তর দেখো
(ক) B×A=i^(6−16)−j^(6−8)+k^(12−6)=−10i^+2j^+6k^। ক্ষেত্রফল =∣B×A∣=100+4+36=140=11.83 বর্গ একক।
(খ) B×C=−5i^+j^+3k^; A⋅(B×C)=−10+4+6=0। ত্রৈধ গুণফল শূন্য, তাই A লম্ব B×C-এর ওপর লম্ব, অর্থাৎ B–C তলেই আছে — ভেক্টর তিনটি সমতলীয়।
৩. (JU 2021-22) A=3i^+j^−2k^, B=i^−3j^+4k^, C=2i^+3j^−k^ কি সমতলীয়? এরা যে সমান্তরাল ষড়তলক গড়ে তার আয়তন কত?
উত্তর দেখো3121−33−24−1=3(3−12)−1(−1−8)+(−2)(3+6)=−27+9−18=−36
−36=0, তাই সমতলীয় নয়। আয়তন =∣−36∣=36 ঘন একক।
৪. (অভিন্ন বোর্ড 2018) তিনটি বিন্দু A, B, C-এর স্থানাঙ্ক (2,1,−1), (3,−2,4), (9,−3,6); সুষম বেগে চলা একটি বস্তু B থেকে C-তে যেতে 2 s নিল (SI একক)। (ক) BC পথে বেগ কত? (খ) বিন্দুগুলোর অবস্থান ভেক্টর তিনটি একই সমতলে কি না যুক্তি দাও।
উত্তর দেখো
(ক) BC=(9−3)i^+(−3+2)j^+(6−4)k^=6i^−j^+2k^, ∣BC∣=41=6.40 m। বেগের মান =6.40/2=3.20m s−1, দিক BC বরাবর (v=3i^−0.5j^+k^m s−1)।
(খ) rB×rC=i^(−12+12)−j^(18−36)+k^(−9+18)=18j^+9k^। rA⋅(rB×rC)=0+18−9=9=0। তাই অবস্থান ভেক্টর তিনটি একই সমতলে নেই — O, A, B, C চারটি বিন্দু এক তলে নয়; এরা 9 ঘন একক আয়তনের বাক্স গড়ে।
৫.A=2i^+4j^+2k^, B=3i^+3j^+4k^, C=i^+2j^+λk^। λ-এর কোন মানে ভেক্টর তিনটি সমতলীয় হবে?
উত্তর দেখো23143224λ=2(3λ−8)−4(3λ−4)+2(6−3)=−6λ+6