Bruchrechnung
Abschnittsübersicht
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Chapter 1 Studifinder - 1.2 Rechnen mit rationalen Zahlen - Bruchrechnung Inhalte mit Erklärungen
Datum Sep 28, 2026orca_rationalezahlen_brueche_Bruchrechnung21bereich_3 Wir gehen von einem Zahlenstrahl ausWir können z.B. alle Abschnitte (der Länge ) zwischen zwei ganzen Zahlen in gleichgroße Teile einteilen.
Bild 4Die Punkte rechts von bezeichnet man mit ( kann man auch als Ergebnis der Division sehen).
Bild 5
Die unendliche Menge dieser Punkte lässt sich darstellen als . Dies kann man nicht nur für die Zahl , sondern für jede mögliche natürliche Zahl machen. Zum Beispiel . Die beiden Mengen haben viele gemeinsame Punkte, z.B. oder . Jeweils stellen beide Brüche dieselbe ganze Zahl dar. Wenn die Mengen aller Punkte, die durch Halbieren, Dritteln, Vierteln usw. entstehen, miteinander vereinigt werden, entsteht die Menge aller nicht negativen rationalen Zahlen - das mathematische Symbol dafür ist . Dabei ist zu beachten, dass z.B.
Diese Brüche stellen alle dieselbe rationale Zahl dar (und damit denselben Punkt auf dem Zahlenstrahl). In der Menge kommt dieselbe rationale Zahl nur einmal vor (obwohl es unendlich viele verschiedene Schreibweisen für jede dieser Zahlen gibt). enthält auch die natürlichen Zahlen und die Null: . Man erhält die Menge aller rationalen Zahlen , wenn zu jeder positiven Zahl noch die Gegenzahl hinzugenommen wird.Manchmal wird auch die folgende Mengendarstellung für angegeben: . Dabei sollte beachtet werden, dass Mengen jedes Element nur genau einmal enthalten, also kein Element mehrfach in einer Menge enthalten ist. Wenn nacheinander mögliche Zahlen und „durchlaufen“ würden, würden zunächst z.B. die Zahlen und „erzeugt“, welche aber nur als die eine rationale Zahl in vorkommt. Um auch die negativen Bruchzahlen zu berücksichtigen, wird manchmal die Mengendarstellung verwendet. Das ist dann richtig, wenn wieder als ein einziges Element zählt und auch beachtet wird, dass z.B. für dieselbe rationale Zahl steht.
Bild 6
Definition 1definition_1
Eine Zahldarstellung der Form mit und nennt man einen Bruch. Dabei heißt die Zahl Zähler des Bruches und die Zahl heißt Nenner des Bruches.
Info 1info_1
Bruchdarstellungen sind nicht eindeutig, z.B. ist
Ferner ist auch
Bemerkung: In der Schule sagt man auch, die beiden Brüche und „haben denselben Wert“ oder stellen dieselbe Bruchzahl dar.
Info 2info_2
Eine rationale Zahl kann als Bruch dargestellt werden. Die Menge der rationalen Zahlen kann geschrieben werden als .
Erweitern und KürzenWir haben schon zuvor festgestellt, dass es mehrere Brüche gibt, welche dieselbe Position auf der Zahlengeraden einnehmen. Anhand des folgenden Applets können Sie sich dies für den Bruch verdeutlichen. Steuern Sie dazu den Schieberegler, um den Bruch mit einer Zahl zwischen und zu erweitern und daneben die geometrische Interpretation zu sehen.
Regel 1: Erweitern von Brüchen regel_1
Beim Erweitern von Brüchen werden der Zähler und der Nenner mit der gleichen natürlichen Zahl größer als multipliziert. Erweitern ändert den Wert einer Bruchzahl nicht. Seien und . Dann gilt:
Beide Brüche stellen dieselbe rationale Zahl dar.
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Beispiel 1beispiel_1
So werden Brüche erweitert:
Aufgabe 1aufgabe_1
Wir betrachten z.B. die folgende Kürzung . Kürzen kann durch Erweitern rückgängig gemacht werden. . Dass Kürzen den Wert einer Bruchzahl nicht ändert, folgt daraus, dass Erweitern den Wert einer Bruchzahl nicht ändert.
Regel 2: Kürzen von Brüchen regel_2
Kürzen ist die umgekehrte Operation zum Erweitern. Dabei werden der Zähler und der Nenner durch die gleiche natürliche Zahl größer dividiert. Auch Kürzen ändert den Wert einer Bruchzahl nicht. Seien und so, dass sowohl ein Teiler von als auch ein Teiler von ist. Dann gilt:
Beispiel 2beispiel_2
So werden Brüche gekürzt:
Aufgabe 2aufgabe_2
Info 3: Hauptnennerinfo_3
Der Hauptnenner zweier Brüche ist der kleinstmögliche gemeinsame Nenner, auf welchen beide Brüche erweitert werden können.Beispiel 3beispiel_3Addition und Subtraktion von Brüchen Die Addition zweier Brüche kann anschaulich mit Strecken verdeutlicht werden.
Der Hauptnenner von- und ist 24, denn .
- und ist 15, denn und .
- und ist 24, denn und .
Beispiel 4beispiel_4
Sei und . Dann kann die Addition folgendermaßen graphisch veranschaulicht werden:Man kann ablesen, dass gilt:
Bild 7Gleiches gilt für die Subtraktion. Man kann daher folgende Regel formulieren:
Aufgabe 3aufgabe_3
Stellen Sie mithilfe des obigen Beispiels eine allgemeine Regel auf, wie Brüche mit gleichem Nenner (sogenannte gleichnamige Brüche) addiert werden. Für alle Zahlen und gilt:(m_1+m_2)/n
Kontrolle
Lösung anzeigen[Ausblenden]
Wie man an der oben gezeigten Graphik erkennen kann, werden in diesem Beispiel bei der Addition gleichnamiger Brüche die Zähler addiert und der Nenner beibehalten. Man legt allgemein fest
für alle Zahlen und Auf diese Weise entspricht die rechnerische Addition der geometrischen Addition der zugehörigen Strecken.
[Ausblenden]Tiefergehende Begründung der Regel
Regel 3 regel_3
Gleichnamige Brüche addiert beziehungsweise subtrahiert man, indem man die Zähler addiert beziehungsweise subtrahiert. Es gilt also für alle Zahlen und :
[Ausblenden]Doch wie addiert man Brüche mit verschiedenen Nennern? Betrachten wir wieder eine graphische Veranschaulichung durch Strecken:
Betrachten wir und , dann ist .
Für und gibt es aber auch andere Darstellungen, z.B.
Nach der Additionsregel gilt
Das letzte Gleichheitszeichen gilt, weil dort durch gekürzt werden kann.
Man kann auch formal zeigen: Es kommt bei der Addition immer dieselbe Zahl heraus, egal welche Bruchdarstellung man für und wählt. Dieses Ergebnis ist nicht so überraschend, wenn die geometrische Addition zweier Brüche betrachtet wird, da diese auch ein eindeutiges Ergebnis liefert.
[Ausblenden]Brüche mit unterschiedlichem Nenner addiert beziehungsweise subtrahiert man also, indem man sie auf den gleichen Nenner bringt und dann wie bei gleichnamigen Brüchen weiterrechnet. Auf den gleichen Nenner bringt man Brüche, indem man sie kürzt oder erweitert. Am zuverlässigsten funktioniert dies, indem man jeden der beiden Brüche mit dem Nenner des anderen Bruches erweitert. So wurde in obigem Beispiel der Bruch mit der Zahl erweitert, also mit dem Nenner des Bruches , und der Bruch wurde mit der Zahl erweitert, also mit dem Nenner des Bruches , sodass beide Brüche den gemeinsamen Nenner erhielten. Um zwei Brüche mit verschiedenen Nennern rechnerisch zu addieren beziehungsweise zu subtrahieren, bringt man sie durch Erweitern oder Kürzen auf einen gemeinsamen Nenner. Danach addiert beziehungsweise subtrahiert man die Zähler.
Beispiel 5beispiel_5
Seien und . Man kann das Ergebnis der Addition nun geometrisch darstellen, aber auch rechnerisch durchführen, indem beide Brüche auf den gemeinsamen Nenner erweitert werden:Man rechnet also:
Bild 8
Bemerkung
Regel 4: Addition und Subtraktion von beliebigen Brüchen regel_4
Es gilt für alle Zahlen und :
[Ausblenden]Häufig ist es auch möglich, einen gemeinsamen Nenner (meist das kleinste gemeinsame Vielfache der Nenner) zu finden, der kleiner ist als das Produkt der beiden ursprünglichen Nenner. Dies reduziert den Rechenaufwand.
- Auch hier kann formal gezeigt werden, dass das Additionsergebnis von zwei rationalen Zahlen nicht von der gewählten Bruchdarstellung der Zahlen abhängig ist.
- Die etwas kompliziert scheinende Formel ergibt sich daraus, dass die rechnerische Bruchaddition der geometrischen Addition entsprechen soll. Das würde von der Formel nicht geleistet.
[Ausblenden]
Beispiel 6beispiel_6
Beispiel 7beispiel_7
Multiplikation von Brüchen
Aufgabe 4aufgabe_4
Addieren Sie und und kürzen Sie das Ergebnis so weit wie möglich.1/2
Kontrolle
Lösung anzeigen[Ausblenden]
In diesem Fall kann man beide Brüche zunächst kürzen und erhält dadurch schon einen gemeinsamen Nenner:
und somit gilt:
[Ausblenden]Subtrahieren Sie von und kürzen Sie das Ergebnis so weit wie möglich.2/5
Kontrolle
Lösung anzeigen[Ausblenden]
In diesem Fall ist es am geschicktesten, den Bruch auf den Nenner zu erweitern, um die beiden Brüche subtrahieren zu können:
und somit gilt:
[Ausblenden]Tiefergehende Begründung der Regel
Regel 5: Multiplikation eines Bruches mit einer ganzen Zahl regel_5
Für die Multiplikation eines Bruches , und , mit einer ganzen Zahl gilt:
[Ausblenden]
Seien beispielsweise und . Wird nun die Multiplikation mit als wiederholte Addition interpretiert, so gilt:
Der Bruch wird so also mal addiert. Das Prinzip funktioniert bei der Multiplikation eines Bruches mit einer anderen natürlichen Zahl auf dieselbe Weise. Mit einer beliebig, aber fest gewählten natürlichen Zahl gilt also: $$ \frac{2}{3} \cdot n = \underbrace{\frac{2}{3} + \ldots + \frac{2}{3}}_{\text{n-mal}} = \frac{\overbrace{2+ \ldots + 2}^{\text{n-mal}}}{3} = \frac{n\cdot 2}{3}$$ Dieses Prinzip können wir ebenso für einen allgemeinen Bruch mit und anwenden: $$ \frac{p}{q} \cdot n = \underbrace{\frac{p}{q} + \ldots + \frac{p}{q}}_{\text{n-mal}} = \frac{\overbrace{p+ \ldots + p}^{\text{n-mal}}}{q} = \frac{n\cdot p}{q}$$ Die Regel lässt sich somit aus der Regel für die Bruchaddition ableiten. Auch für diese Regel kann formal bewiesen werden, dass das Ergebnis der Rechnung bei verschiedenen Darstellungen derselben Bruchzahl immer zu demselben Ergebnis führt.
[Ausblenden]Beispiel 8beispiel_8
Betrachten wir das Beispiel . Geometrisch erhalten wir das Ergebnis der Division, indem wir in gleiche Teile einteilen - das ergibt - und dann 3 davon nehmen, d.h. . Die Rechenregel liefert unabhängig von der gewählten Bruchdarstellung einer Zahl, sogar für negative Nenner und Zähler, immer dasselbe Ergebnis. Dies kann auch formal gezeigt werden.
Regel 6: Division eines Bruches durch eine ganze Zahl regel_6
Für die Division eines Bruches mit und durch die ganze Zahl gilt:
Beispiel 9beispiel_9
Da die in Zähler und Nenner steht, konnten wir schon während der Rechnung mit kürzen und so die Rechnung ein wenig vereinfachen.Unter der Multiplikation eines Bruches , und , mit einem Bruch , und , will man die kombinierte Operation bzw. verstehen. Nach den bisherigen Regel ist das Ergebnis bei beiden Operationsfolgen dann
denn
und . Interpretation: Die Erklärung von der Multiplikation mit einem Bruch, z.B. , als Zusammensetzung der Operationen Dividieren, , und Multiplizieren, , entspricht auch der anschaulichen Vorstellung von als „ von“ einer Zahl oder Größe. Die Multiplikation mit Brüchen ist also eine Kombination der Multiplikation und Division von ganzen Zahlen, d.h. zum Beispiel, dass die Multiplikation auch zu einer Verkleinerung einer Zahl führen kann: , während die Multiplikation mit natürlichen Zahlen stets ein größeres Ergebnis liefert (Ausnahme ist die Zahl ).Tiefergehende Bemerkung
Regel 7: Multiplikation zweier Brüche regel_7
Seien und . So gilt für die Multiplikation der beiden Brüche und :
Es werden also Zähler und Nenner jeweils miteinander multipliziert.[Ausblenden]Wichtig ist hierbei, zu wissen, dass die Multiplikation zweier Brüche im Sprachgebrauch durch Aussagen wie „ein Drittel von einer Hälfte“ ausgedrückt wird (was dem mathematischen Ausdruck entspricht).
Auch hier kann formal gezeigt werden, dass das wie oben definierte Produkt zweier Brüche nicht von der Bruchdarstellung abhängt - auch für negative Zähler und Nenner.
[Ausblenden]
Beispiel 10beispiel_10
Wenn wir einen Bruch mit einer natürlichen Zahl n multiplizieren, haben wir zwei Regeln aufgestellt, die wir benutzen können. Denn natürliche Zahlen können immer als Bruch dargestellt werden: .
Aufgabe 6aufgabe_6
Multiplizieren Sie die Brüche und und kürzen Sie das Ergebnis so weit wie möglich.2/21
Kontrolle
Lösung anzeigen
Wie kann man die Division durch einen Bruch festlegen? Die Division in den ganzen Zahlen macht die Multiplikation rückgängig und umgekehrt: $$x \overset{\cdot a}{\rightarrow} x \cdot a \overset{:a}{\rightarrow} x$$ Wie kann nun die Multiplikation mit einem Bruch wie rückgängig gemacht werden? entspricht . Rückgängig gemacht wird dies durch die Operationen und anschließend , was der Multiplikation mit dem Bruch entspricht. Wenn die Division durch einen Bruch auch die Multiplikation rückgängig machen soll, muss die Division als Multiplikation mit dem Umkehrbruch festgesetzt werden.
Aufgabe 7aufgabe_7
Zeigen Sie, dass die Regeln zur Multiplikation eines Bruches mit einer natürlichen Zahl und zur Multiplikation zweier Brüche zum selben Ergebnis führen, wenn wir einen Bruch mit und wählen und diesen mit bzw. multiplizieren. Lösung anzeigen[Ausblenden]
Wir veranschaulichen uns den Sachverhalt, indem wir als Bruch wählen und als natürliche Zahl wählen wir exemplarisch .
Demnach ergibt die Multiplikation nach der obigen Regel zur Multiplikation eines Bruches mit einer natürlichen Zahl:
Nun betrachten wir anstelle von . Wir wenden also die Regel zur Multiplikation zweier Brüche an:
In diesem konkreten Beispiel führen beide Rechenregeln zu demselben Endergebnis. Wir betrachten nun den allgemeinen Fall mit Buchstabenvariablen.
Sei ein Bruch mit und und sei . Nach der Regel zur Multiplikation eines Bruches mit einer ganzen Zahl ergibt sich:
Betrachten wir nun , dann erhalten wir nach der Regel zur Multiplikation zweier Brüche:
Damit haben wir gezeigt, dass wir mit beiden Rechenregeln zu demselben Ergebnis gelangen.
[Ausblenden]
Definition 2definition_2
Zu einem Bruch mit ist der Umkehrbruch.
Anders gesagt: Zur rationalen Zahl ist die rationale Zahl der Kehrwert.
Definition 3definition_3
Den Umkehrbruch zu einem gegebenen Bruch erhält man also, wenn Zähler und Nenner vertauscht werden. Ist der Zähler eines Bruches , gibt es keinen Umkehrbruch.Beispiel 11beispiel_11
Somit ist der Umkehrbruch von und der Umkehrbruch von .
Regel 8: Division eines Bruches durch einen Bruch regel_8
Für alle Brüche und mit und gilt:
Die Division einer ganzen Zahl durch einen Bruch ist ein Spezialfall hiervon, da eine ganze Zahl stets als Bruch geschrieben werden kann.
Beispiel 12beispiel_12
Wird durch dividiert, so multipliziert man mit dem Umkehrbruch . Auch hier kann vor dem Ausrechnen des Zählers geprüft werden, ob gekürzt werden kann.
Beispiel 13beispiel_13
Dividiert man durch , so multipliziert man mit dem Umkehrbruch .
Beispiel 14beispiel_14
Eine spezielle Darstellung einer Divisionsaufgabe zweier Brüche ist der sogenannte Doppelbruch. Hierbei handelt es sich um einen Bruch, bei dem sowohl der Zähler als auch der Nenner selbst wieder aus einem Bruch bestehen. Ein Beispiel ist der Bruch , bei dem im Zähler steht und im Nenner . Statt dieser Schreibweise können wir auch den mittleren Bruchstrich als Divisionszeichen interpretieren:
An dieser Stelle rechnen wir wie im obigen Beispiel weiter: Die Division wird als Multiplikation mit dem Umkehrbruch aufgelöst:
Der Wert des Doppelbruchs bzw. das Ergebnis der Division ist somit
Brüche und Dezimalschreibweise Zahlen setzen sich aus Ziffern zusammen. Die Zahl etwa besteht aus den Ziffern , und . Für die Zahlen von Null bis Neun gilt, dass die Schreibweise für die Zahl auch der Ziffer entspricht, z.B. steht für die Ziffer und auch die Zahl zur selben Zeit. Die Zahl können wir auch als Summe schreiben: . Dann wird deutlicher, dass die Ziffern an den verschiedenen Stellen eine andere Bedeutung haben. Für die Zahl gibt die Ziffer die Anzahl der Hunderter an, die Ziffer die Anzahl der Zehner und die Ziffer die Anzahl der Einer an. Ist eine Stelle nicht besetzt, schreiben wir eine Null, also etwa . Nur vor der größten besetzten Stelle schreiben wir nichts. Unüblich wäre es also zu schreiben und damit zu meinen. Stellenwerttafel:
Aufgabe 8aufgabe_8
Dividieren Sie durch , indem Sie mit dem Umkehrbruch multiplizieren. Kürzen Sie das Ergebnis so weit wie möglich.3/2
6
6/1Kontrolle
Lösung anzeigen
Um Brüche im Dezimalsystem darzustellen, erweitern wir die Stellenwerttafel nun noch zusätzlich nach rechts um Zehntel, Hundertstel, Tausendstel, Zehntausendstel und entsprechend fortgeführt. Diese zusätzlichen Stellen werden beim Schreiben mit dem Dezimalkomma abgetrennt - z.B. oder . Das Dezimalkomma steht immer rechts von der Einer-Stelle. Wenn es keine Stelle rechts von der Einer-Stelle gibt, die besetzt ist, kann das Dezimalkomma zusammen mit allen Nullen entfallen: .Zehntausender Eintausender Hunderter Zehner Einer 5 6 2 üblich 0 0 5 6 2 unüblich
Je nach Rechensituation kann es sinnvoll sein, Nullen auf der rechten Seite des Kommas zu ergänzen.Zehner Einer Zehntel Hundertstel Tausendstel Zehntausendstel 4 2 3 5 0 0 1 5 0 0 9 5 0 0 0 0 Beispiel 15beispiel_15
Beispiele für die Ergänzung von Nullen auf der rechten Seite des Kommas:- Aber , da die Null nicht auf der rechten Seite des Kommas ergänzt wurde.
Beispiel 16beispiel_16Auf der Zahlengeraden interpretieren wir Dezimalzahlen folgendermaßen: Die Strecke zwischen zwei benachbarten ganzen Zahlen wird in gleich große Stücke geteilt. Ein Zehntel entspricht dann der Länge eines dieser Stücke und drei Zehntel der Länge von dreien dieser Stücke hintereinander. Für ein Hundertstel wird dieselbe Strecke gedanklich in Hundert Teile geteilt, für Tausendstel in Tausend und entsprechend fortgeführt. Zum Eintragen auf der Zahlengeraden nehmen wir die Länge alle dieser Teilstrecken zusammen.
Im Alltag werden Dezimalzahlen mit Zehntel- und Hundertstel- Stellen benutzt, um bspw. Preise in Euro anzugeben - etwa .
Bild 9
Info 4: Bedeutung von Dezimalzahlen als Brücheinfo_4
An dem Beispiel wird deutlich, dass sich Dezimalzahlen auch als Brüche schreiben lassen, die aus einer Summe von Brüchen mit 10er- Potenzen im Nenner entstehen.Wie kann ein beliebiger Bruch , und , als Dezimalzahl dargestellt werden?
Beispiel 17beispiel_17
Wir stellen den Bruch als Dezimalzahl dar. Dazu wird so erweitert, dass gilt . Also soll so erweitert werden, dass im Nenner eine Zehnerpotenz steht. In diesem Fall gelingt dies durch Erweitern des Bruches mit :
Beispiel 18beispiel_18Eine Umwandlung von einem Bruch in eine Dezimalzahl kann man auch mithilfe des erweiterten Divisionsalgorithmus′ durchführen:
Wir stellen den Bruch als Dezimalzahl dar. Wir suchen ein Vielfaches von , welche eine Zehnerpotenz ist: . Also:
Es gilt also . Welche Brüche können in Dezimalzahlen umgewandelt werden? Zehnerpotenzen enthalten immer die Primfaktoren 2 und 5, denn . Ein vollständig gekürzter Bruch kann nur dann umgewandelt werden, wenn als Primfaktoren ausschließlich die und die enthält. Was passiert nun, wenn an den Divisionsalgorithmus auf einen Bruch anwendet, von dem man schon weiß, dass er nicht als Dezimalzahl darstellbar ist, z.B. ?
Der Divisionsprozess endet nicht, man sieht aber, dass immer wieder der Rest bleibt, sodass zum Ergebnis immer eine Ziffer hinzugefügt wird. Diese Ziffer bezeichnet man als Periode und schreibt kurz .
Es kann gezeigt werden, dass für jeden Bruch eine solche Darstellung als unendliche periodische Dezimalzahl gefunden werden kann.Beispiel 19beispiel_19
Wir geben einige Brüche mit ihrer periodischen Dezimalzahldarstellung an:Wir schreiben und nennen in diesem Fall die Vorperiode. Brüche mit periodischer Dezimalzahldarstellung und Vorperiode:
- mit Vorperiode:
- mit Vorperiode:
- mit Vorperiode:
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