1.2 Brüche

Aus Online Mathematik Brückenkurs 1

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Contents:

  • Addition und Subtraktion von Brüchen
  • Multiplikation und Division von Brüchen

Learning outcomes:

After this section, you should have learned to:

  • Ausdrücke bestehend aus Brüchen, den vier Grundrechnungsarten und Klammern berechnen.
  • Brüche so weit wie möglich kürzen.
  • Den kleinsten gemeinsamen Nenner einer Bruchzahl zu bestimmen.


Brüche kürzen und erweitern

Eine rationale Zahl kann in mehreren äquivalenten Formen dargestellt werden, je nach der Wahl des Zählers und Nenners. Zum Beispiel:

\displaystyle 0{,}25 = \frac{25}{100} = \frac{1}{4} = \frac{2}{8} = \frac{3}{12} = \frac{4}{16}\quad\textrm{etc.}

Ein Bruch ändert also nicht sein Wert, indem man den Zähler und den Nenner jeweils mit der gleichen Zahl multipliziert oder dividiert. Dies Nennt man erweitern und kürzen.

Beispiel 1 Multiplikation mit derselben Zahl:

  1. \displaystyle \frac{2}{3} = \frac{2\cdot 5}{3\cdot 5} = \frac{10}{15}
  2. \displaystyle \frac{5}{7} = \frac{5\cdot 4}{7\cdot 4} = \frac{20}{28}

Division mit derselben Zahl:

  1. \displaystyle \frac{9}{12} = \frac{9/3}{12/3} = \frac{3}{4}
  2. \displaystyle \frac{72}{108} = \frac{72/2}{108/2} = \frac{36}{54} = \frac{36/6}{54/6} = \frac{6}{9} = \frac{6/3}{9/3} = \frac{2}{3}

Ein Bruch sollte immer so weit wie möglich gekürzt werden. Dies kann bei großen Zahlen schwierig werden. Deshalb sollte man die Brüche so kurz wie möglich schreiben in den Berechnungen.


Addition und Subtraktion von Brüchen

Um Brüche addieren und subtrahieren zu können, müssen alle Brüche denselben Nenner haben. Wenn so nicht der Fall ist, muss man zuerst die Brüche mit einer angemessenen Zahl erweitern, sodass sie denselben Nenner bekommen.

Beispiel 2

  1. \displaystyle \frac{3}{5}+\frac{2}{3} = \frac{3\cdot 3}{5\cdot 3} + \frac{2\cdot 5}{3\cdot 5} = \frac{9}{15} + \frac{10}{15} = \frac{9+10}{15} = \frac{19}{15}
  2. \displaystyle \frac{5}{6}-\frac{2}{9} = \frac{5\cdot 3}{6\cdot 3} - \frac{2\cdot 2}{9\cdot 2} = \frac{15}{18} - \frac{4}{18} = \frac{15-4}{18} = \frac{11}{18}

Das wichtigste hier ist einen gemeinsamen Nenner zu finden. Ideal ist aber den kleinsten gemeinsamen Nenner zu finden. Einen gemeinsamen Nenner findet man einfach, indem man alle Brüche mit den Nennern der anderen Brüchen erweitert. Dies ist aber nicht immer notwendig.


Beispiel 3

  1. \displaystyle \frac{7}{15}-\frac{1}{12} = \frac{7\cdot 12}{15\cdot 12} - \frac{1\cdot 15}{12\cdot 15}\vphantom{\Biggl(}
    \displaystyle \insteadof{\displaystyle\frac{7}{15}-\frac{1}{12}}{}{} = \frac{84}{180}-\frac{15}{180} = \frac{69}{180} = \frac{69/3}{180/3} = \frac{23}{60}
  2. \displaystyle \frac{7}{15}-\frac{1}{12} = \frac{7\cdot 4}{15\cdot 4}- \frac{1\cdot 5}{12\cdot 5} = \frac{28}{60}-\frac{5}{60} = \frac{23}{60}
  3. \displaystyle \frac{1}{8}+\frac{3}{4}-\frac{1}{6} = \frac{1\cdot 4\cdot 6}{8\cdot 4\cdot 6} + \frac{3\cdot 8\cdot 6}{4\cdot 8\cdot 6} - \frac{1\cdot 8\cdot 4}{6\cdot 8\cdot 4}\vphantom{\Biggl(}
    \displaystyle \insteadof{\frac{1}{8}+\frac{3}{4}-\frac{1}{6}}{}{} = \frac{24}{192} + \frac{144}{192} - \frac{32}{192} = \frac{136}{192} = \frac{136/8}{192/8} = \frac{17}{24}
  4. \displaystyle \frac{1}{8}+\frac{3}{4}-\frac{1}{6} = \frac{1\cdot 3}{8\cdot 3} + \frac{3\cdot 6}{4\cdot 6} - \frac{1\cdot 4}{6\cdot 4} = \frac{3}{24} + \frac{18}{24} - \frac{4}{24} = \frac{17}{24}

Man sollte die Bruchrechnung so gut beherrschen, dass man direkt den kleinsten gemeinsamen Nenner von nicht all zu großen Brüchen findet. Eine generelle Methode um den kleinsten gemeinsamen Nenner zu finden, besteht daraus dass man die Nenner in ihre Primfaktoren zerlegt.

Beispiel 4

  1. Vereinfache \displaystyle \ \frac{1}{60} + \frac{1}{42}.

    Wir zerlegen die Nenner zuerst in ihre Primfaktoren. Statt dass wir jetzt beide Brüche mit den ganzen Nenner des anderen Bruches erweitern, erweitern wir die Brüche nur mit den Primfaktoren die nicht in beiden Nennern vorkommen. Dies ist der kleinste gemeinsame Nenner.
    \displaystyle \left.\eqalign{60 &= 2\cdot 2\cdot 3\cdot 5\cr 42 &= 2\cdot 3\cdot 7}\right\} \quad\Rightarrow\quad \text{LCD} = 2\cdot 2\cdot 3\cdot 5\cdot 7 = 420\,\mbox{.}

    Also haben wir

    \displaystyle \frac{1}{60}+\frac{1}{42} = \frac{1\cdot 7}{60\cdot 7} + \frac{1\cdot 2\cdot 5}{42\cdot 2\cdot 5} = \frac{7}{420} + \frac{10}{420} =\frac{17}{420}\,\mbox{.}
  2. Vereinfache \displaystyle \ \frac{2}{15}+\frac{1}{6}-\frac{5}{18}.

    Wir multiplizieren alle Primfaktoren des Nenners die nicht in allen Nennern vorkommen, und erhalten dadurch den kleinsten gemeinsamen Nenner.
    \displaystyle \left. \eqalign{15 &= 3\cdot 5\cr 6&=2\cdot 3\cr 18 &= 2\cdot 3\cdot 3} \right\} \quad\Rightarrow\quad \text{LCD} = 2\cdot 3\cdot 3\cdot5 = 90\,\mbox{.}

    Also haben wir

    \displaystyle \frac{2}{15}+\frac{1}{6}-\frac{5}{18} = \frac{2\cdot 2\cdot 3}{15\cdot 2\cdot 3} + \frac{1\cdot 3\cdot 5}{6\cdot 3\cdot 5} - \frac{5\cdot 5}{18\cdot 5} = \frac{12}{90} + \frac{15}{90} - \frac{25}{90} = \frac{2}{90} = \frac{1}{45}\,\mbox{.}


Multiplikation

Wenn man einen Bruch mit einer ganzen Zahl multipliziert, wird nur der Zähler mit dieser Zahl multipliziert, während der Nenner unverändert bleibt. Es ist offenbar dass zum Beispiel \displaystyle \tfrac{1}{3} multipliziert mit 2 \displaystyle \tfrac{2}{3} ergibt, also:

\displaystyle \frac{1}{3}\cdot 2 = \frac{1\cdot 2}{3} = \frac{2}{3}\,\mbox{.}

Wenn man Brüche miteinander multipliziert, multipliziert man die Zähler und die Nenner einzeln.

Beispiel 5

  1. \displaystyle 8\cdot\frac{3}{7} = \frac{8\cdot 3}{7} = \frac{24}{7}
  2. \displaystyle \frac{2}{3}\cdot \frac{1}{5} = \frac{2\cdot 1}{3\cdot 5} = \frac{2}{15}

Bevor man Brüche multipliziert, sollte man kontrollieren ob man den Bruch kürzen kann. Dies kontrolliert man indem man die Brüche als einen gemeinsamen Bruch schreibt.

Beispiel 6 Vergleiche die beiden Rechnungen:

  1. \displaystyle \frac{3}{5}\cdot\frac{2}{3} = \frac{3\cdot 2}{5\cdot 3} = \frac{6}{15} = \frac{6/3}{15/3} = \frac{2}{5}
  2. \displaystyle \frac{3}{5}\cdot\frac{2}{3} = \frac{\not{3}\cdot 2}{5\cdot \not{3}} = \frac{2}{5}

In 6b hat man den Bruch mit 3 einen Schritt vorher gekürzt als in 6a, aber beide Rechnungen ergeben dasselbe.

Beispiel 7

  1. \displaystyle \frac{7}{10}\cdot \frac{2}{7} = \frac{\not{7}}{10}\cdot \frac{2}{\not{7}} = \frac{1}{10}\cdot \frac{2}{1} = \frac{1}{\not{2} \cdot 5}\cdot \frac{\not{2}}{1} = \frac{1}{5}\cdot \frac{1}{1} =\frac{1}{5}
  2. \displaystyle \frac{14}{15}\cdot \frac{20}{21} = \frac{2 \cdot 7}{3 \cdot 5}\cdot \frac{4 \cdot 5}{3 \cdot 7} = \frac{2 \cdot \not{7}}{3 \cdot 5}\cdot \frac{4 \cdot 5}{3 \cdot \not{7}} = \frac{2}{3 \cdot \not{5}}\cdot \frac{4 \cdot \not{5}}{3} = \frac{2}{3}\cdot\frac{4}{3} = \frac{2\cdot 4}{3\cdot 3} = \frac{8}{9}


Division

Wenn man \displaystyle \tfrac{1}{4} in 2 teilt bekommt man \displaystyle \tfrac{1}{8}. Wenn man \displaystyle \tfrac{1}{2} in 5 teilt bekommt man \displaystyle \tfrac{1}{10}. Wir haben also:

\displaystyle \frac{\displaystyle \frac{1}{4}}{2} = \frac{1}{4\cdot 2} = \frac{1}{8} \qquad \mbox{ and } \qquad \frac{\displaystyle \frac{1}{2}}{5} = \frac{1}{2\cdot 5} = \frac{1}{10}\,\mbox{.}

Wenn ein Bruch mit eine ganzen Zahl dividiert wird, wird also der Nenner mit dieser Zahl multipliziert.

Beispiel 8

  1. \displaystyle \frac{3}{5}\Big/4 = \frac{3}{5\cdot 4} = \frac{3}{20}
  2. \displaystyle \frac{6}{7}\Big/3 = \frac{6}{7\cdot 3} = \frac{2\cdot\not{3}}{7\cdot \not{3}} = \frac{2}{7}

Wenn man eine ganze Zahl mit einen Bruch dividiert, wird die Zahl mit dem Kehrbruch des Bruches multipliziert. Zum Beispiel ist die Division durch \displaystyle \frac{1}{2} dasselbe wie eine multiplikation mit \displaystyle \frac{2}{1}, also 2.

Beispiel 9

  1. \displaystyle \frac{3}{\displaystyle \frac{1}{2}} = 3\cdot \frac{2}{1} = \frac{3\cdot 2}{1} = 6
  2. \displaystyle \frac{5}{\displaystyle \frac{3}{7}} = 5\cdot\frac{7}{3} = \frac{5\cdot 7}{3} = \frac{35}{3}
  3. \displaystyle \frac{\displaystyle \frac{2}{3}}{\displaystyle \frac{5}{8}} = \frac{2}{3}\cdot \frac{8}{5} = \frac{2\cdot 8}{3\cdot 5} = \frac{16}{15}
  4. \displaystyle \frac{\displaystyle \frac{3}{4}}{\displaystyle \frac{9}{10}} = \frac{3}{4}\cdot \frac{10}{9} = \frac{\not{3}}{2\cdot\not{2}} \cdot\frac{\not{2} \cdot 5}{\not{3} \cdot 3} = \frac{5}{2\cdot 3} = \frac{5}{6}

Wie kommt es sich dass eine Division mit Brüchen eine Multiplikation wird? Die Erklärung ist dass ein Bruch multipliziert mit seinen Kehrbruch, immer 1 ergibt. Zum Beispiel:

\displaystyle \frac{2}{3}\cdot\frac{3}{2} = \frac{\not{2}}{\not{3}}\cdot\frac{\not{3}}{\not{2}} = 1 \qquad \mbox{ und } \qquad \frac{9}{17}\cdot\frac{17}{9} = \frac{\not{9}}{\not{17}}\cdot\frac{\not{17}}{\not{9}} = 1\mbox{.}

In einer Division von Brüchen, erweitert man den ganzen Bruch mit den Kehrbruch des Nennerbruches. Im Nenner bekommen wir daher nur einen 1:er.

Beispiel 10

\displaystyle \frac{\displaystyle \frac{2}{3}}{\displaystyle \frac{5}{7}} = \frac{\displaystyle \frac{2}{3}\cdot\displaystyle \frac{7}{5}}{\displaystyle \frac{5}{7}\cdot\displaystyle \frac{7}{5}} = \frac{\displaystyle \frac{2}{3}\cdot\displaystyle \frac{7}{5}}{1} = \frac{2}{3}\cdot\frac{7}{5}


Brüche als Teil eines Ganzen

Rational numbers are numbers that we can write as fractions, convert to decimal form, or mark on a real-number axis. In our everyday language they are also used to describe the proportion of something. Below are given some examples. Note how we use the word "of", which can lead to a multiplication or a division.

Beispiel 11

  1. Jack invested 20 EUR and Jill 50 EUR.

    Jack´s share is  \displaystyle \frac{20}{50 + 20} = \frac{20}{70} = \frac{2}{7}  and he must be given  \displaystyle \frac{2}{7} of the profits. .


  2. What proportion is 45 EUR of 100 EUR?

    Antwort: 45 EUR is  \displaystyle \frac{45}{100} = \frac{9}{20} of 100 EUR. .


  3. What proportion is \displaystyle \frac{1}{3}litres of \displaystyle \frac{1}{2} litre?

    Antwort: \displaystyle \frac{1}{3} litres is \displaystyle \frac{\displaystyle \frac{1}{3}}{\displaystyle \frac{1}{2}} = \frac{1}{3}\cdot\frac{2}{1} = \frac{2}{3}   of  \displaystyle \frac{1}{2} litres.


  4. How much is  \displaystyle \frac{5}{8}   of 1000?

    Antwort: \displaystyle \frac{5}{8}\cdot 1000 = \frac{5000}{8} = 625


  5. How much is  \displaystyle \frac{2}{3}  of  \displaystyle \frac{6}{7} ?

    Antwort: \displaystyle \frac{2}{3}\cdot\frac{6}{7} = \frac{2}{\not{3}} \cdot \frac{2 \cdot \not{3}}{7} = \frac{2 \cdot 2}{7} = \frac{4}{7}


Mixed expressions

When fractions appear in calculations one, of course, must follow the usual methods for arithmetic operations and their priority (multiplication / division before addition / subtraction). Remember also that the numerator and denominator in a division are calculated separately before the division is performed ( "invisible parentheses").

Beispiel 12

  1. \displaystyle \frac{1}{\displaystyle \frac{2}{3}+\frac{3}{4}} = \frac{1}{\displaystyle \frac{2\cdot 4}{3\cdot 4} + \frac{3\cdot 3}{4\cdot 3}} = \frac{1}{\displaystyle \frac{8}{12} + \frac{9}{12}} = \frac{1}{\displaystyle \frac{17}{12}} = 1\cdot\frac{12}{17} = \frac{12}{17}


  2. \displaystyle \frac{\displaystyle \frac{4}{3} - \frac{1}{6}}{\displaystyle \frac{4}{3}+\frac{1}{6}} = \frac{\displaystyle \frac{4 \cdot 2}{3 \cdot 2} - \frac{1}{6}}{\displaystyle \frac{4 \cdot 2}{3 \cdot 2} + \frac{1}{6}} = \frac{\displaystyle \frac{8}{6} - \frac{1}{6}}{\displaystyle \frac{8}{6} + \frac{1}{6}} = \frac{\displaystyle \frac{7}{6}}{\displaystyle \frac{9}{6}} = \frac{7}{\not{6}}\cdot\frac{\not{6}}{9} = \frac{7}{9}


  3. \displaystyle \frac{3-\displaystyle \frac{3}{5}}{\displaystyle \frac{2}{3}-2} = \frac{\displaystyle \frac{3 \cdot 5}{5}- \frac{3}{5}}{\displaystyle \frac{2}{3} - \frac{2 \cdot 3}{3}} = \frac{\displaystyle \frac{15}{5} - \frac{3}{5}}{\displaystyle \frac{2}{3} - \frac{6}{3}} = \frac{\displaystyle \frac{12}{5}}{-\displaystyle \frac{4}{3}} = \frac{12}{5}\cdot\left(-\frac{3}{4}\right) = -\frac{3\cdot \not{4} }{5} \cdot \frac{3}{\not{4}} = -\frac{3\cdot 3}{5} = -\frac{9}{5}


  4. \displaystyle \frac{\displaystyle\frac{1}{\frac{1}{2}+\frac{1}{3}}-\frac{3}{5} \cdot\frac{1}{3}}{\displaystyle\frac{2}{3}\big/\frac{1}{5} -\frac{\frac{1}{4}-\frac{1}{3}}{2}} = \frac{\displaystyle\frac{1}{\frac{3}{6}+\frac{2}{6}} -\frac{3\cdot1}{5\cdot3}}{\displaystyle\frac{2}{3}\cdot\frac{5}{1} -\frac{\frac{3}{12}-\frac{4}{12}}{2}} = \frac{\displaystyle \frac{1}{\displaystyle \frac{5}{6}} - \frac{1}{5}}{\displaystyle \frac{10}{3} - \frac{-\displaystyle \frac{1}{12}}{2}} \displaystyle \qquad\quad{}= \frac{\displaystyle \frac{6}{5} - \frac{1}{5}}{\displaystyle \frac{10}{3} + \frac{1}{24}} = \frac{1}{\displaystyle \frac{80}{24}+\frac{1}{24}} = \frac{1}{\displaystyle \frac{81}{24}} = \frac{24}{81} = \frac{8}{27}

Übungen


Study advice

Basic and final tests

After you have read the text and worked through the exercises, you should do the basic and final tests to pass this section. You can find the link to the tests in your student lounge.


Keep in mind that:

Try always to write an expression in the simplest possible terms. What is the "simplest" depends usually on the context.

It is important that you really master calculations with fractions. You should be able to find a common denominator, multiply or divide numerators and denominators by suitable numbers etc. These principles are basic when you have to calculate a rational expression that includes variables and you will need them when you have to deal with other mathematical expressions and operations.

Rational expressions that contain variables (x, y, ...) and include fractions are very common when studying functions, especially increment ratios, limits and derivatives.


Reviews

For those of you who want to deepen your studies or need more detailed explanations consider the following references

more about the fractions and calculating with fractions in the English Wikipedia


Useful web sites

Experimenting interactively with fractions

Play the prime number canon

Von „http://wiki.sommarmatte.se/wikis/2009/bridgecourse1-TU-Berlin/index.php/1.2_Br%C3%BCche“