Wiskunde basisschool en onderbouw · Grades 1–9
55Breuken: alle vier de bewerkingen
Dit hoofdstuk maakt de rekenkunde van de breuken af: optellen en aftrekken met elke noemer, vermenigvuldigen, en — de nieuwkomer — delen, dat een vermomde vermenigvuldiging blijkt te zijn. De tekens uit Hoofdstuk 54 gaan mee op reis.
55.1 Optellen met willekeurige noemers
Methode 55.1 (Gemeenschappelijke noemer)
Om en op te tellen of af te trekken:
Voorbeeld 55.2
Reken uit. Een gemeenschappelijk veelvoud van en is :
Met tekens: .
55.2 Breuken vermenigvuldigen
Stelling 55.3 (Product van breuken)
Waarom, op een plaatje. Neem van van een vierkant: knip het vierkant in verticale stroken en houd er ; knip horizontaal in en houd rijen van wat er overbleef. Wat je overhoudt, is een rooster van vakjes van de : de breuk . ∎
Voorbeeld 55.4
Vereenvoudig voordat je vermenigvuldigt, door gemeenschappelijke factoren weg te strepen:
(de factor en één factor vallen boven en onder weg). Met tekens gelden eerst de regels van Stelling 54.1: .
55.3 Breuken delen
Definitie 55.5 (Omgekeerde)
De omgekeerde van een getal dat niet nul is, is het getal dat met vermenigvuldigd geeft. De omgekeerde van is , want ; de omgekeerde van een geheel getal is .
Stelling 55.6 (Delen is vermenigvuldigen met de omgekeerde)
Voor :
Voorbeeld 55.7
Een controle op de grootte: delen door , een getal kleiner dan , moet een uitkomst geven die groter is dan — en is inderdaad zo ().
Voorbeeld 55.8 (Breukstrepen in breukstrepen)
Een “dubbeldekker” is niets anders dan een deling die verticaal geschreven is:
Zoek eerst de hoofdstreep (de langste) en pas dan Stelling 55.6 toe.
Methode 55.9 (Gemengde berekeningen)
In een uitdrukking met breuken en de vier bewerkingen:
- pas de gewone voorrangsregels toe (Hoofdstuk 45);
- zet elke deling om in een vermenigvuldiging met de omgekeerde;
- beslis eerst de tekens (Methode 54.6) en vermenigvuldig daarna, of zoek gemeenschappelijke noemers;
- vereenvoudig bij de eerste gelegenheid.
Voorbeeld 55.10
55.4 Oefeningen
Oefening 55.1 ★
Reken uit en vereenvoudig:
Oplossing
Oplossing van Oefening 55.1.
.
.
.
Oefening 55.2 ★
Reken uit (eerst de tekens):
Oplossing
Oplossing van Oefening 55.2.
.
.
.
Oefening 55.3 ★
Reken uit, en vereenvoudig voordat je vermenigvuldigt:
Oplossing
Oplossing van Oefening 55.3.
(vereenvoudig door en door ).
(vereenvoudig door en door ).
(tegengestelde tekens: negatief).
Oefening 55.4 ★
Geef de omgekeerde van: ; ; ; .
Oefening 55.5 ★
Reken uit:
Oplossing
Oplossing van Oefening 55.5.
.
.
.
Oefening 55.6 ★
Reken de dubbeldekkers uit:
Oplossing
Oplossing van Oefening 55.6.
.
.
.
Oefening 55.7 ★
Reken uit, met respect voor de voorrangsregels:
Oefening 55.8 ★★
Een tank is voor gevuld. Er wordt van de inhoud van de tank bij gedaan. Welke breuk van de tank is nu gevuld? En welke breuk is nog leeg?
Oplossing
Oplossing van Oefening 55.8.
Gevuld: van de tank. Leeg: .
Oefening 55.9 ★★
Driekwart van de leerlingen van een klas haalde een toets; van hen kreeg twee derde meer dan van de . Welke breuk van de klas kreeg meer dan ? Als dat leerlingen zijn, hoe groot is de klas dan?
Oplossing
Oplossing van Oefening 55.9.
De breuk met meer dan : van de klas. Als dat leerlingen zijn, heeft de klas leerlingen.
Oefening 55.10 ★★
Een touw van m moet in stukken van elk m geknipt worden. Hoeveel stukken krijg je? (Een deling van breuken — ga na dat het antwoord een heel getal is.)
Oplossing
Oplossing van Oefening 55.10.
stukken — een heel getal, geen touw verspild.
Oefening 55.11 ★★
Reken uit:
Oplossing
Oplossing van Oefening 55.11.
: eerst de deling: ; en dan .
(het kwadraat is positief).
Oefening 55.12 ★★★
Vereenvoudig de uitdrukking
(begin bij de binnenste breuk en werk naar buiten, één streep per keer).
Oplossing
Oplossing van Oefening 55.12.
Van binnen naar buiten: ; dan ; en dan
55.5 Opgave: Egyptische breuken
Probleem 55.1
Weekendopgave — elke breuk is een som van verschillende stambreuken
Een stambreuk is een breuk met teller . De schrijvers van het oude Egypte — de Rhind-papyrus werd rond v.Chr. gekopieerd — schreven elke breuk als een som van verschillende stambreuken: nooit , maar . Zo’n som heet een Egyptische schrijfwijze van de breuk. In deze opgave werk je de optel- en vergelijktechnieken van dit hoofdstuk (Methode 55.1) uit tot een methode — in door Fibonacci gepubliceerd — die van elke breuk tussen en een Egyptische schrijfwijze oplevert, en eindig je met een gevierde erfenispuzzel.
Deel I — Stambreuken en de splitsingsformule.
- Reken en uit, en leid Egyptische schrijfwijzen van en af.
- Ga de vermelding van de schrijvers voor na: laat zien dat .
Ga na dat en dat . Bewijs daarna de splitsingsformule: voor elk heel getal geldt
- Leid een Egyptische schrijfwijze van zelf af, als som van drie verschillende stambreuken.
- Splits de laatste term van om een tweede Egyptische schrijfwijze van te krijgen, met drie stambreuken. Leg uit waarom geen enkele breuk een unieke Egyptische schrijfwijze heeft.
Deel II — De hebberige methode van Fibonacci. De methode is: trek de grootste stambreuk af die past, en herhaal met wat overblijft.
- Laat met gemeenschappelijke noemers zien dat . Waarom bewijst dat dat de grootste stambreuk kleiner dan is?
- Reken uit. Welke schrijfwijze van levert de hebberige methode op?
- Neem nu . Laat zien dat de grootste stambreuk kleiner dan gelijk is aan , en reken uit.
Laat zien dat de grootste stambreuk kleiner dan gelijk is aan (vergelijk met en met ), reken uit, en besluit:
Ga die schrijfwijze rechtstreeks na met de gemeenschappelijke noemer .
- Laat de hebberige methode op lopen, ga bij elke stap na dat je stambreuk de grootste is die past, en controleer de uiteindelijke schrijfwijze.
Deel III — Waarom de methode altijd stopt, en de achttiende kameel.
- In de vragen 7–10 is de methode toegepast op , en . Noem voor elk de tellers van de opeenvolgende resten (voordat je vereenvoudigt). Wat valt je op?
Laat voor een breuk en een heel getal zien dat
Stel dat de hebberige methode van aftrekt: dan past , maar is al te groot, dus . Zet beide op de gemeenschappelijke noemer en leid af dat , en dus dat de nieuwe teller voldoet aan
Leg uit waarom dat bewijst dat de methode altijd stopt.
- Een oud verhaal: een vader sterft en laat kamelen achter, met in zijn testament van de kudde voor zijn oudste kind, voor het tweede en voor het derde — en geen van de delen is een heel aantal kamelen. Een buurman leent het gezin een achttiende kameel; de kinderen nemen , en kamelen, en de geleende kameel gaat terug. Reken uit en verklaar de truc: waarom kon de kudde in hele kamelen verdeeld worden, en waarom kreeg geen enkel kind minder dan het testament beloofde?
- Repareer het testament: stel drie verschillende stambreuken voor die samen precies zijn, en geef de kleinste kudde waarvoor alle drie de delen hele aantallen kamelen zijn.
Oplossing
Oplossing van Probleem 55.1.
1. en . Dus zijn en Egyptische schrijfwijzen (met in elk verschillende stambreuken).
2. Met de gemeenschappelijke noemer :
3. , en . In het algemeen is de gemeenschappelijke noemer van en gelijk aan :
4. Begin bij en splits de tweede helft met vraag 3:
drie verschillende stambreuken.
5. De in splitsen geeft
Geen enkele Egyptische schrijfwijze is ooit uniek: de splitsingsformule kan altijd de stambreuk met de grootste noemer door twee nieuwe, nog kleinere stambreuken vervangen — en zo maak je uit elke schrijfwijze een volgende.
6. Met noemer : . Met noemer : . Stambreuken krimpen als hun noemers groeien, ; en omdat (en alles daarboven) te groot is en past, is de grootste stambreuk kleiner dan .
7. : de hebberige methode levert op, precies de vermelding van de schrijvers uit vraag 2.
8. Met noemer : , terwijl de enige grotere stambreuk, , groter is dan . Dus is de grootste die past, en
9. Met noemer : , dus is te groot. Met noemer : , dus past : het is de grootste stambreuk kleiner dan . Dan is
Controle: .
10. Eerste stap: en , dus trek af: . Tweede stap: is te groot, en past, dus trek af: . Besluit:
11. De tellers van de opeenvolgende resten zijn: voor : , dan ; voor : , dan , dan ; voor : , dan , dan . Elk rijtje is strikt dalend.
12. De gemeenschappelijke noemer van en is :
13. Op de gemeenschappelijke noemer vergelijkt de ongelijkheid de tellers en :
en bij beide kanten optellen geeft . Na elke hebberige stap is de teller van de rest (vraag 12) dus een heel getal dat strikt kleiner is dan de vorige. Hele getallen kunnen niet eeuwig strikt dalen: na hoogstens stappen heeft de rest teller — een stambreuk — of is hij , en stopt de methode.
14. Met de gemeenschappelijke noemer :
en dat is minder dan : het testament vergat van de kudde. Dat gat is de hele truc. Van kamelen zijn de delen , en de hele getallen , en , die samen maken: precies de kudde, en de achttiende kameel gaat naar huis. En niemand kan klagen: het testament beloofde, van kamelen, , dan , dan kamelen, en elk kind kreeg strikt meer (, en ). De vergeten is wat de kameel van de buurman tijdelijk opvulde.
15. Vraag 4 levert het gerepareerde testament:
De delen zijn hele getallen als de kudde deelbaar is door , door en door — dus deelbaar door . De kleinste zulke kudde is kamelen: delen , en , en er blijft niets over.