Mathematik: Schulmathematik: Mathematik für die Grundschule
Aus Wikibooks
Inhaltsverzeichnis |
[Bearbeiten] Grundlagen
Im folgenden werden (bisher) lediglich die mathematischen Bereiche der Arithmetik und Ansätze der Zahlentheorie dargestellt. Als (gleichberechtigte) Teilbereiche der Mathematik in dieser Zusammenfassung fehlen die Geometrie, das Größenrechnen sowie die strategischen Komponenten des Sachrechnens, die Stochastik und die Kombinatorik, die jeweils (wenn auch teilweise nur in Ansätzen) auch schon in der Grundschule behandelt werden.
[Bearbeiten] Ziffern
Die Ziffern bilden die Grundlage der Mathematik. Wir benutzen folgende Ziffern:
Null: 0 Eins: 1 Zwei: 2 Drei: 3 Vier: 4 Fünf: 5 Sechs: 6 Sieben: 7 Acht: 8 Neun: 9
[Bearbeiten] Zahlen
Zahlen bestehen aus mindestens einer Ziffer.
Natürliche Zahlen (mit Ausnahme der Null) haben einen Vorgänger und einen Nachfolger:
Vorgänger Zahl Nachfolger 0 1 2 1 2 3 2 3 4 3 4 5 4 5 6 5 6 7 6 7 8 7 8 9 8 9 10 . . . . . . . . . 135 136 137 136 137 138 137 138 139 138 139 140 . . . . . . . . .
Um größere Zahlen als die 9 darzustellen, schreibt man mehrstellige Zahlen, zum Beispiel die Zehn: 10. Es tritt die Bündelung im Zehnersystem auf, wobei die nächste Stufe der Bündelung jeweils einer natürlichen Potenz der Basis 10 entspricht: 10, 100, 1000, 10000, etc. Noch größere Zahlen haben entsprechend mehr Stellen, wie Einhundert: 100. Bei vierstelligen Zahlen kann man den Punkt als Tausendertrennzeichen benutzen, damit die Zahlen leichter zu lesen sind: 1.000. Man kann auch einfach eine Lücke lassen: 1 000.
Die Zahlen lassen sich wie folgt zerlegen:
T H Z E: Tausender Hunderter Zehner Einer 3 5 1 5 3 5 1 5
1 Zehner ist mehr als 5 Einer, 3 Tausender sind mehr als 5 Hunderter und auch mehr als 5 Einer.
In der Grundschule wird in der Regel der Zahlenraum in mehreren Schritten erweitert bzw. erschlossen:
1. Schuljahr Zahlenraum 0 bis 20
2. Schuljahr Zahlenraum bis 100
3. Schuljahr Zahlenraum bis 1.000 - sowie einfache Teilbereiche der Reellen Zahlen, d.h. Zahlen mit bis zu 3 Nachkommastellen (z.B. 0,123) und einfache Stammbrüche (wie 1/4).
4. Schuljahr Zahlenraum bis 1.000.000
[Bearbeiten] Rechenzeichen
Die Rechenzeichen sind:
Gleich: = Plus: + Minus: - Mal: · Geteilt durch: :
Bei Computern wird davon abweichend für das Malnehmen statt des Punktes · das Sternchen * und für das Geteilt durch statt des Doppelpunktes : der Schrägstrich / verwendet.
Das Gleichheitszeichen steht zwischen gleichen Werten:
1 = 1 2 = 2 1 + 1 = 2 oder auch 2 = 1 + 1
[Bearbeiten] Zahlengerade
Man kann die Zahlen auch auf einer Zahlengeraden darstellen:
|-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+--> 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Um eine bestimmte Zahl auf der Zahlengeraden darzustellen, benutzt man Pfeile mit dem Betrag (der Länge) der gewünschten Zahl:
5 LE
|----------------------------->
|-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-->
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Wie man an der Zahlengeraden ablesen kann, beträgt die Länge des Pfeils 5 Längeneinheiten(LE), dabei ist es egal, an welcher Stelle sich der Pfeil befindet:
5 LE
|----------------------------->
|-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-->
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Dieser Pfeil ist genauso lang wie der vorige, also 5 Längeneinheiten.
[Bearbeiten] Grundrechenarten
[Bearbeiten] Addition
Die Addition stellt entweder das Ermitteln der Mächtigkeit einer Vereinigungsmenge aus disjunkten Mengen (mit unterscheidbaren Elementen) dar: 5 Äpfel plus 2 Äpfel oder das Zusammenlegen von Größen gemäß z.B. der folgenden Darstellung dar.
[Bearbeiten] Addition dargestellt auf der Zahlengeraden
Um die Addition zweier Zahlen auf der Zahlengeraden darzustellen, braucht man zwei Pfeile:
1 LE
|---->
2 LE
|----------->
|-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-->
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Diese Pfeile werden dann einfach hintereinander angeordnet:
1 LE 2 LE |---->|-----------> |-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+-----+--> 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Die Spitze des vorderen Pfeils zeigt dann auf das Ergebnis: 3 LE.
[Bearbeiten] Addition mit Rechenzeichen
Bei der Addition werden mehrere Zahlen zusammengezählt: 1 + 1 = 2.
1.Summand + 2.Summand = Summe
Zählt man eins zu einer Zahl dazu, dann ist das Ergebnis der Nachfolger dieser Zahl. Zählt man zwei zu einer Zahl dazu, dann ist das Ergebnis der Nachfolger des Nachfolgers dieser Zahl: 2 + 2 = 4.
1 = 1 2 = 1 + 1 3 = 1 + 1 + 1 4 = 1 + 1 + 1 + 1 5 = 1 + 1 + 1 + 1 + 1 6 = 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 7 = 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 8 = 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 9 = 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 10 = 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1
5 + 3 = 5 + 1 + 1 + 1
= 6 + 1 + 1
= 7 + 1
= 8
Hierbei gilt das Kommutativgesetz, das Vertauschungsgesetz,
das heißt, dass man Zahlen aus einer Summe beliebig vertauschen kann:
3 + 5 = 3 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1
= 4 + 1 + 1 + 1 + 1
= 5 + 1 + 1 + 1
= 6 + 1 + 1
= 7 + 1
= 8
5 + 3 = 3 + 5
[Bearbeiten] Schriftliche Addition
Die schriftliche Addition wird verwendet, um mehrere oder große Zahlen zueinander zu addieren. Hierbei werden die zu addierenden Zahlen so angeordnet, dass jeweils gleichwertige Ziffern untereinander stehen ( Einer unter Einer - Zehner unter Zehner usw. ). Vor die zu addierenden Zahlen schreibt man als Kennzeichen der Addition jeweils ein "+":
35 795 + 936 + 326
Darunter zieht man einen Strich, unter den das Ergebnis gesetzt wird. Man addiert dabei die jeweils untereinander stehenden Ziffern zueinander, beginnend mit den Einern. Von dem Ergebnis schreibt man die letzte Ziffer unter den Strich. Wenn die Zahl mehrstellig ist, schreibt man die restlichen Ziffern (den Übertrag) in kleiner Schrift über den Strich bei der nächsthöheren Stelle.
Addition der Einerstellen mit anschließendem Übertrag
35 795
+ 936
+ 326 5 + 6 + 6 = 17
1 <- Übertrag
---------
7 Einerstelle der Summe
Addition der Zehnerstellen mit anschließendem Übertrag
35 795
+ 936
+ 326 9 + 3 + 2 + 1 = 15
11 <- Übertrag
---------
57 Zehnerstelle der Summe
Addition der Hunderterstelle mit anschließendem Übertrag
35 795
+ 936
+ 326 7 + 9 + 3 + 1 = 20
2 11 <- Übertrag
---------
057 Hunderterstelle der Summe
Addition der Tausenderstelle ohne Übertrag
35 795
+ 936
+ 326 5 + 2 = 7
2 11 <- Übertrag
---------
7 057 Tausenderstelle der Summe
Addition der Zehntausenderstelle ohne Übertrag
35 795
+ 936
+ 326 3 = 3
2 11 <- Übertrag
---------
37 057 Zehntausenderstelle der Summe
Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass man nur relativ kleine Zahlen im Kopf addieren muss. So kann man Rechenfehler leichter ausfinding machen und muss nicht die gesamte Berechnung wiederholen.
[Bearbeiten] Subtraktion
Minuend - Subtrahend = Differenz oder Unterschied
[Bearbeiten] Schriftliche Subtraktion
Die schriftliche Subtraktion ist etwas komplizierter, als die Addition. Bei zwei Zahlen ist es noch relativ einfach, schwieriger wird es bei 3 und mehr Zahlen.
Subtraktion von 2 Zahlen:
28-17=11
Schriftlich ist die Subtraktion eine umgekehrte Addition
Subtraktion der Einerstelle
28 -17 Man "füllt" die abzuziehende Zahl soweit auf, dass die obenliegende Zahl erreicht wird --- 1 -> 7+1=8 und schreibt unter dem Ergebnisstrich in diesem Fall die 1.
Subtraktion der Zehnerstelle
28 -17 --- 11 -> 1+1=2
Auch hier gibt es einen Übertrag, nämlich dann, wenn die obenliegende Ziffer kleiner ist, als die zugehörige des Subtrahenden. Dieser Übertrag wird dann zur nächsten Ziffer des Subtrahenden dazuaddiert:
Subtraktion der Einerstelle
31 -17 1 -> Übertrag, denn 7+4=11 (die Zehnerstelle wird als Übertrag weiterverwendet) --- 4
Subtraktion der Zehnerstelle
31 -17 1 -> Nun wird zur nächsten Ziffer des Subtrahenden der Übertrag hinzuaddiert, --- also 10+10=20 und von der 30 abgezogen 30-20=10 14
Drei und mehr Zahlen subtrahieren
89-17-45=27
Hier werden alle Zahlen, die ein Minus (-) als Vorzeichen haben, erstmal addiert.
17+45=62
und vom Minuenden danach abgezogen
89-62=27
D.h. es werden 2 Schritte ausgeführt. Nämlich die Addition aller Subtrahenden und danach die Subtraktion wie oben beschrieben.
[Bearbeiten] Multiplikation
Ein Produkt ist die Addition gleicher Summanden, wobei ein Faktor den jeweiligen Summanden und ein weiterer Faktor die Anzahl der Summierungen darstellt.
1.Faktor · 2.Faktor = Produkt
[Bearbeiten] Schriftliche Multiplikation
Bei der schriftlichen Multiplikation wird die erste Zahl mit den einzelnen Ziffern der zweiten Zahl nacheinander, beginnend bei der letzten Stelle, multipliziert. Für jede neue Ziffer wird eine neue Zeile benötigt. Man schreibt jede Multiplikation untereinander und addiert die einzelnen Werte.
Leicht veranschaulicht wird dies bei folgenden 3 Beispielen:
13*7
----
21 -> 7*3
(+) 70 -> 7*10
----
91
Bei zwei- und mehrstelligem Multiplikator macht man obige Rechnung für jede Ziffer "im Kopf" oder auf einer sogenannten Nebenrechnung
123*41
------
3 -> 1*3
123*41
------
23 -> 1*20
123*41
------
123 -> 1*100
Jetzt kommt die Zehnerzahl dran:
123*41
------
123
(+) 20 -> 40*3 = 120 (schreibe 20, merke 100)
123*41
------
123
(+) 920 -> 40*20 = 800 (+ die gemerkten 100 sind 900, also schreibe 9)
123*41
------
123
(+) 4920 -> 40*100 = 4000 (also schreibe 4)
123*41
------
123
(+) 4920
------
5043
Zur besseren Übersicht kann man auch von "vorne" multiplizieren:
765*984
-------
688500 -> 765*900 = 900*700 + 900*60 + 900*5 = 688500 (s. a. schriftliche Addition)
(+) 61200 -> 765* 80 = 80*700 + 80*60 + 80*5 = 61200 (s. a. schriftliche Addition)
(+) 3060 -> 765* 4 = 4*700 + 4*60 + 4*5 = 3060 (s. a. schriftliche Addition)
-------
752760
Gebräuchlich ist auch, die Nullen der 10er-Potenz wegzulassen also bei 900 die letzten beiden Nullen und bei 80 die letzte.
765*984
-------
6885
6120
3060
-------
752760
Dies führt aber bei Ungeübten recht schnell zu versteckten Fehlerquellen.
[Bearbeiten] Division
Dividend : Divisor = Quotient
[Bearbeiten] Schriftliche Division
[Bearbeiten] Rechengesetze
[Bearbeiten] Kommutativgesetz
Das Kommutativgesetz (lat. commutare - vertauschen), auf Deutsch Vertauschungsgesetz, legt fest, wie Argumente einer Operation vertauscht werden dürfen.
Die Summanden eines Summenterm können beliebig vertauscht werden, ohne das sich der Wert der Summe ändert:
Auch bei der Multiplikation können die Faktoren beliebig vertauscht werden, ohne dass sich der Wert ändert:
[Bearbeiten] Assoziativgesetz
Das Assoziativgesetz (lat. associare - vereinigen, verbinden), auf Deutsch Verknüpfungsgesetz oder auch Verbindungsgesetz, wird erfüllt, wenn eine Klammerung beliebig gesetzt werden kann.
In dem fogenden Beispiel führen alle drei Summentermen zu der gleichen Summe. Sie sind also „Assoziativ“:
Das Selbe gilt für diese drei Produkttermen. Trotz unterschiedlicher Klammersetzung liefern Sie alle dieselbe Summe und sind somit ebenfalls „Assoziativ“:
Nicht Assoziativ sind dagegen Differenztermen:
Auch Quotienttermen sind nicht Assoziativ:
[Bearbeiten] Distributivgesetz
Das Distributivgesetz (lat. distribuere „Verteilen“), auf Deutsch Verteilungsgesetz, gibt an, wie bei Verknüpfungen von z.B. Multiplikation und Addition die Klammern aufgelöst werden:
