Die Anzahl an Fingern an einer Hand ist eine ganze Zahl. Da es sich bei ganzen Zahlen um Zahlen handelt, kannst Du mit ihnen rechnen. Und genau darum geht es in dieser Erklärung: das Rechnen mit ganzen Zahlen.
Werfe ein Blick auf die folgende Abbildung. Wie viele Finger sind es im Bild? Du könntest anfangen, zu zählen. Es gibt aber eine effizientere Methode.
Abbildung 1: Finger und Hände
Die Methode wird umso effizienter, je mehr Du zum Zählen hast; wie in der nächsten Abbildung.
Abbildung 2: Finger und Hände
Die ganzen Zahlen - eine Wiederholung
Die ganzen Zahlen sind eine Erweiterung der natürlichen Zahlen.
Natürliche Zahlen
Mit Mengen von Objekten kommst Du jeden Tag in Kontakt. Um diese Menge zu zählen und anzugeben, verwendest Du die natürlichen Zahlen.
In der unteren Abbildung hast Du ein paar Exemplare einer Spielekonsole. Wie viele das genau sind, kannst Du mithilfe der natürlichen Zahlen feststellen, indem Du zählst.
Du fängst zum Beispiel oben an und sagst: Das ist die erste Spielekonsole. Dann gehst Du zur nächsten: Das ist die zweite Spielekonsole. Am Ende erreichst Du das letzte Exemplar: Das ist die dritte Spielekonsole.
Insgesamt hast Du also 3 Exemplare dieser Spielekonsole.
Abbildung 3: Zählen mit den natürlichen Zahlen
Die Zahlen, mit denen Du die genaue Menge angibst, haben in der Mathematik einen eigenen Namen.
Die Zahlen
heißen die natürlichen Zahlen . Die drei Punkte teilen Dir mit, dass Du die Folge beliebig lang fortsetzen kannst.
Sie sind die Zahlen, mit denen Du etwas zählen kannst und werden daher auch Zählzahlen genannt.
Von einer natürlichen Zahl zur nächsten gehst Du immer genau einen Schritt weiter (siehe Abbildung 4).
Du hast zwei natürliche Zahlen gegeben. Die Zahl, die sich entlang des Zahlenstrahls weiter rechts befindet, ist die größere Zahl.
Werfe einmal einen Blick auf Abbildung 4. Du schnappst Dir die beiden Zahlen 2 und 3. Da sich 3 rechts von der 2 befindet, ist 3 größer als 2.
Abbildung 4: Anordnung der natürlichen Zahlen
Ganze Zahlen = Natürliche Zahlen + Negative Zahlen
Solange Du nur Objekte zählst, reichen die natürlichen Zahlen aus. Aber im Alltag triffst Du schnell auf Situationen, bei denen die natürlichen Zahlen nicht mehr ausreichend sind (siehe folgende Vertiefung).
Negative Zahlen im Alltag
Anders als positive Zahlen kannst Du negative Zahlen nicht "fassen". Drei Münzen oder drei Kekse kannst Du in Deinen Händen halten, aber minus drei Münzen oder minus drei Kekse?
Dennoch kannst Du negativen Zahlen im Alltag begegnen; und zwar im folgenden Sinn: Wann immer Du eine Richtung als "positiv" betitelst, die entgegengesetzte Richtung ist dann automatisch "negativ".
Im Alltag siehst Du das bei:
- Temperaturen: In der "positiven" Richtung wird es wärmer, in der "negativen" Richtung hingegen kälter. So kannst Du im Winter Temperaturen von haben.
- Geld: In der "positiven" Richtung besitzt Du Geld, in der "negativen" Richtung hast Du Schulden. Du kannst etwa Schulden von haben, die Dir dann als angegeben werden.
- Parkhäuser: In der "positiven" Richtung geht es nach oben, in der "negativen" Richtung nach unten. Wenn Du Dich zwei Stockwerke unterhalb des Erdgeschosses befindest, so bist Du im Stockwerk .
Die ganzen Zahlen erweitern die natürlichen Zahlen um diese sogenannten negativen Zahlen. Du erkennst sie anhand eines neuen Zeichens: dem Minuszeichen.
Das Minuszeichen teilt Dir mit: Das sind Zahlen, die kleiner als die Null sind und damit als alle natürlichen Zahlen.
Auch die ganzen Zahlen begegnen Dir im Alltag immer wieder.
Die Menge der ganzen Zahlen setzt sich zusammen aus den natürlichen Zahlen und den negativen Zahlen.
Die negativen Zahlen sind kleiner 0 und enthalten ein Minus (-) ; Zahlen rechts der Null werden auch als positive Zahlen bezeichnet.
In Abbildung 5 siehst Du alle wichtigen Begriffe und was sie darstellen, auf einen Blick. Diese Veranschaulichung der ganzen Zahlen findest Du auch unter dem Namen Zahlengerade.
Abbildung 5: Zahlengerade
Rechnen mit ganzen Zahlen - Erklärung
Vorab: Wenn Du zu den einzelnen Grundrechenarten weitere Informationen und Beispiele sehen möchtest, werfe einen Blick auf die entsprechenden Erklärungen dazu.
Addieren ganzer Zahlen
Die Addition ganzer Zahlen kannst Du Dir wie einen Aufruf zur Wanderung vorstellen.
Du möchtest diese beiden Zahlen addieren:
Für beide Zahlen gibt es genau eine Stelle entlang der Zahlengeraden. Beginne bei der ersten Zahl, hier also an der Stelle der Zahl 2.
Das Pluszeichen gemeinsam mit der Zahl 3 teilen Dir jetzt Folgendes mit: Von der Anfangsstelle (2) aus gehe 3 Schritte nach rechts.
Nach der Wanderung erreichst Du eine weitere Stelle der Zahlengeraden. Dort angekommen, blickst Du nach unten, um die Beschriftung dieser Stelle zu erkennen: Es ist die Zahl 5 (siehe Abbildung 6).
Abbildung 6: Addition als Wanderung
Damit hast Du also die Aufgabe gelöst:
Bei größeren Zahlen kannst Du nach wie vor an eine Wanderung entlang der Zahlengeraden denken. Das konkrete Rechnen ist aber etwas anspruchsvoller.
Als Hilfsmittel gibt es die schriftliche Addition.
Zwei große Zahlen schriftlich addieren
Du hast wieder eine Addition:
Für die schriftliche Addition schreibst Du die beiden Zahlen übereinander, sodass sich die entsprechenden Stellen direkt gegenüber befinden:
Zunächst addierst Du die Einerstellen. Direkt darunter notierst Du Dir aber nur die Einerstelle dieser Addition, das heißt, Du hast
Um nicht zu vergessen, dass die beiden Einerstellen eine Zehnerstelle erzeugt haben, schreibst Du eine kleine 1 direkt neben der 4.
Wenn Du jetzt die Zehnerstellen addierst, wirkt diese kleine 1 wie eine extra Zehnerstelle. Die Summe von 3 und 4 ist 7, wegen der kleinen 1 wird das aber zu einer 8:
Die Zehnerstellen erzeugen keine neue Hunderterstelle. Du kannst also die Hunderterstellen addieren, ohne Rücksicht auf "extra Stellen" geben zu müssen:
Subtrahieren ganzer Zahlen
Wenn Du von einer ganzen Zahl eine weitere ganze Zahl subtrahierst, so wird die Zahl kleiner. Du bewegst Dich also entlang der Zahlengeraden nach links.
Subtraktion ganzer Zahlen
Du hast diese Subtraktion gegeben:
Wie bei der Addition beginnst Du bei der Stelle der Zahl 5 als Startpunkt. Da die Zahl 4 von der 5 subtrahiert wird, gehst Du jetzt 4 Schritte nach hinten bzw. nach links.
Abbildung 7: Subtraktion 5 - 4 an der Zahlengeraden
Das Ergebnis ist also .
Für die Subtraktion von größeren Zahlen gibt es wie bei der Addition ein eigenes Schema: das schriftliche Subtrahieren.
Zwei große Zahlen schriftlich subtrahieren
Die Subtraktion ist dieses Mal:
Das Schema der schriftlichen Subtraktion sieht genauso aus wie das der schriftlichen Addition. Du hast nur ein Minuszeichen statt eines Pluszeichens:
Wie bei der schriftlichen Addition gehst Du von rechts nach links. Zunächst kommt also die Einerstelle. Weil die obere Einerstelle kleiner ist als die untere Einerstelle,
leihst Du Dir von der benachbarten Zehnerstelle eine Eins aus. Aus der Einerstelle 1 wird also die Zahl 11 und Du rechnest
Um anzudeuten, dass Du Dir von der Zehnerstelle eine Eins ausgeliehen hast, streichst Du die Zehnerstelle weg und notierst direkt darüber, wie viele Zehner übrig sind. Genau dasselbe machst Du mit der Einerstelle:
Nun gehst Du zur Zehnerstelle über. Da Du Dir für die Einerstelle eine Eins ausgeborgt hast, hat die obere Zahl keinen Zehner mehr übrig. Das heißt, Du hast oben eine Null und unten eine 1
und es ist .
Du gehst also eine Stelle weiter und leihst Dir von der Hunderterstelle eine Eins aus. Die Rechnung hier ist dadurch
Im Schema deutest Du das wieder durch Wegstreichen an:
Die Hunderterstelle der oberen Zahl hat jetzt eine Eins weniger. Dadurch hast Du oben eine 1 und unten eine 1 stehen. Damit bekommst Du im letzten Schritt:
Das Ergebnis der Subtraktion ist daher:
Multiplizieren ganzer Zahlen
Die Multiplikation zweier Zahlen ist im Alltag überall präsent. Sie ist in gewisser Weise eine Addition.
Von einer Multiplikation zu einer Addition
Betrachte die Multiplikation
In Worten heißt es: "Viermal die Zahl 3". Ausgeschrieben ist das
Du kannst die Multiplikation auch als "Dreimal die Zahl 4" lesen, also
Das wird in Abbildung 8 veranschaulicht.
Abbildung 8: Multiplikation veranschaulicht
Mit der Multiplikation kannst Du daher sich wiederholende Ausdrücke kompakter schreiben. Auch hier gibt es ein Schema, das sich schriftliche Multiplikation nennt. Schaue Dir dazu die Erklärung Multiplikation mit ganzen Zahlen an.
Dividieren ganzer Zahlen
Die letzte Grundrechenart ist die Division ganzer Zahlen. Du teilst eine Zahl durch eine andere Zahl. Das Ergebnis dieser Division ist diejenige Zahl, mit der Du die zweite Zahl multiplizieren musst, um zur ersten Zahl zu gelangen.
Ein anderer Blick auf die Division
Das Ergebnis der Division
ist diejenige Zahl, die multipliziert mit der Zahl 4 die Zahl 12 ergibt. Und das ist gerade die Zahl 3, denn
Geometrisch kannst Du die Division so auffassen: Du sollst einen großen Block mit 12 Kästchen in 4 kleinere Blöcke aufteilen. Wie viele Kästchen passen in jeden der vier Blöcke hinein? Die Antwort ist genau 3 Kästchen pro Block (siehe Abbildung 9).
Abbildung 9: Division veranschaulicht
Auch für das Dividieren gibt es ein Schema, das sich schriftliches Dividieren nennt. Für Details und Beispiele werfe einen Blick auf die Erklärung Division mit ganzen Zahlen.
Der Euklidische Algorithmus
Mit dem euklidischen Algorithmus kannst Du unter anderem effizient den größten gemeinsamen Teiler zweier ganzer Zahlen bestimmen.
Für die Anwendung des euklidischen Algorithmus brauchst Du alle vier Grundrechenarten. Wenn Du Dir die entsprechenden Erklärungen zu den Grundrechenarten angesehen hast, werfe auf jeden Fall auch einen Blick in die Erklärung "euklidischer Algorithmus".
Rechnen mit ganzen Zahlen und Klammern
Wenn Klammer auftauchen, musst Du insbesondere in zwei Fällen achtsam sein:
Minuszeichen direkt vor der Klammer
Du sollst den folgenden Ausdruck
ausrechnen. Du hast bei Klammern zwei Optionen: Entweder zuerst das innerhalb der Klammer vereinfachen oder direkt die Klammer auflösen und dann vereinfachen.
Option 1: Zuerst innerhalb der Klammer vereinfachen
Hier rechnest Du
Option 2: Klammer direkt auflösen, dann vereinfachen
Wegen des Minuszeichens vor der Klammer musst Du alle Vorzeichen innerhalb der Klammer umkehren. Du hast also
Jetzt kannst Du die Zahlen zusammenrechnen
Zahl direkt vor der Klammer
Dieses Mal hast Du den Ausdruck
gegeben. Erneut hast Du wie im vorherigen Beispiel dieselben zwei Optionen.
Option 1: Zuerst innerhalb der Klammer vereinfachen
Die Rechnung hier ist
Option 2: Klammer direkt auflösen, dann vereinfachen
Die Zahl direkt vor der Klammer kannst Du verschwinden lassen, indem Du sie nacheinander mit den Zahlen innerhalb der Klammer multiplizierst. Du rechnest also
Des Rätsels Lösung
Schaue Dir Abbildung 10 an. Zu jeder Hand wurde die Anzahl an Fingern angegeben: fünf Finger pro Hand.
Abbildung 10: Hände mit Anzahl an Fingern
Da im Bild insgesamt fünf Hände vorhanden sind, beträgt die Anzahl an Fingern genau
Du kannst das auch als eine Addition auffassen: Du hast fünf Hände mit jeweils fünf Fingern, das heißt
Wenn Du jetzt vier solcher Bilder hast, musst Du das Ergebnis von einem Bild nur mit der Zahl 4 multiplizieren. In vier Bildern hast Du also insgesamt
Rechnen mit ganzen Zahlen - Aufgaben und Übungen
In den Aufgaben findest Du nur die schriftliche Addition und Subtraktion. Für weitere Beispiele dazu und insbesondere für die schriftliche Multiplikation und Division werfe einen Blick auf die entsprechenden Erklärungen.
Aufgabe 1
Berechne das Ergebnis der folgenden Addition
Lösung
Verwendung der schriftlichen Addition ergibt
und daher lautet das Ergebnis
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