Это не официальный сайт wikipedia.org 01.01.2023

Дробь (математика) — Википедия

Дробь (математика)

(перенаправлено с «Числитель дроби»)
8   /   13     8 13 числитель
числитель знаменатель знаменатель
Две записи одной дроби

Дробь в арифметике — число, состоящее из одной или нескольких равных частей (долей) единицы[1].

В математике используется несколько обобщённое определение, различающее два типа дробей.

  1. Обыкновенные дроби[⇨] вида m n , где m целое, n натуральное. В отличие от арифметического определения, такая дробь может иметь знак минус.
  2. Запись (не обязательно дробных) чисел в позиционных системах счисления. Наиболее известны десятичные дроби[⇨], удобные для людей, и двоичные дроби, которые используются для расчётов на компьютерах[2].

В математической записи дроби вида m / n или m n число перед (над) чертой называется числителем, а число после черты (под чертой) — знаменателем. Первый выступает в роли делимого, второй — делителя.

В общей алгебре обыкновенные дроби образуют поле рациональных чисел.

Виды дробейПравить

Обыкновенные дробиПравить

 
Наглядное представление дроби 3/4

Обыкновенная (или простая) дробь — запись рационального числа в виде m n   или m / n ,   где n 0.   Горизонтальная [называется винкулум] или косая [солидус] черта обозначает знак деления, в результате которого получается частное. Делимое называется числителем дроби, а делитель — знаменателем.

Обозначения обыкновенных дробейПравить

Есть несколько видов записи обыкновенных дробей в печатном виде:

  • ½,
  • 1/2 (такая наклонная черта называется «слеш»),
  • 1 / 2   (такая наклонная черта называется «солидус»[3]),
  • выключная формула: 1 2  ,
  • строчная формула: 1 2  .

Правильные и неправильные дробиПравить

Правильной называется дробь, у которой модуль числителя меньше модуля знаменателя. Дробь, у которой модуль числителя больше модуля знаменателя или равен ему, называется неправильной и представляет собой рациональное число, по модулю большее или равное единице.

Например, дроби 3 5  , 7 8   и 1 2   — правильные, в то время как 8 3  , 9 5  , 2 1   и 1 1   — неправильные. Всякое отличное от нуля целое число можно представить в виде неправильной обыкновенной дроби со знаменателем 1  .

Смешанные дробиПравить

Дробь, записанная в виде неотрицательного целого числа и правильной дроби, называется смешанной дробью и понимается как сумма этого числа и дроби. Любое рациональное число можно записать в виде смешанной дроби (с добавлением спереди знака «минус» для отрицательных чисел). В противоположность смешанной дроби, дробь, содержащая лишь числитель и знаменатель, называется простой.

Например, 2 3 7 = 2 + 3 7 = 14 7 + 3 7 = 17 7  .

Составные дробиПравить

Многоэтажной, или составной, дробью называется выражение, содержащее несколько горизонтальных (или реже — наклонных) черт:

1 2 / 1 3   или 1 / 2 1 / 3   или 12 3 4 26  .

Вообще говоря, знак дроби в таком обобщённом смысле применяется не только для дробей, но и для компактного обозначения деления, причём даже не только целых чисел, но и любых действительных и комплексных чисел, функций, многочленов и тому подобных операндов различных операций деления.

Десятичные дробиПравить

Десятичной дробью называют позиционную запись дроби, в которой знаменатель не дан в явном виде, но понимается как целое число, степень десяти (напр. 100, 1000 и др). Она выглядит следующим образом (знак +   вне арифметических выражений обычно опускается):

± a 1 a 2 a n , b 1 b 2  

Часть записи, которая стоит до запятой, в случае неотрицательной дроби является целой частью числа (дроби), а стоящая после запятой — дробной частью. Всякую обыкновенную дробь можно преобразовать в десятичную, которая в этом случае либо имеет конечное число знаков после запятой, либо является периодической дробью.

Пример: десятичная дробь 3,141 5926   в формате обыкновенной дроби равна 31415926 10000000  .

Десятичные дроби с бесконечным числом цифр справа от десятичного разделителя представляют собой бесконечный ряд. Например, 1/3 = 0,333… представляет собой бесконечный ряд 3/10 + 3/100 + 3/1000 + …

Десятичные дроби также могут быть выражены в экспоненциальном представлении с отрицательными показателями, например запись 6,023 × 10−7, означает 0,0000006023 (умножение на 10 7  , или, что то же, деление на 10 7 ,   перемещает знак запятой на 7 разрядов влево).

Другой вид дроби представляет собой процент (лат. Pro Centum — «на сто»), представленный символом %, в которой подразумеваемый знаменатель всегда равен 100. Таким образом, 51 % означает 51/100. Проценты больше 100 или меньше нуля обрабатываются таким же образом, например, 311 % равняется 311/100, а −27 % равняется −27/100.

Схожее понятие промилле или частей на тысячу подразумевает знаменатель 1000. Распространенным обозначением частей на миллион является (англ. parts per million — ppm), Например 75 ppm, означает, что пропорция составляет 75 / 1000000.

Международная система единиц
Международное обозначение Русское Система СИ
ppm млн−1; 1:106 микро (мк)
ppb млрд−1; 1:109 нано (н)
ppt трлн−1; 1:1012 пико (п)
ppquad квадрлн−1; 1:1015 фемто (ф)

Вообще говоря, для позиционной записи числа́ можно использовать не только десятичную систему счисления, но и другие (в том числе и специфические, такие, как фибоначчиева).

Значение дроби и основное свойство дробиПравить

Дробь является всего лишь записью числа. Одному и тому же числу могут соответствовать разные дроби, как обыкновенные, так и десятичные.

Если умножить числитель и знаменатель дроби на одинаковую величину:

P R = C P C R  

то значение дроби останется прежним, хотя дроби — разные. Например:

3 4 = 9 12 = 12 16  

И обратно, если числитель и знаменатель заданной дроби имеют общий делитель, то обе части можно разделить на него; такая операция называется сокращением дроби. Пример:

12 16 = 12 : 4 16 : 4 = 3 4   — здесь числитель и знаменатель дроби сократили на общий делитель 4  .

Несократимой называется дробь, числитель и знаменатель которой взаимно просты, то есть не имеют общих делителей, кроме ± 1.  

Для десятичной дроби запись почти всегда однозначна, кроме случаев окончания записи бесконечной последовательностью либо только нулей (которые можно опустить), либо только девяток. Например:

0 , 999... = 1   — две разные записи дроби соответствуют одному числу;
2 , 13999... = 2 , 14  .

Действия с дробямиПравить

В этом разделе рассматриваются действия над обыкновенными дробями. О действиях над десятичными дробями см. Десятичная дробь.

Приведение к общему знаменателюПравить

Для сравнения, сложения и вычитания дробей их следует преобразовать (привести) к виду с одним и тем же знаменателем. Пусть даны две дроби: a b   и c d  . Порядок действий:

  • Находим наименьшее общее кратное знаменателей: M = [ b , d ]  .
  • Умножаем числитель и знаменатель первой дроби на M / b  .
  • Умножаем числитель и знаменатель второй дроби на M / d  .

После этого знаменатели обеих дробей совпадают (равны M  ). Вместо наименьшего общего кратного можно в простых случаях взять в качестве M   любое другое общее кратное, например, произведение знаменателей. Пример см. ниже в разделе Сравнение.

СравнениеПравить

Чтобы сравнить две обыкновенные дроби, следует привести их к общему знаменателю и сравнить числители получившихся дробей. Дробь с бо́льшим числителем будет больше.

Пример. Сравниваем 3 4   и 4 5  . H O K ( 4 , 5 ) = 20  . Приводим дроби к знаменателю 20  .

3 4 = 15 20 ; 4 5 = 16 20  

Следовательно, 3 4 < 4 5  

Сложение и вычитаниеПравить

Чтобы сложить две обыкновенные дроби, следует привести их к общему знаменателю. Затем сложить числители, а знаменатель оставить без изменений:

Пример 1: 1 2   + 1 3   = 3 6   + 2 6   = 5 6  

НОК знаменателей (здесь 2   и 3  ) равно 6  . Приводим дробь 1 2   к знаменателю 6  , для этого числитель и знаменатель надо умножить на 3  .
Получилось 3 6  . Приводим дробь 1 3   к тому же знаменателю, для этого числитель и знаменатель надо умножить на 2  . Получилось 2 6  .
Чтобы получить разность дробей, их также надо привести к общему знаменателю, а затем вычесть числители, знаменатель при этом оставить без изменений:

1 2   — 1 4   = 2 4   — 1 4   = 1 4  

НОК знаменателей (здесь 2   и 4  ) равно 4  . Приводим дробь 1 2   к знаменателю 4  , для этого надо числитель и знаменатель умножить на 2  . Получаем 2 4  .

Пример 2: 3 5 + 2 7 = 3 7 5 7 + 2 5 7 5 = 21 35 + 10 35 = 31 35  

Умножение и делениеПравить

Чтобы умножить две обыкновенные дроби, нужно перемножить их числители и знаменатели:

a b c d = a c b d .  

В частности, чтобы умножить дробь на натуральное число, надо числитель умножить на число, а знаменатель оставить тем же:

2 3 3 = 6 3 = 2  

В общем случае, числитель и знаменатель результирующей дроби могут не быть взаимно простыми, и может потребоваться сокращение дроби, например:

5 8 2 5 = 10 40 = 1 4 .  

Определим обратную дробь для дроби a b   как дробь b a   (здесь a , b 0  ). Тогда, согласно определению умножения, произведение дроби на обратную к ней равно 1:

a b b a = a b a b = 1  

Чтобы поделить одну обыкновенную дробь на другую, нужно умножить первую дробь на дробь, обратную второй:

a b : c d = a b d c = a d b c , b , c , d 0.  

Например:

1 2 : 1 3 = 1 2 3 1 = 3 2 .  

Возведение в степень и извлечение корняПравить

Чтобы возвести дробь в степень, необходимо возвести её числитель и знаменатель в эту же степень:

( a b ) n = a n b n , b 0.  

Пример:

( 2 3 ) 3 = 2 3 3 3 = 8 27  

Чтобы извлечь корень из дроби, необходимо извлечь соответствующий корень из числителя и знаменателя:

a b n = a n b n , b 0.  

Пример:

64 125 3 = 64 3 125 3 = 4 5 .  

Преобразование между разными форматами записиПравить

Чтобы преобразовать обыкновенную дробь в дробь десятичную, следует разделить числитель на знаменатель. Результат может иметь конечное число десятичных знаков, но может быть и бесконечной периодической дробью. Примеры:

1 2 = 5 10 = 0 , 5  
1 7 = 0,142 857142857142857 = 0 , ( 142857 )   — бесконечно повторяющийся период принято записывать в круглых скобках.

Чтобы преобразовать десятичную дробь с конечным числом десятичных знаков в дробь обыкновенную, следует представить её дробную часть в виде натурального числа, делённого на соответствующую степень 10. Затем к результату приписывается целая часть со знаком, формируя смешанную дробь. Пример:

71,147 5 = 71 + 1475 10000 = 71 1475 10000 = 71 59 400  

Бесконечная десятичная дробь, вообще говоря, не может быть точно представлена как обыкновенная. Исключением являются периодические десятичные дроби, для которых такое представление всегда возможно[4].

Пример (см. также Преобразование периодической десятичной дроби в обыкновенную). Преобразуем периодическую дробь 1 , 3 ( 142857 ) = 1 , 3   142857   142857   142857   в обыкновенную дробь. 1 , 3 ( 142857 ) = 1 , 3 + 0 , 1 0 , ( 142857 ) .   Обозначим x = 0 , ( 142857 )  , тогда 1000000 x = 142857 + x ,   откуда: 999999 x = 142857 ,   или: x = 142857 999999 = 1 7 .   В итоге получаем: 1 , 3 ( 142857 ) = 1 , 3 + 0 , 1 x = 1 , 3 + 0 , 1 1 7 . = 13 10 + 1 70 = 92 70 = 1 11 35 .  

История и этимология терминаПравить

Русский термин дробь, как и его аналоги в других языках, происходит от лат. fractura, который, в свою очередь, является переводом арабского термина с тем же значением: ломать, раздроблять. Фундамент теории обыкновенных дробей заложили греческие и индийские математики. Через арабов термин, в переводе на латинский, перешёл в Европу, он упоминается уже у Фибоначчи (1202 год). Слова числитель и знаменатель ввёл в оборот греческий математик Максим Плануд.

Дроби вычислялись ещё в Древнем Египте. До наших дней сохранились математические источники о египетских дробях: Математический папирус Ринда (ок. 1650 год до н. э.)[5], Египетский математический кожаный свиток (XVII век до н. э.)[6], Московский математический папирус (ок. 1850 год до н. э.), Деревянная табличка из Ахмима (англ.) (ок. 1950 год до н. э.)[7].

В Китае обыкновенные дроби встречаются в труде «Математика в девяти книгах» (X—II в до н. э.), отредактированной во II в до н. э. финансовым чиновником Чжан Цаном . Десятичные дроби впервые встречаются в Китае примерно с III века н. э. при вычислениях на счётной доске (суаньпань). В письменных источниках десятичные дроби ещё некоторое время изображали в традиционном (не позиционном) формате, но постепенно позиционная система вытеснила традиционную[8]. Персидский математик и астроном Джамшид Гияс-ад-дин ал-Каши (1380—1429) в трактате «Ключ арифметики» (1427 г.) объявил себя изобретателем десятичных дробей, хотя они встречались в трудах Ал-Уклидиси, жившего на пять веков раньше[9].

Поначалу европейские математики оперировали только с обыкновенными дробями, а в астрономии — с шестидесятеричными. Современное обозначение обыкновенных дробей происходит из Древней Индии — вначале его позаимствовали арабы, а затем, в XII-XVI веках, — европейцы. Вначале в дробях не использовалась дробная черта: числа 1 4 , 2 1 5   записывались таким способом: 1 4 , 2 I 5 .   Использование черты дроби стало постоянным лишь около 300 лет назад. В Европе первым учёным, который использовал и распространял индийскую систему счёта (известную как «арабские цифры»), в том числе способ записи дробей, стал итальянский купец, путешественник, сын городского писаря — Фибоначчи (Леонардо Пизанский)[10]. Полноценная теория обыкновенных дробей и действий с ними сложилась в XVI веке (Тарталья, Клавиус).

В Европе первые десятичные дроби ввёл Иммануил Бонфис около 1350 года, но широкое распространение они получили только после появления сочинения Симона Стевина «Десятая» (1585). Стевин записывал десятичные дроби сложными способами: например, число 42,53 записывалось как 4 0 2   5 1   3 2   или 42 5 ① 3 ②, где 0 в круге или над строкой означал целую часть, 1 — десятые, 2 — сотые, и так далее. Запятую для отделения целой части стали использовать с XVII века[10].

На Руси дроби называли долями. В первых российских учебниках математики — в XVII веке — дроби назывались ломаными числами[10]. Термин дробь, как аналог латинского fractura, используется в «Арифметике» Магницкого (1703) как для обыкновенных, так и для десятичных дробей.

ОбобщенияПравить

См. такжеПравить

ПримечанияПравить

ЛитератураПравить

На русском:

  • Дробь арифметическая // Математическая энциклопедия (в 5 томах). — Москва: Советская Энциклопедия, 1982. — Т. 2. — С. 389—390.
  • Математика: Учеб. для 5 кл. средн. шк. / под ред. Н. Я. Виленкин, В. И. Жохов, А. С. Чесноков, С. И. Шварцбурд. — 4-е изд. — Чебоксары: Чув. кн. изд-во, 1997. — С. 202—203, 230.
  • Цыпкин А. Г. Справочник по математике для средних учебных заведений. — 3-е изд.. — Москва: Наука, 1983. — С. 51. — 480 с.

На английском:

  • Berggren, J. Lennart. Mathematics in Medieval Islam // The Mathematics of Egypt, Mesopotamia, China, India, and Islam: A Sourcebook (англ.). — Princeton University Press, 2007. — P. 518. — ISBN 978-0-691-11485-9.
  • Jean-Claude Martzloff. A History of Chinese Mathematics. Springer (англ.). — 1997. — ISBN 3-540-33782-2.
  • William K. Simpson. An Additional Fragment from the "Hatnub" Stela // Journal of Near Eastern Studies. — 1961. — Январь (т. 20, № 1). — С. 25—30.
  • Clagett, Marshall. Memoirs of the American Philosophical Society 232 // Ancient Egyptian Science: A Source Book. — Philadelphia: American Philosophical Society, 1999. — Т. 3. — С. 17—18, 25, 37—38, 255—257.

СсылкиПравить