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Periodische Dezimalzahlen verstehen und umwandeln

Periodische Dezimalzahlen beschäftigen Mathematiker schon seit Jahrhunderten. Ihre Geschichte ist eng mit der Entwicklung unseres Zahlensystems verknüpft.

Die Anfänge im Orient

Die ersten systematischen Beschreibungen von Dezimalzahlen entstanden im arabischen Raum. Der persische Mathematiker al-Uqlidisi verwendete im 10. Jahrhundert als einer der Ersten ein Komma, um den ganzzahligen Teil vom gebrochenen Teil zu trennen. Er rechnete dabei mit Zehnteln, Hundertsteln und Tausendsteln. Ob er die Besonderheit von periodischen Zahlen kannte, ist nicht überliefert.

Europa entdeckt das Dezimalsystem

Im 16. Jahrhundert brachte der flämische Mathematiker Simon Stevin das Dezimalsystem nach Europa. Sein Werk „De Thiende” aus dem Jahr 1585 erklärte als erstes europäisches Buch systematisch das Rechnen mit Dezimalbrüchen. Stevin glaubte, dass sein System alle Rechenprobleme vereinfachen würde. Periodische Zahlen passten allerdings nicht in sein Weltbild. Er wünschte sich eine Mathematik ohne diese „unordentlichen” unendlichen Folgen.

Das Problem der unendlichen Wiederholung

Im 17. und 18. Jahrhundert begannen Mathematiker ernsthafter über unendliche Dezimaldarstellungen nachzudenken. John Wallis und später Leonhard Euler untersuchten, welche Brüche abbrechende und welche periodische Dezimalzahlen ergeben. Euler erkannte einen wichtigen Zusammenhang. Der Nenner eines Bruchs bestimmt, ob die Dezimalzahl abbricht oder sich wiederholt.

Die mathematische Erklärung

Johann Heinrich Lambert bewies im Jahr 1761, dass irrationale Zahlen wie π\pi weder abbrechen noch periodisch sind. Das klärte die Situation endgültig. Zahlen lassen sich in drei Gruppen einteilen: abbrechende Dezimalzahlen, periodische Dezimalzahlen und nicht-periodische, unendliche Dezimalzahlen. Periodische Dezimalzahlen sind dabei genau die rationalen Zahlen, also Zahlen, die man als Bruch schreiben kann.

Heute im Schulunterricht

Diese historische Erkenntnis ist heute Schulstoff. Du lernst nicht nur eine Rechentechnik. Du folgst einem Gedankengang, den kluge Köpfe über Jahrhunderte entwickelt haben.

Wenn du einen Bruch in eine Dezimalzahl umwandelst, gibt es zwei Möglichkeiten. Entweder die Division geht irgendwann auf. Dann erhältst du eine abbrechende Dezimalzahl wie 0.50.5 oder 0.250.25. Oder die Division geht nie auf. Dann wiederholen sich eine oder mehrere Ziffern unendlich oft.

Bei rein-periodischen Dezimalzahlen beginnt die Wiederholung sofort nach dem Komma. Das ist der einfachere Fall. Bei gemischt-periodischen Dezimalzahlen gibt es zuerst einen nicht-periodischen Teil, die sogenannte Vorperiode. Dann erst folgt die sich wiederholende Periode.

Wie erkennst du die Periode bei einer Division?

Führe die Division schriftlich durch. Beobachte dabei die Reste. Sobald ein Rest zum zweiten Mal auftaucht, beginnt die Wiederholung. Ab diesem Punkt wiederholen sich alle folgenden Ziffern exakt. Der Rest bestimmt die Ziffer im Ergebnis. Gleicher Rest bedeutet gleiche Ziffer.

Bei einem Bruch mit Nenner nn kann der Rest nur die Werte 0,1,2,...,n10, 1, 2, ..., n-1 annehmen. Es gibt also höchstens n1n-1 verschiedene Reste. Deshalb ist die Periode eines Bruchs mit Nenner nn höchstens n1n-1 Ziffern lang.

Jede periodische Dezimalzahl lässt sich als Bruch schreiben. Dafür gibt es eine elegante Methode. Sie nutzt, dass sich die unendlichen Teile beim Subtrahieren gegenseitig aufheben.

Das Grundprinzip ist immer gleich. Du erzeugst zwei Gleichungen, die denselben unendlichen Teil haben. Beim Subtrahieren verschwindet der unendliche Teil. Übrig bleibt eine einfache Gleichung mit ganzen Zahlen.

Beispiel:

Beispiel 1: Rein-periodische Dezimalzahl mit einer Ziffer

Abschnitt betitelt „Beispiel 1: Rein-periodische Dezimalzahl mit einer Ziffer“

Wandle 0.40.\overline{4} in einen Bruch um.

Lösung:

Schritt 1: Setze x=0.4=0.4444...x = 0.\overline{4} = 0.4444...

Schritt 2: Die Periode hat eine Ziffer. Multipliziere mit 1010:

10x=4.4444...10x = 4.4444...

Schritt 3: Subtrahiere die erste Gleichung von der zweiten:

10xx=4.4444...0.4444...10x - x = 4.4444... - 0.4444...9x=49x = 4

Schritt 4: Löse nach xx auf:

x=49x = \frac{4}{9}

Ergebnis: 0.4=490.\overline{4} = \dfrac{4}{9}

Probe: 4÷9=0.4444...4 \div 9 = 0.4444...

Beispiel:

Beispiel 2: Rein-periodische Dezimalzahl mit zwei Ziffern

Abschnitt betitelt „Beispiel 2: Rein-periodische Dezimalzahl mit zwei Ziffern“

Wandle 0.270.\overline{27} in einen Bruch um.

Lösung:

Schritt 1: Setze x=0.27=0.272727...x = 0.\overline{27} = 0.272727...

Schritt 2: Die Periode hat zwei Ziffern. Multipliziere mit 100100:

100x=27.272727...100x = 27.272727...

Schritt 3: Subtrahiere die erste Gleichung:

100xx=27.272727...0.272727...100x - x = 27.272727... - 0.272727...99x=2799x = 27

Schritt 4: Löse nach xx auf. Kürze mit 99:

x=2799=311x = \frac{27}{99} = \frac{3}{11}

Ergebnis: 0.27=3110.\overline{27} = \dfrac{3}{11}

Probe: 3÷11=0.272727...3 \div 11 = 0.272727...

Merke: Bei einer zweistelligen Periode dividierst du durch 9999. Bei einer einstelligen durch 99. Bei einer dreistelligen durch 999999.

Beispiel:

Wandle 0.160.1\overline{6} in einen Bruch um.

Lösung:

Diese Zahl hat die Vorperiode 11 und die Periode 66.

Schritt 1: Setze x=0.16=0.1666...x = 0.1\overline{6} = 0.1666...

Schritt 2: Verschiebe so, dass die Periode direkt nach dem Komma steht. Die Vorperiode hat eine Ziffer. Multipliziere mit 1010:

10x=1.666...=1.610x = 1.666... = 1.\overline{6}

Schritt 3: Jetzt ist die Periode direkt nach dem Komma. Multipliziere nochmals mit 1010:

100x=16.666...100x = 16.666...

Schritt 4: Subtrahiere Schritt 2 von Schritt 3:

100x10x=16.666...1.666...100x - 10x = 16.666... - 1.666...90x=1590x = 15

Schritt 5: Löse nach xx auf. Kürze mit 1515:

x=1590=16x = \frac{15}{90} = \frac{1}{6}

Ergebnis: 0.16=160.1\overline{6} = \dfrac{1}{6}

Beispiel:

Beispiel 4: Gemischt-periodische Dezimalzahl mit zweistelliger Periode

Abschnitt betitelt „Beispiel 4: Gemischt-periodische Dezimalzahl mit zweistelliger Periode“

Wandle 0.0830.08\overline{3} in einen Bruch um.

Lösung:

Die Vorperiode ist 0808 (zwei Ziffern). Die Periode ist 33 (eine Ziffer).

Schritt 1: Setze x=0.083=0.08333...x = 0.08\overline{3} = 0.08333...

Schritt 2: Die Vorperiode hat zwei Ziffern. Multipliziere mit 100100:

100x=8.3=8.333...100x = 8.\overline{3} = 8.333...

Schritt 3: Die Periode hat eine Ziffer. Multipliziere nochmals mit 1010:

1000x=83.333...1000x = 83.333...

Schritt 4: Subtrahiere:

1000x100x=83.333...8.333...1000x - 100x = 83.333... - 8.333...900x=75900x = 75

Schritt 5: Kürze mit 7575:

x=75900=112x = \frac{75}{900} = \frac{1}{12}

Ergebnis: 0.083=1120.08\overline{3} = \dfrac{1}{12}

Probe: 1÷12=0.08333...1 \div 12 = 0.08333...

Du hast gelernt, wie du periodische Dezimalzahlen in Brüche umwandelst. Nun lohnt es sich, tiefer zu schauen. Warum werden überhaupt manche Brüche periodisch?

Der Nenner entscheidet

Ob ein Bruch eine abbrechende oder periodische Dezimalzahl ergibt, hängt allein vom Nenner ab. Genauer gesagt: vom Nenner des vollständig gekürzten Bruchs. Ein Bruch ergibt genau dann eine abbrechende Dezimalzahl, wenn der Nenner nach dem Kürzen nur die Primfaktoren 22 und 55 enthält. Das sind die einzigen Primfaktoren der Zahl 1010. Unser Dezimalsystem basiert auf der Basis 1010.

Enthält der Nenner andere Primfaktoren wie 33, 77, 1111 oder 1313, entsteht eine periodische Dezimalzahl.

Die Länge der Periode

Die Länge der Periode hängt vom Nenner ab. Beim Nenner 77 wiederholen sich immer sechs Ziffern: 0.1428570.\overline{142857}. Das ist kein Zufall. Es ist eine Folge der Rechenregeln für Reste.

Die maximale Periodenlänge bei Nenner nn beträgt n1n - 1.

Beispiel:

Bestimme die Dezimaldarstellung von 512\dfrac{5}{12} durch schriftliche Division.

Lösung:

1212 passt null Mal in 55. Schreibe 0.0.

50÷12=450 \div 12 = 4 Rest 22. Schreibe 44.

20÷12=120 \div 12 = 1 Rest 88. Schreibe 11.

80÷12=680 \div 12 = 6 Rest 88. Schreibe 66.

80÷12=680 \div 12 = 6 Rest 88. Der Rest 88 taucht wieder auf!

Ab jetzt wiederholt sich die 66 unendlich.

512=0.416\frac{5}{12} = 0.41\overline{6}

Die Vorperiode ist 4141. Die Periode ist 66.

Warum? Der Nenner 12=22312 = 2^2 \cdot 3 enthält den Primfaktor 33. Deshalb ist die Dezimalzahl periodisch.

Die folgenden Aufgaben sind nach Schwierigkeit geordnet. Beginne mit Aufgabe 1 und arbeite dich vor. Lösungen findest du am Ende des Artikels.

Aufgaben zum Erkennen und Schreiben

Aufgabe 1: Schreibe die folgenden Zahlen mit Periodenstrich.

a) 0.777...0.777... b) 0.121212...0.121212... c) 0.583333...0.583333...

Aufgabe 2: Welche dieser Dezimalzahlen sind periodisch, welche abbrechend?

a) 0.750.75    b) 0.60.\overline{6}    c) 0.31250.3125    d) 0.1428570.\overline{142857}

Aufgaben zum Umwandeln: Bruch → Dezimalzahl

Aufgabe 3: Wandle die folgenden Brüche in Dezimalzahlen um. Verwende den Periodenstrich.

a) 23\dfrac{2}{3}    b) 59\dfrac{5}{9}    c) 711\dfrac{7}{11}

Aufgabe 4: Wandle um:

a) 16\dfrac{1}{6}    b) 56\dfrac{5}{6}    c) 112\dfrac{1}{12}

Aufgaben zum Umwandeln: Dezimalzahl → Bruch

Aufgabe 5: Wandle die folgenden rein-periodischen Dezimalzahlen in Brüche um.

a) 0.70.\overline{7}    b) 0.360.\overline{36}    c) 0.50.\overline{5}

Aufgabe 6: Wandle um und kürze vollständig:

a) 0.180.\overline{18}    b) 0.450.\overline{45}    c) 0.60.\overline{6}

Aufgaben zu gemischt-periodischen Dezimalzahlen

Aufgabe 7: Wandle in Brüche um:

a) 0.360.3\overline{6}    b) 0.430.4\overline{3}    c) 0.5830.58\overline{3}

Aufgabe 8: Zeige rechnerisch, dass 0.9=10.\overline{9} = 1 gilt.

Aufgaben zum Nachdenken

Aufgabe 9: Bestimme, ob 740\dfrac{7}{40} eine abbrechende oder periodische Dezimalzahl ergibt. Begründe deine Antwort mit der Primfaktorzerlegung des Nenners.

Aufgabe 10: Wandle 1.231.2\overline{3} in einen Bruch um.

Periodische Dezimalzahlen entstehen, wenn ein Bruch bei der Division nie aufgeht. Die sich wiederholende Ziffernfolge heisst Periode und wird mit einem Strich darüber gekennzeichnet.

Es gibt rein-periodische Zahlen, bei denen die Periode direkt nach dem Komma beginnt. Und gemischt-periodische Zahlen, bei denen zuerst eine Vorperiode steht.

Zum Umwandeln in einen Bruch verwendest du die Verschiebe-Methode. Du multiplizierst so, dass sich der periodische Teil beim Subtrahieren aufhebt. Das Ergebnis ist immer ein rationaler Bruch.

Ob ein Bruch periodisch wird, hängt vom Nenner ab. Enthält der Nenner andere Primfaktoren als 22 und 55, entsteht eine periodische Dezimalzahl. Dieses Prinzip gilt für alle Brüche.

❓ Frage: Wie schreibt man 0.555...0.555... korrekt mit Periodenstrich?
Lösung anzeigen
0.50.\overline{5}. Der Strich steht genau über der sich wiederholenden Ziffer 55.
❓ Frage: Wandle 0.90.\overline{9} in einen Bruch um. Was fällt auf?
Lösung anzeigen
Setze x=0.9x = 0.\overline{9}. Dann ist 10x=9.910x = 9.\overline{9}. Subtraktion ergibt 9x=99x = 9, also x=1x = 1. Das Ergebnis ist 0.9=10.\overline{9} = 1. Das klingt überraschend, ist aber mathematisch korrekt.
❓ Frage: Ist 38\dfrac{3}{8} eine abbrechende oder periodische Dezimalzahl? Warum?
Lösung anzeigen
Abbrechend. Der Nenner 8=238 = 2^3 enthält nur den Primfaktor 22. Deshalb bricht die Dezimalzahl ab: 38=0.375\dfrac{3}{8} = 0.375.
❓ Frage: Mit welcher Zahl multiplizierst du, wenn die Periode drei Ziffern lang ist?
Lösung anzeigen
Mit 10001000. Die Zehnerpotenz entspricht immer der Länge der Periode: eine Ziffer → 1010, zwei Ziffern → 100100, drei Ziffern → 10001000.
❓ Frage: Was ist der Unterschied zwischen 0.120.\overline{12} und 0.120.1\overline{2}?
Lösung anzeigen
Bei 0.120.\overline{12} sind beide Ziffern periodisch: 0.121212...0.121212.... Das ergibt 1299=433\dfrac{12}{99} = \dfrac{4}{33}. Bei 0.120.1\overline{2} ist nur die 22 periodisch: 0.1222...0.1222.... Das ist 161110\dfrac{1}{6} \cdot \dfrac{11}{10}… besser: über die Methode ergibt sich 1190\dfrac{11}{90}. Die beiden Zahlen sind verschieden.

Periodische Dezimalzahlen sind dein Einstieg in ein grösseres Thema. In der 7. und 8. Klasse lernst du die rationalen Zahlen kennen. Du wirst sehen: Genau diese Zahlen lassen sich als Bruch schreiben, und genau diese Zahlen haben abbrechende oder periodische Dezimaldarstellungen.

Zahlen wie π=3.14159...\pi = 3.14159... oder 2=1.41421...\sqrt{2} = 1.41421... dagegen sind irrational. Ihre Dezimaldarstellung bricht nie ab und wird niemals periodisch. Das macht sie zu einem eigenen, faszinierenden Kapitel der Mathematik.

Aufgabe 1:

a) 0.777...=0.70.777... = 0.\overline{7} b) 0.121212...=0.120.121212... = 0.\overline{12} c) 0.583333...=0.5830.583333... = 0.58\overline{3}

Die Vorperiode ist 5858, die Periode ist 33.


Aufgabe 2:

a) 0.750.75 → abbrechend. Die Zahl endet nach zwei Stellen. b) 0.60.\overline{6} → periodisch. Die 66 wiederholt sich endlos. c) 0.31250.3125 → abbrechend. Die Zahl endet nach vier Stellen. d) 0.1428570.\overline{142857} → periodisch. Sechs Ziffern wiederholen sich. Das ist 17\dfrac{1}{7}.


Aufgabe 3:

a) 23\dfrac{2}{3}: 2÷3=0.666...=0.62 \div 3 = 0.666... = 0.\overline{6}

b) 59\dfrac{5}{9}: 5÷9=0.555...=0.55 \div 9 = 0.555... = 0.\overline{5}

c) 711\dfrac{7}{11}: 7÷11=0.636363...=0.637 \div 11 = 0.636363... = 0.\overline{63}


Aufgabe 4:

a) 16=0.16\dfrac{1}{6} = 0.1\overline{6} (Vorperiode 11, Periode 66)

b) 56=0.83\dfrac{5}{6} = 0.8\overline{3} (Vorperiode 88, Periode 33)

c) 112=0.083\dfrac{1}{12} = 0.08\overline{3} (Vorperiode 0808, Periode 33)


Aufgabe 5:

a) x=0.7x = 0.\overline{7}, dann 10x=7.710x = 7.\overline{7}. Subtraktion: 9x=79x = 7, also x=79x = \dfrac{7}{9}.

b) x=0.36x = 0.\overline{36}, dann 100x=36.36100x = 36.\overline{36}. Subtraktion: 99x=3699x = 36, also x=3699=411x = \dfrac{36}{99} = \dfrac{4}{11}.

c) x=0.5x = 0.\overline{5}, dann 10x=5.510x = 5.\overline{5}. Subtraktion: 9x=59x = 5, also x=59x = \dfrac{5}{9}.


Aufgabe 6:

a) x=0.18x = 0.\overline{18}: 99x=1899x = 18, also x=1899=211x = \dfrac{18}{99} = \dfrac{2}{11}.

b) x=0.45x = 0.\overline{45}: 99x=4599x = 45, also x=4599=511x = \dfrac{45}{99} = \dfrac{5}{11}.

c) x=0.6x = 0.\overline{6}: 9x=69x = 6, also x=69=23x = \dfrac{6}{9} = \dfrac{2}{3}.


Aufgabe 7:

a) x=0.36x = 0.3\overline{6}. Multipliziere mit 1010: 10x=3.610x = 3.\overline{6}. Multipliziere mit 1010: 100x=36.6100x = 36.\overline{6}. Subtraktion: 90x=3390x = 33, also x=3390=1130x = \dfrac{33}{90} = \dfrac{11}{30}.

b) x=0.43x = 0.4\overline{3}. 10x=4.310x = 4.\overline{3}. 100x=43.3100x = 43.\overline{3}. Subtraktion: 90x=3990x = 39, also x=3990=1330x = \dfrac{39}{90} = \dfrac{13}{30}.

c) x=0.583x = 0.58\overline{3}. 100x=58.3100x = 58.\overline{3}. 1000x=583.31000x = 583.\overline{3}. Subtraktion: 900x=525900x = 525, also x=525900=712x = \dfrac{525}{900} = \dfrac{7}{12}.


Aufgabe 8:

Setze x=0.9=0.999...x = 0.\overline{9} = 0.999...

Multipliziere mit 1010:

10x=9.999...10x = 9.999...

Subtrahiere:

10xx=9.999...0.999...10x - x = 9.999... - 0.999... 9x=99x = 9 x=1x = 1

Ergebnis: 0.9=10.\overline{9} = 1. Das ist mathematisch korrekt und kein Widerspruch.


Aufgabe 9:

Primfaktorzerlegung: 40=23540 = 2^3 \cdot 5.

Der Nenner 4040 enthält nur die Primfaktoren 22 und 55. Deshalb ergibt 740\dfrac{7}{40} eine abbrechende Dezimalzahl.

Probe: 7÷40=0.1757 \div 40 = 0.175


Aufgabe 10:

x=1.23=1.2333...x = 1.2\overline{3} = 1.2333...

Multipliziere mit 1010: 10x=12.3=12.333...10x = 12.\overline{3} = 12.333...

Multipliziere mit 100100: 100x=123.3=123.333...100x = 123.\overline{3} = 123.333...

Subtraktion:

100x10x=123.333...12.333...100x - 10x = 123.333... - 12.333... 90x=11190x = 111 x=11190=3730x = \frac{111}{90} = \frac{37}{30}

Ergebnis: 1.23=37301.2\overline{3} = \dfrac{37}{30}

Probe: 37÷30=1.2333...37 \div 30 = 1.2333...

Quellen