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ggT und kgV verstehen – Teiler und Vielfache clever nutzen

Weiterführend:

Lehrplan 21Zyklus 2 (3.–6. Klasse) · 2Kompetenzen
  • MA.3.B.2.bGrundanspruchSystematisch kombinieren; zu statistischen Daten Fragen stellen und beantworten
  • MA.3.A.3.fAnteile bestimmen und vergleichen

Quelle: Aargauer Lehrplan Volksschule, Fachbereich Mathematik (August 2022)

Die Idee von Teilern und Vielfachen ist uralt. Schon vor mehr als 2000 Jahren beschäftigten sich Menschen mit der Frage, wie sich Zahlen aufteilen lassen. Die Babylonier rechneten bereits um 1800 v. Chr. mit Teilern. Sie nutzten ein Zahlensystem zur Basis 60 – darum hat eine Stunde 60 Minuten und ein Vollkreis 360 Grad. Die Zahl 60 wurde gewählt, weil sie sehr viele Teiler hat: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 10, 12, 15, 20, 30 und 60. Das machte das Rechnen mit Brüchen besonders einfach.

Den ersten richtigen Algorithmus zur Berechnung des grössten gemeinsamen Teilers entwickelte der griechische Mathematiker Euklid um 300 v. Chr. In seinem berühmten Werk „Elemente” beschrieb er ein Verfahren, das heute „euklidischer Algorithmus” heisst. Es ist eine der ältesten mathematischen Methoden, die noch immer unverändert verwendet wird – auch in modernen Computern.

Im Mittelalter wurde der ggT vor allem für das Rechnen mit Brüchen wichtig. Kaufleute mussten Beträge aufteilen, Bauern Felder vermessen und Handwerker Materialien zuschneiden. Das kgV half dabei, Brüche auf einen gemeinsamen Nenner zu bringen.

Heute steckt diese Mathematik in vielen technischen Anwendungen. Computer nutzen den ggT zur Verschlüsselung von Daten. Wenn du eine sichere Webseite besuchst, läuft im Hintergrund der euklidische Algorithmus. Auch beim Komprimieren von Musik oder Bildern spielen Teiler eine Rolle. Sogar in der Astronomie hilft das kgV: Wenn Astronomen berechnen, wann sich zwei Planeten wieder in derselben Konstellation befinden, brauchen sie das kleinste gemeinsame Vielfache ihrer Umlaufzeiten.

Aus einer einfachen Frage – „Was teilen zwei Zahlen?” – ist also ein Werkzeug geworden, das vom Bahnhof bis zur Raumfahrt überall gebraucht wird.

Bevor wir mit ggT und kgV rechnen, frischen wir zwei wichtige Begriffe auf: Teiler und Vielfache.

Ein Teiler einer Zahl ist eine Zahl, durch die sie sich ohne Rest teilen lässt. Die Teiler von 12 sind zum Beispiel 1, 2, 3, 4, 6 und 12. Jede Zahl hat mindestens zwei Teiler: die 1 und sich selbst. Primzahlen wie 7 oder 13 haben genau diese zwei Teiler.

Ein Vielfaches einer Zahl entsteht, wenn du sie mit einer natürlichen Zahl multiplizierst. Die Vielfachen von 4 sind 4, 8, 12, 16, 20, 24, 28 und so weiter. Die Liste hört nie auf.

Schau dir die Zahlen 12 und 18 an. Welche Teiler haben sie gemeinsam?

  • Teiler von 12: 1,2,3,4,6,121, 2, 3, 4, 6, 12
  • Teiler von 18: 1,2,3,6,9,181, 2, 3, 6, 9, 18
  • Gemeinsame Teiler: 1,2,3,61, 2, 3, 6

Die 1 ist immer ein gemeinsamer Teiler von zwei Zahlen. Aber meist gibt es noch grössere. Genau diese suchen wir jetzt.

Es gibt zwei Hauptmethoden, um ggT und kgV zu berechnen. Bei kleinen Zahlen ist das Aufschreiben aller Teiler oder Vielfachen schnell und übersichtlich. Bei grösseren Zahlen lohnt sich die Primfaktorzerlegung.

Für die Primfaktormethode gilt eine wichtige Regel: Beim ggT nimmst du jeden gemeinsamen Primfaktor mit der kleineren Hochzahl. Beim kgV nimmst du jeden vorkommenden Primfaktor mit der grösseren Hochzahl. Diese Regel solltest du dir gut merken.

Es gibt ausserdem eine Formel, die ggT und kgV verbindet:

ggT(a,b)kgV(a,b)=ab\text{ggT}(a, b) \cdot \text{kgV}(a, b) = a \cdot b

Mit dieser Formel kannst du das eine berechnen, sobald du das andere kennst.

Beispiel:

Berechne ggT(12,18)\text{ggT}(12, 18).

Lösung:

Wir schreiben zuerst alle Teiler beider Zahlen auf.

Teiler von 12: 1,2,3,4,6,121, 2, 3, 4, 6, 12

Teiler von 18: 1,2,3,6,9,181, 2, 3, 6, 9, 18

Jetzt suchen wir die gemeinsamen Teiler – also die Zahlen, die in beiden Listen vorkommen.

Gemeinsame Teiler: 1,2,3,61, 2, 3, 6

Davon ist 6 die grösste Zahl. Also gilt:

ggT(12,18)=6\text{ggT}(12, 18) = 6

Das bedeutet: 12 und 18 lassen sich beide durch 6 teilen. Durch keine grössere Zahl funktioniert das.

Beispiel:

Berechne kgV(24,36)\text{kgV}(24, 36).

Lösung:

Zuerst zerlegen wir beide Zahlen in ihre Primfaktoren.

24=2223=23324 = 2 \cdot 2 \cdot 2 \cdot 3 = 2^3 \cdot 3

36=2233=223236 = 2 \cdot 2 \cdot 3 \cdot 3 = 2^2 \cdot 3^2

Jetzt nehmen wir jeden vorkommenden Primfaktor mit der höheren Hochzahl.

  • Faktor 2: höhere Hochzahl ist 232^3 (aus der 24)
  • Faktor 3: höhere Hochzahl ist 323^2 (aus der 36)

Wir multiplizieren diese Faktoren:

kgV(24,36)=2332=89=72\text{kgV}(24, 36) = 2^3 \cdot 3^2 = 8 \cdot 9 = 72

Die Zahl 72 ist das kleinste Vielfache, das sowohl durch 24 als auch durch 36 teilbar ist. Wir können das prüfen: 72÷24=372 \div 24 = 3 und 72÷36=272 \div 36 = 2. Beides geht ohne Rest auf.

Beim Arbeiten mit ggT und kgV gibt es vier typische Fehler, die immer wieder auftreten.

Beispiel:

Zwei Buslinien starten um 6:00 Uhr gemeinsam am Bahnhof. Bus A fährt alle 15 Minuten ab, Bus B alle 20 Minuten. Wann starten beide Busse zum nächsten Mal gleichzeitig?

Lösung:

Wir suchen die kleinste Zeit, nach der beide Busse wieder abfahren. Das ist das kleinste gemeinsame Vielfache von 15 und 20.

Primfaktorzerlegung:

15=3515 = 3 \cdot 5

20=22520 = 2^2 \cdot 5

Wir nehmen jeden Primfaktor mit der höheren Hochzahl.

  • Faktor 2: höchste Hochzahl ist 222^2
  • Faktor 3: höchste Hochzahl ist 313^1
  • Faktor 5: höchste Hochzahl ist 515^1
kgV(15,20)=2235=435=60\text{kgV}(15, 20) = 2^2 \cdot 3 \cdot 5 = 4 \cdot 3 \cdot 5 = 60

Antwort: Nach 60 Minuten – also um 7:00 Uhr – starten beide Busse wieder gleichzeitig.

Beispiel:

Kürze den Bruch 4256\dfrac{42}{56} vollständig.

Lösung:

Damit ein Bruch vollständig gekürzt ist, müssen Zähler und Nenner teilerfremd sein. Der schnellste Weg dahin: Wir berechnen den ggT von Zähler und Nenner und teilen beide durch diese Zahl.

Primfaktorzerlegung:

42=23742 = 2 \cdot 3 \cdot 7

56=23756 = 2^3 \cdot 7

Für den ggT nehmen wir jeden gemeinsamen Faktor mit der kleineren Hochzahl.

  • Faktor 2: kleinere Hochzahl ist 212^1
  • Faktor 7: kleinere Hochzahl ist 717^1
  • Faktor 3 kommt nur in 42 vor – fällt also weg.
ggT(42,56)=27=14\text{ggT}(42, 56) = 2 \cdot 7 = 14

Jetzt kürzen wir Zähler und Nenner durch 14:

4256=42÷1456÷14=34\dfrac{42}{56} = \dfrac{42 \div 14}{56 \div 14} = \dfrac{3}{4}

Antwort: Der Bruch in vollständig gekürzter Form lautet 34\dfrac{3}{4}.

Bisher hast du zwei Methoden für den ggT kennengelernt: Teilermengen aufschreiben und Primfaktorzerlegung. Es gibt aber noch eine dritte Methode, die besonders bei grossen Zahlen unschlagbar schnell ist – den euklidischen Algorithmus.

Das Verfahren klingt komplizierter als es ist. Du wiederholst einfach den Schritt „grössere Zahl durch kleinere teilen, Rest aufschreiben”, bis kein Rest mehr übrig bleibt. Der letzte nicht-null Rest ist dein ggT.

Diese Methode hat zwei grosse Vorteile. Erstens: Du musst die Zahlen nicht in Primfaktoren zerlegen. Bei sehr grossen Zahlen wäre das sehr aufwendig. Zweitens: Selbst Computer rechnen heute noch genau so – etwa bei der Verschlüsselung im Internet.

Auch das kgV lässt sich mit Hilfe des ggT bestimmen. Aus der Formel ggT(a,b)kgV(a,b)=ab\text{ggT}(a, b) \cdot \text{kgV}(a, b) = a \cdot b folgt direkt:

kgV(a,b)=abggT(a,b)\text{kgV}(a, b) = \dfrac{a \cdot b}{\text{ggT}(a, b)}

Du brauchst also nur den ggT zu berechnen. Das kgV ergibt sich dann durch eine einzige Division. Diese Beziehung ist nicht nur praktisch, sondern auch ein schöner Beleg dafür, wie eng Teiler und Vielfache miteinander verwandt sind.

Beispiel:

Berechne ggT(252,198)\text{ggT}(252, 198) mit dem euklidischen Algorithmus.

Lösung:

Wir teilen jeweils die grössere durch die kleinere Zahl und arbeiten mit den Resten weiter.

Schritt 1: 252÷198=1252 \div 198 = 1 Rest 5454 (denn 1981=198198 \cdot 1 = 198 und 252198=54252 - 198 = 54)

Schritt 2: 198÷54=3198 \div 54 = 3 Rest 3636 (denn 543=16254 \cdot 3 = 162 und 198162=36198 - 162 = 36)

Schritt 3: 54÷36=154 \div 36 = 1 Rest 1818 (denn 361=3636 \cdot 1 = 36 und 5436=1854 - 36 = 18)

Schritt 4: 36÷18=236 \div 18 = 2 Rest 00

Der letzte nicht-null Rest war 18. Also gilt:

ggT(252,198)=18\text{ggT}(252, 198) = 18

Mit der Formel berechnen wir auch direkt das kgV:

kgV(252,198)=25219818=4989618=2772\text{kgV}(252, 198) = \dfrac{252 \cdot 198}{18} = \dfrac{49\,896}{18} = 2772

Antwort: ggT(252,198)=18\text{ggT}(252, 198) = 18 und kgV(252,198)=2772\text{kgV}(252, 198) = 2772.

Bearbeite die folgenden Aufgaben in der vorgegebenen Reihenfolge. Sie werden Schritt für Schritt anspruchsvoller. Die ausführlichen Lösungen findest du am Ende der Seite.

Aufgabe 1: Schreibe alle Teiler von 30 auf.

Aufgabe 2: Bestimme ggT(16,24)\text{ggT}(16, 24) mit der Methode der Teilermengen.

Aufgabe 3: Bestimme kgV(6,9)\text{kgV}(6, 9), indem du die ersten Vielfachen aufschreibst.

Aufgabe 4: Zerlege 60 und 84 in Primfaktoren und bestimme damit ggT(60,84)\text{ggT}(60, 84).

Aufgabe 5: Berechne kgV(18,30)\text{kgV}(18, 30) mit der Primfaktorzerlegung.

Aufgabe 6: In einer Bäckerei werden 48 Brötchen und 72 Croissants gleichmässig auf Körbe verteilt. Jeder Korb soll dieselbe Anzahl Brötchen und dieselbe Anzahl Croissants enthalten. Wie viele Körbe können maximal gefüllt werden, und wie viele Brötchen und Croissants kommen dann in jeden Korb?

Aufgabe 7: Drei Leuchttürme blinken in unterschiedlichen Abständen: Turm A alle 12 Sekunden, Turm B alle 18 Sekunden, Turm C alle 30 Sekunden. Sie blinken um 22:00 Uhr gemeinsam. Wann blinken sie zum nächsten Mal wieder gleichzeitig?

Aufgabe 8: Kürze den Bruch 84126\dfrac{84}{126} vollständig. Verwende den ggT.

Aufgabe 9: Berechne ggT(308,154)\text{ggT}(308, 154) mit dem euklidischen Algorithmus.

Aufgabe 10: Es gilt ggT(a,b)=12\text{ggT}(a, b) = 12 und kgV(a,b)=180\text{kgV}(a, b) = 180. Wie gross ist das Produkt aba \cdot b? Finde dann ein konkretes Zahlenpaar (a,b)(a, b), das diese Bedingungen erfüllt.

Der grösste gemeinsame Teiler (ggT) zweier Zahlen ist die grösste Zahl, die beide ohne Rest teilt. Du brauchst ihn beim Aufteilen und beim Kürzen von Brüchen.

Das kleinste gemeinsame Vielfache (kgV) zweier Zahlen ist die kleinste Zahl, die durch beide ohne Rest teilbar ist. Du brauchst es beim Synchronisieren und beim Gleichnamigmachen von Brüchen.

Drei Methoden helfen dir bei der Berechnung: Teilermengen oder Vielfachenlisten aufschreiben, Primfaktorzerlegung und der euklidische Algorithmus. Es gilt immer die Formel ggT(a,b)kgV(a,b)=ab\text{ggT}(a, b) \cdot \text{kgV}(a, b) = a \cdot b. Wer das eine kennt, berechnet das andere mit einer einzigen Division.

❓ Frage:
Berechne ggT(20,30)\text{ggT}(20, 30).
Lösung anzeigen

Teiler von 20: 1,2,4,5,10,201, 2, 4, 5, 10, 20 Teiler von 30: 1,2,3,5,6,10,15,301, 2, 3, 5, 6, 10, 15, 30 Gemeinsame Teiler: 1,2,5,101, 2, 5, 10

ggT(20,30)=10\text{ggT}(20, 30) = 10
❓ Frage:
Berechne kgV(6,8)\text{kgV}(6, 8).
Lösung anzeigen

Primfaktorzerlegung: 6=236 = 2 \cdot 3 8=238 = 2^3 Für das kgV nehmen wir jeden Faktor mit der höheren Hochzahl.

kgV(6,8)=233=83=24\text{kgV}(6, 8) = 2^3 \cdot 3 = 8 \cdot 3 = 24
❓ Frage:
Der ggT(a,b)=7\text{ggT}(a, b) = 7 und ab=294a \cdot b = 294. Wie gross ist kgV(a,b)\text{kgV}(a, b)?
Lösung anzeigen

Wir nutzen die Formel ggT(a,b)kgV(a,b)=ab\text{ggT}(a, b) \cdot \text{kgV}(a, b) = a \cdot b. Einsetzen: 7kgV(a,b)=2947 \cdot \text{kgV}(a, b) = 294 Auflösen: kgV(a,b)=2947=42\text{kgV}(a, b) = \dfrac{294}{7} = 42

❓ Frage:
Welche Aussage ist richtig? Beim ggT mit Primfaktoren nimmt man jeden gemeinsamen Faktor mit der … Hochzahl.
Lösung anzeigen

Beim ggT nimmt man jeden gemeinsamen Primfaktor mit der kleineren Hochzahl. Beim kgV mit der grösseren. Merkhilfe: ggT = kleine Zahl, also kleine Hochzahlen.

❓ Frage:
Zwei Lampen blinken: die eine alle 9 Sekunden, die andere alle 12 Sekunden. Nach wie vielen Sekunden blinken sie zum ersten Mal wieder gleichzeitig?
Lösung anzeigen

Wir suchen kgV(9,12)\text{kgV}(9, 12). 9=329 = 3^2 und 12=22312 = 2^2 \cdot 3

kgV(9,12)=2232=49=36\text{kgV}(9, 12) = 2^2 \cdot 3^2 = 4 \cdot 9 = 36

Antwort: Nach 36 Sekunden blinken beide Lampen wieder gleichzeitig.

Mit ggT und kgV hast du zwei zentrale Werkzeuge für die Bruchrechnung in der Hand. Das kgV brauchst du, um Brüche auf einen gemeinsamen Nenner zu bringen. Den ggT verwendest du, um Brüche vollständig zu kürzen. Beide Methoden begegnen dir auch in der Algebra, wenn du mit Variablen rechnest. Später, im Zyklus 3, lernst du den euklidischen Algorithmus genauer kennen und entdeckst seine Rolle in der Kryptographie und Zahlentheorie.

Lösung 1:

Die Teiler von 30 sind alle Zahlen, durch die 30 ohne Rest teilbar ist.

30=130=215=310=5630 = 1 \cdot 30 = 2 \cdot 15 = 3 \cdot 10 = 5 \cdot 6

Teiler von 30: 1,2,3,5,6,10,15,301, 2, 3, 5, 6, 10, 15, 30

Es sind insgesamt 8 Teiler.

Lösung 2:

Teiler von 16: 1,2,4,8,161, 2, 4, 8, 16

Teiler von 24: 1,2,3,4,6,8,12,241, 2, 3, 4, 6, 8, 12, 24

Gemeinsame Teiler: 1,2,4,81, 2, 4, 8

ggT(16,24)=8\text{ggT}(16, 24) = 8

Lösung 3:

Vielfache von 6: 6,12,18,24,30,36,6, 12, 18, 24, 30, 36, \ldots

Vielfache von 9: 9,18,27,36,45,9, 18, 27, 36, 45, \ldots

Das kleinste gemeinsame Vielfache, das in beiden Listen vorkommt, ist 18.

kgV(6,9)=18\text{kgV}(6, 9) = 18

Lösung 4:

Primfaktorzerlegung:

60=223560 = 2^2 \cdot 3 \cdot 5

84=223784 = 2^2 \cdot 3 \cdot 7

Für den ggT nehmen wir jeden gemeinsamen Faktor mit der kleineren Hochzahl.

  • Faktor 2: 222^2 (in beiden gleich)
  • Faktor 3: 313^1 (in beiden gleich)
  • Faktoren 5 und 7 kommen nur in einer Zahl vor – fallen weg.
ggT(60,84)=223=43=12\text{ggT}(60, 84) = 2^2 \cdot 3 = 4 \cdot 3 = 12

Lösung 5:

Primfaktorzerlegung:

18=23218 = 2 \cdot 3^2

30=23530 = 2 \cdot 3 \cdot 5

Für das kgV nehmen wir jeden vorkommenden Faktor mit der höheren Hochzahl.

  • Faktor 2: 212^1
  • Faktor 3: 323^2 (höhere Hochzahl aus der 18)
  • Faktor 5: 515^1
kgV(18,30)=2325=295=90\text{kgV}(18, 30) = 2 \cdot 3^2 \cdot 5 = 2 \cdot 9 \cdot 5 = 90

Lösung 6:

Wir suchen die maximale Anzahl gleicher Körbe – also den ggT(48,72)\text{ggT}(48, 72).

48=24348 = 2^4 \cdot 3

72=233272 = 2^3 \cdot 3^2

Für den ggT: kleinere Hochzahlen.

ggT(48,72)=233=83=24\text{ggT}(48, 72) = 2^3 \cdot 3 = 8 \cdot 3 = 24

In jeden Korb kommen 48÷24=248 \div 24 = 2 Brötchen und 72÷24=372 \div 24 = 3 Croissants.

Antwort: Maximal 24 Körbe mit je 2 Brötchen und 3 Croissants.

Lösung 7:

Wir suchen kgV(12,18,30)\text{kgV}(12, 18, 30).

12=22312 = 2^2 \cdot 3

18=23218 = 2 \cdot 3^2

30=23530 = 2 \cdot 3 \cdot 5

Wir nehmen jeden vorkommenden Faktor mit der höchsten Hochzahl.

  • Faktor 2: 222^2
  • Faktor 3: 323^2
  • Faktor 5: 515^1
kgV(12,18,30)=22325=495=180\text{kgV}(12, 18, 30) = 2^2 \cdot 3^2 \cdot 5 = 4 \cdot 9 \cdot 5 = 180

Antwort: Nach 180 Sekunden, also 3 Minuten – um 22:03 Uhr – blinken alle drei Türme wieder gleichzeitig.

Lösung 8:

Primfaktorzerlegung:

84=223784 = 2^2 \cdot 3 \cdot 7

126=2327126 = 2 \cdot 3^2 \cdot 7

Für den ggT nehmen wir jeden gemeinsamen Faktor mit der kleineren Hochzahl.

ggT(84,126)=237=42\text{ggT}(84, 126) = 2 \cdot 3 \cdot 7 = 42

Wir kürzen Zähler und Nenner durch 42:

84126=84÷42126÷42=23\dfrac{84}{126} = \dfrac{84 \div 42}{126 \div 42} = \dfrac{2}{3}

Antwort: Der vollständig gekürzte Bruch lautet 23\dfrac{2}{3}.

Lösung 9:

Wir wenden den euklidischen Algorithmus an.

Schritt 1: 308÷154=2308 \div 154 = 2 Rest 00 (denn 1542=308154 \cdot 2 = 308)

Da der Rest sofort 0 ist, ist die kleinere Zahl bereits der ggT.

ggT(308,154)=154\text{ggT}(308, 154) = 154

Das ergibt Sinn, denn 154 ist ein Teiler von 308.

Lösung 10:

Aus der Formel ggT(a,b)kgV(a,b)=ab\text{ggT}(a, b) \cdot \text{kgV}(a, b) = a \cdot b folgt direkt:

ab=12180=2160a \cdot b = 12 \cdot 180 = 2160

Jetzt suchen wir ein konkretes Paar. Beide Zahlen müssen den ggT 12 als gemeinsamen Faktor haben. Wir setzen a=12ma = 12 \cdot m und b=12nb = 12 \cdot n, wobei mm und nn teilerfremd sein müssen (sonst wäre der ggT grösser als 12).

Aus ab=2160a \cdot b = 2160 folgt: 144mn=2160144 \cdot m \cdot n = 2160, also mn=15m \cdot n = 15.

Mögliche teilerfremde Paare: (1,15)(1, 15) oder (3,5)(3, 5).

Mit (m,n)=(3,5)(m, n) = (3, 5) erhalten wir a=36a = 36 und b=60b = 60.

Probe: ggT(36,60)=12\text{ggT}(36, 60) = 12 ✓ und kgV(36,60)=180\text{kgV}(36, 60) = 180

Antwort: ab=2160a \cdot b = 2160, ein passendes Paar ist (a,b)=(36,60)(a, b) = (36, 60).

Quellen