ggT und kgV verstehen – Teiler und Vielfache clever nutzen
Weiterführend:
- Zur Kapitelübersicht „Teilbarkeit”
- Vorwissen: Teiler und Vielfache verstehen
- Methode: Primfaktorzerlegung
- Grundlage: Primzahlen verstehen
Lehrplan 21
MA.3.B.2.bGrundanspruchSystematisch kombinieren; zu statistischen Daten Fragen stellen und beantwortenMA.3.A.3.fAnteile bestimmen und vergleichen
Quelle: Aargauer Lehrplan Volksschule, Fachbereich Mathematik (August 2022)
Eine kleine Zeitreise
Abschnitt betitelt „Eine kleine Zeitreise“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.
Die Grundlagen
Abschnitt betitelt „Die Grundlagen“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:
- Teiler von 18:
- Gemeinsame Teiler:
Die 1 ist immer ein gemeinsamer Teiler von zwei Zahlen. Aber meist gibt es noch grössere. Genau diese suchen wir jetzt.
Die Kernmethode
Abschnitt betitelt „Die Kernmethode“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:
Mit dieser Formel kannst du das eine berechnen, sobald du das andere kennst.
Beispiel 1: ggT mit Teilermengen
Abschnitt betitelt „Beispiel 1: ggT mit Teilermengen“Berechne .
Lösung:
Wir schreiben zuerst alle Teiler beider Zahlen auf.
Teiler von 12:
Teiler von 18:
Jetzt suchen wir die gemeinsamen Teiler – also die Zahlen, die in beiden Listen vorkommen.
Gemeinsame Teiler:
Davon ist 6 die grösste Zahl. Also gilt:
Das bedeutet: 12 und 18 lassen sich beide durch 6 teilen. Durch keine grössere Zahl funktioniert das.
Beispiel 2: kgV mit Primfaktorzerlegung
Abschnitt betitelt „Beispiel 2: kgV mit Primfaktorzerlegung“Berechne .
Lösung:
Zuerst zerlegen wir beide Zahlen in ihre Primfaktoren.
Jetzt nehmen wir jeden vorkommenden Primfaktor mit der höheren Hochzahl.
- Faktor 2: höhere Hochzahl ist (aus der 24)
- Faktor 3: höhere Hochzahl ist (aus der 36)
Wir multiplizieren diese Faktoren:
Die Zahl 72 ist das kleinste Vielfache, das sowohl durch 24 als auch durch 36 teilbar ist. Wir können das prüfen: und . Beides geht ohne Rest auf.
Die häufigsten Stolpersteine
Abschnitt betitelt „Die häufigsten Stolpersteine“Beim Arbeiten mit ggT und kgV gibt es vier typische Fehler, die immer wieder auftreten.
Beispiel 3: Textaufgabe – Die Buslinien
Abschnitt betitelt „Beispiel 3: Textaufgabe – Die Buslinien“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:
Wir nehmen jeden Primfaktor mit der höheren Hochzahl.
- Faktor 2: höchste Hochzahl ist
- Faktor 3: höchste Hochzahl ist
- Faktor 5: höchste Hochzahl ist
Antwort: Nach 60 Minuten – also um 7:00 Uhr – starten beide Busse wieder gleichzeitig.
Beispiel 4: Brüche kürzen mit dem ggT
Abschnitt betitelt „Beispiel 4: Brüche kürzen mit dem ggT“Kürze den Bruch 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:
Für den ggT nehmen wir jeden gemeinsamen Faktor mit der kleineren Hochzahl.
- Faktor 2: kleinere Hochzahl ist
- Faktor 7: kleinere Hochzahl ist
- Faktor 3 kommt nur in 42 vor – fällt also weg.
Jetzt kürzen wir Zähler und Nenner durch 14:
Antwort: Der Bruch in vollständig gekürzter Form lautet .
Vertiefung
Abschnitt betitelt „Vertiefung“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 folgt direkt:
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 5: Euklidischer Algorithmus
Abschnitt betitelt „Beispiel 5: Euklidischer Algorithmus“Berechne mit dem euklidischen Algorithmus.
Lösung:
Wir teilen jeweils die grössere durch die kleinere Zahl und arbeiten mit den Resten weiter.
Schritt 1: Rest (denn und )
Schritt 2: Rest (denn und )
Schritt 3: Rest (denn und )
Schritt 4: Rest
Der letzte nicht-null Rest war 18. Also gilt:
Mit der Formel berechnen wir auch direkt das kgV:
Antwort: und .
Übungen
Abschnitt betitelt „Übungen“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 mit der Methode der Teilermengen.
Aufgabe 3: Bestimme , indem du die ersten Vielfachen aufschreibst.
Aufgabe 4: Zerlege 60 und 84 in Primfaktoren und bestimme damit .
Aufgabe 5: Berechne 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 vollständig. Verwende den ggT.
Aufgabe 9: Berechne mit dem euklidischen Algorithmus.
Aufgabe 10: Es gilt und . Wie gross ist das Produkt ? Finde dann ein konkretes Zahlenpaar , das diese Bedingungen erfüllt.
Das Wichtigste in Kürze
Abschnitt betitelt „Das Wichtigste in Kürze“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 . Wer das eine kennt, berechnet das andere mit einer einzigen Division.
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Teiler von 20: Teiler von 30: Gemeinsame Teiler:
Lösung anzeigen
Primfaktorzerlegung: Für das kgV nehmen wir jeden Faktor mit der höheren Hochzahl.
Lösung anzeigen
Wir nutzen die Formel . Einsetzen: Auflösen:
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.
Lösung anzeigen
Wir suchen . und
Antwort: Nach 36 Sekunden blinken beide Lampen wieder gleichzeitig.
Ausblick
Abschnitt betitelt „Ausblick“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.
Lösungen
Abschnitt betitelt „Lösungen“Lösung 1:
Die Teiler von 30 sind alle Zahlen, durch die 30 ohne Rest teilbar ist.
Teiler von 30:
Es sind insgesamt 8 Teiler.
Lösung 2:
Teiler von 16:
Teiler von 24:
Gemeinsame Teiler:
Lösung 3:
Vielfache von 6:
Vielfache von 9:
Das kleinste gemeinsame Vielfache, das in beiden Listen vorkommt, ist 18.
Lösung 4:
Primfaktorzerlegung:
Für den ggT nehmen wir jeden gemeinsamen Faktor mit der kleineren Hochzahl.
- Faktor 2: (in beiden gleich)
- Faktor 3: (in beiden gleich)
- Faktoren 5 und 7 kommen nur in einer Zahl vor – fallen weg.
Lösung 5:
Primfaktorzerlegung:
Für das kgV nehmen wir jeden vorkommenden Faktor mit der höheren Hochzahl.
- Faktor 2:
- Faktor 3: (höhere Hochzahl aus der 18)
- Faktor 5:
Lösung 6:
Wir suchen die maximale Anzahl gleicher Körbe – also den .
Für den ggT: kleinere Hochzahlen.
In jeden Korb kommen Brötchen und Croissants.
Antwort: Maximal 24 Körbe mit je 2 Brötchen und 3 Croissants.
Lösung 7:
Wir suchen .
Wir nehmen jeden vorkommenden Faktor mit der höchsten Hochzahl.
- Faktor 2:
- Faktor 3:
- Faktor 5:
Antwort: Nach 180 Sekunden, also 3 Minuten – um 22:03 Uhr – blinken alle drei Türme wieder gleichzeitig.
Lösung 8:
Primfaktorzerlegung:
Für den ggT nehmen wir jeden gemeinsamen Faktor mit der kleineren Hochzahl.
Wir kürzen Zähler und Nenner durch 42:
Antwort: Der vollständig gekürzte Bruch lautet .
Lösung 9:
Wir wenden den euklidischen Algorithmus an.
Schritt 1: Rest (denn )
Da der Rest sofort 0 ist, ist die kleinere Zahl bereits der ggT.
Das ergibt Sinn, denn 154 ist ein Teiler von 308.
Lösung 10:
Aus der Formel folgt direkt:
Jetzt suchen wir ein konkretes Paar. Beide Zahlen müssen den ggT 12 als gemeinsamen Faktor haben. Wir setzen und , wobei und teilerfremd sein müssen (sonst wäre der ggT grösser als 12).
Aus folgt: , also .
Mögliche teilerfremde Paare: oder .
Mit erhalten wir und .
Probe: ✓ und ✓
Antwort: , ein passendes Paar ist .
Quellen
- Lehrplan 21 — Mathematik — Deutschschweizer Erziehungsdirektoren-Konferenz (D-EDK)
- Lehrplan Volksschule Aargau — Mathematik — Kanton Aargau, Departement Bildung, Kultur und Sport