Дроби

Дроби

Обыкновенной дробью называется число вида где m и n - натуральные числа. Число m называется числителем этой дроби, а число n - её знаменателем.

Если n = 1, то дробь имеет вид и её часто записывают просто m. Отсюда, в частности, следует, что любое натуральное число представимо в виде обыкновенной дроби со знаменателем 1.

Две дроби и называются равными, если

Например, так как Из этого определения следует, что дробь равна любой дроби вида где m - натуральное число. В самом деле, так как то Итак, мы готовы сформулировать следующее правило.

Основное свойство дроби

Если числитель и знаменатель данной дроби умножить или разделить на одно и то же число, неравное нулю, то получится дробь, равная данной.

С помощью основного свойства дроби можно заменить данную дробь другой дробью, равной данной, но с меньшими числителем и знаменателем. Такая замена называется сокращением дроби. Например, (здесь числитель и знаменатель разделили сначала на 2, а потом ещё на 2). Сокращение дроби можно провести тогда и только тогда, когда её числитель и знаменатель не являются взаимно простыми числами. Если же числитель и знаменатель данной дроби взаимно просты, то дробь сократить нельзя, например, - несократимая дробь.

Модель 1.5. Сокращение обыкновенных дробей

Обыкновенная дробь называется правильной, если её числитель меньше её знаменателя, то есть m < n. Обыкновенная дробь называется неправильной, если её числитель больше её знаменателя, то есть m > n.

Справедливо следующее утверждение (его мы докажем ниже):

Всякую неправильную дробь можно представить в виде суммы натурального числа и правильной дроби.

Из двух дробей с одинаковыми знаменателями больше та дробь, числитель которой больше. Например, Из двух дробей с одинаковыми числителями больше та дробь, знаменатель которой меньше. Например, Чтобы сравнить две дроби с разными числителями и знаменателями, нужно преобразовать обе дроби так, чтобы их знаменатели стали одинаковыми. Такое преобразование называется приведением дробей к общему знаменателю.

Модель 1.6. Сравнение обыкновенных дробей

Пусть, например, даны две дроби  и  Умножим числитель и знаменатель первой дроби на 7, получим Умножим числитель и знаменатель второй дроби на 4, получим Итак, две дроби и приведены к общему знаменателю:

Теперь знаменатели этих дробей одинаковы, значит, Следовательно, Ясно, что две дроби можно привести не к единственному общему знаменателю. Так, в нашем примере дроби  и  можно привести к знаменателю 56. В самом деле:

Понятно, что эти две дроби можно привести к любому знаменателю, делящемуся одновременно на 4 и 7. Однако обычно стараются привести дроби к наименьшему общему знаменателю, который равен наименьшему общему кратному знаменателей двух данных дробей.

Десятичные дроби

Дробь, знаменатель которой равен 10, 100, 1000 и вообще , может быть записана в виде десятичной дроби.

Например, Аналогично можно записывать неправильную дробь и смешанное число, например

По сути, десятичное число - просто удобная форма записи дроби с указанными знаменателями.

Рассмотрим десятичную дробь 3,1415. Имеем:

Таким образом, в десятичной дроби 3,1415 содержится 3 единицы, 1 десятая, 4 сотых, 1 тысячная, 5 десятитысячных. Вообще, в десятичной дроби может быть сколько угодно разрядов: десятые, сотые, тысячные, десятитысячные, стотысячные и т. д.

Рассмотренную дробь можно записать так:

Но  а Таким образом, десятичная дробь не изменится, если к ней справа приписать любое количество нулей.

Ясно, что верно и обратное: десятичная дробь не изменится, если отбросить нули, стоящие справа в конце неё. Например, (нули, не стоящие в конце числа, отбрасывать нельзя). Перечислим, как с десятичными числами можно проводить известные нам арифметические операции.

Модель 1.9. Сложение и вычитание десятичных дробей

Сложение и вычитание

Сложение и вычитание десятичных чисел производится точно так же, как сложение и вычитание целых чисел, нужно только записывать одноимённые разряды один под одним. Например,

Умножение

Умножение десятичных дробей проводится следующим образом. Перемножаем данные числа, как целые, не обращая внимания на запятые. Затем ставим в произведении запятую по следующему правилу: число знаков после запятой в произведении равно сумме чисел знаков после запятой во всех сомножителях. Заметим, что до постановки запятой отбрасывать знаки нельзя.

Модель 1.10. Умножение и деление десятичных дробей

Любую обыкновенную дробь можно представить в виде бесконечной десятичной дроби.

Рассмотрим, например, дробь и будем делить числитель на знаменатель, постепенно получая десятичные знаки. При этом для нас будет важным то, что число 2 можно представить в виде 2,000...

Получаем:

Значит,

Если записать последовательно все получающиеся при этом делении остатки, то получится: 13, 11, 8, 12, 10, 15, 14, 4, 6, 9, 5, 16, 7, 2, 3, 13, ...

Понятно, что все эти остатки меньше делителя, то есть 17; это означает, что на некотором шаге должен появиться остаток, который уже встречался раньше. После этого остатки, а значит и цифры в десятичной записи частного, будут повторяться. В нашем примере это происходит на 16 шаге и, начиная с 17-й, все цифры повторяются.

Такая повторяющаяся группа цифр называется периодом. Для краткости период часто пишут в круглых скобках:

Если период начинается сразу после запятой, как в нашем примере, то дробь называется чисто периодической. Если же период не начинается сразу после запятой, а ему предшествуют несколько цифр, то такая десятичная дробь называется смешанной периодической. Например, 0,234(2837468).

Модель 1.11. Обыкновенные и десятичные дроби

Оказывается, что можно провести и обратную операцию, а именно, по любой десятичной дроби найти обыкновенную дробь, ей равную. Как это делается, покажем на примере.

Все дроби вида m/n, где m - целое число, а n - натуральное, могут быть представлены в виде конечных или периодических десятичных дробей.

Целые числа, конечные и периодические десятичные дроби (положительные и им противоположные, которые называются отрицательными дробями) составляют множество рациональных чисел. Множество рациональных чисел обозначается

Выясним, как можно сравнивать десятичные дроби. Из всего вышесказанного следует, что сумма, разность, произведение и частное двух десятичных дробей снова будут десятичной дробью.

Говорят, что десятичная дробь a больше другой десятичной дроби b, и обозначают этот факт так: a > b, если разность a - b - положительное число. Говорят, что десятичная дробь a меньше другой десятичной дроби b, и обозначают этот факт так: a < b, если разность (a - b) - отрицательное число. На десятичные дроби совершенно аналогично переносятся понятия отношений ? и ?. Также сохраняется геометрическая интерпретация чисел. Так дроби соответствует точка на числовой оси, которую можно получить следующим образом: нужно отложить вправо от начала координат единичный отрезок два раза, затем отложить ещё длины этого отрезка. Если рассмотреть точку, симметричную данной относительно начала координат, то получим точку, которая соответствует числу

Аналогично можно поступить с десятичными дробями. Так, десятичному числу 3,14 отвечает точка на координатной прямой, которая получается следующим образом. Нужно от начала координат отложить три раза единичный отрезок, после отложить один раз отрезок длины от единичного; затем отложить отрезок длины единичного. Полученная точка и соответствует числу 3,14.