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M6 E - Periodische Dezimalzahlen entdecken

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M6 E - Periodische Dezimalzahlen entdecken




Einleitung

In diesem aiMOOC entdeckst Du, warum manche Brüche als Dezimalzahlen nicht abbrechen. Statt immer neue, zufällige Nachkommastellen zu erzeugen, taucht bei solchen Brüchen ein festes Ziffernmuster immer wieder auf. Dieses Muster heißt Periode.

Ein besonders wichtiges Beispiel ist:

13=1:3=0,3333=0,3

Die Schreibweise 0,3 bedeutet: Die Ziffer 3 wiederholt sich ohne Ende.

Die Abbildung zeigt ein Drittel eines Ganzen. Dieses eine Drittel lässt sich als Bruch exakt mit 13 angeben. Bei der Dezimalschreibweise entsteht dagegen eine unendliche periodische Ziffernfolge.


Lernziele

Nach diesem aiMOOC kannst Du Zusammenhänge zwischen Brüchen, Division, Dezimaldarstellungen und periodischen Mustern erklären.

Du kannst ... Beispiel
einen Bruch als Division deuten 23=2:3
eine schriftliche Division weiterführen 1:3=0,333
eine Periode erkennen 0,272727=0,27
rein periodische und gemischt periodische Dezimalzahlen unterscheiden 0,3 und 0,16
abbrechende und nicht abbrechende Dezimaldarstellungen vergleichen 18=0,125, aber 17=0,142857
aus wiederkehrenden Resten auf wiederkehrende Ziffern schließen Rest 1 taucht bei 1:3 immer wieder auf


Vom Bruch zur Division

Ein Bruch ist zugleich eine Divisionsaufgabe:

ab=a:b

Dabei ist a der Zähler und b der Nenner. Für 13 gilt also:

13=1:3

Drei gleich große Drittel ergeben wieder ein Ganzes:

13+13+13=1

Daraus folgt auch:

313=1

Die Dezimaldarstellung muss deshalb eine Zahl sein, die mit 3 multipliziert wieder 1 ergibt.


Entdeckerstation 1: Teile ein Ganzes in Drittel

Betrachte 1 Ganzes. Beim Teilen durch 3 lässt sich die Einerstelle nicht ohne Rest verteilen. Deshalb wechseln wir zu Zehnteln.

Schritt Darstellung Ergebnis Rest
Einer teilen 1:3 0 ganze Einer 1
Einen Einer in zehn Zehntel tauschen 10:3 3 Zehntel 1 Zehntel
Das Rest-Zehntel in zehn Hundertstel tauschen 10:3 3 Hundertstel 1 Hundertstel
Das Rest-Hundertstel in zehn Tausendstel tauschen 10:3 3 Tausendstel 1 Tausendstel

Der gleiche Rest entsteht immer wieder. Deshalb entsteht auch immer wieder die gleiche Ziffer:

0,30,330,3330,3333


Stellenwerte sichtbar machen

Du kannst Stellenwertmaterial unterschiedlich skalieren: Wird der größte Block als 1 Ganzes festgelegt, können kleinere Teile Zehntel, Hundertstel und Tausendstel darstellen.

Für 13 kannst Du Dir die Dezimaldarstellung so vorstellen:

0,3=310+3100+31000+310000+

Es gibt dabei keine letzte Nachkommastelle.

Interaktives Stellenwertmodell: Verändere Einer, Zehntel, Hundertstel und Tausendstel und beobachte den Aufbau von Dezimalzahlen.


Schriftliche Division und periodische Muster

Die Verbindung zwischen Bruch und periodischer Dezimalzahl wird besonders deutlich bei der schriftlichen Division.


Beispiel: 13

1:3=0,333310:3=3 Rest 110:3=3 Rest 110:3=3 Rest 1

Immer wenn der Rest 1 wieder auftaucht, beginnt genau die gleiche Rechensituation erneut. Deshalb wiederholt sich die Ziffer 3:

13=0,3

Die Animation veranschaulicht den Ablauf einer schriftlichen Division. Entscheidend für periodische Dezimalzahlen ist besonders der Rest: Wiederholt sich ein Rest, wiederholt sich danach auch der weitere Rechenweg.


Visuelle Schritt-für-Schritt-Erklärung

Rechenschritt Rechnung Ziffer hinter dem Komma Neuer Rest
1 10=33+1 3 1
2 10=33+1 3 1
3 10=33+1 3 1
4 10=33+1 3 1

Das Muster ist jetzt eindeutig:

Fehler beim Parsen (Syntaxfehler): {\displaystyle \boxed{\frac13=0{,}\overline3}}


Beispiel: 23

2:3=0,666620:3=6 Rest 220:3=6 Rest 220:3=6 Rest 2

Also:

Fehler beim Parsen (Syntaxfehler): {\displaystyle \boxed{\frac23=0{,}\overline6}}

Prüfe den Zusammenhang:

0,3+0,3=0,6

und

13+13=23


Beispiel: 16 – erst Vorperiode, dann Periode

Bei 16 beginnt die Wiederholung nicht sofort:

1:6=0,166610:6=1 Rest 440:6=6 Rest 440:6=6 Rest 4

Daher gilt:

Fehler beim Parsen (Syntaxfehler): {\displaystyle \boxed{\frac16=0{,}1\overline6}}

Die Ziffer 1 gehört zur Vorperiode. Die Ziffer 6 ist die Periode.


Was ist eine Periode?

Die Periode ist die kürzeste Ziffernfolge, die sich bei einer nicht abbrechenden periodischen Dezimaldarstellung immer wiederholt.

Lange Schreibweise Periodenschreibweise Periode Periodenlänge
0,333333 0,3 3 eine Stelle
0,272727 0,27 27 zwei Stellen
0,142857142857 0,142857 142857 sechs Stellen
0,166666 0,16 6 eine Stelle nach einer Vorperiode

Achte darauf, die kürzeste sich wiederholende Ziffernfolge zu markieren:

0,333333=0,3

und nicht unnötig

0,33.


Rein periodisch und gemischt periodisch

Art Kennzeichen Beispiel
rein periodisch Die Periode beginnt direkt nach dem Komma. 13=0,3
gemischt periodisch Vor der Periode stehen zunächst eine oder mehrere nicht wiederholte Nachkommastellen. 16=0,16


Nicht verwechseln: periodisch, gerundet und abgeschnitten

0,3 ist eine exakte Schreibweise für 13.

Dagegen sind

0,3,0,33,0,333

nur endliche Näherungen.

Zahl Als Bruch Abstand zu 13
0,3 310 130
0,33 33100 1300
0,333 3331000 13000

Mit jeder weiteren 3 wird die Näherung genauer. Die periodische Schreibweise erfasst jedoch alle Stellen auf einmal:

0,3=13


Periodische Dezimalzahlen auf der Zahlengeraden

Auf einer Zahlengeraden liegt 13 zwischen 0,3 und 0,4.

Noch genauer gilt:

0,33<13<0,34

und:

0,333<13<0,334

und:

0,3333<13<0,3334

Die Intervalle werden immer enger.


Dynamische Zahlengerade

Verschiebe Punkte, vergrößere Abschnitte und beobachte, wie zwischen zwei sichtbaren Dezimalstellen immer weitere Stellen liegen.

Eine weitere bewegliche Bruchdarstellung verbindet Brüche direkt mit Positionen auf der Zahlengeraden:


Ein längeres Muster: 17

Bei 17 besteht die Periode nicht aus einer einzigen Ziffer.

Wir führen die Division Schritt für Schritt aus:

Schritt Zu teilende Zahl Rechnung nächste Ziffer Rest
1 10 10=17+3 1 3
2 30 30=47+2 4 2
3 20 20=27+6 2 6
4 60 60=87+4 8 4
5 40 40=57+5 5 5
6 50 50=77+1 7 1

Jetzt ist wieder der Rest 1 erreicht. Genau mit diesem Rest begann der Nachkommateil. Der gesamte Ablauf startet also erneut:

1326451

Deshalb wiederholen sich die Ziffern

142857

und es gilt:

Fehler beim Parsen (Syntaxfehler): {\displaystyle \boxed{\frac17=0{,}\overline{142857}}}


Warum muss irgendwann etwas passieren?

Bei einer Division durch 7 kann der Rest nur

0,1,2,3,4,5 oder 6

sein.

Es gibt zwei Möglichkeiten:

Fall Folge
Der Rest wird 0. Die Dezimaldarstellung bricht ab.
Ein früherer Rest erscheint erneut. Ab diesem Punkt wiederholt sich der gleiche Rechenweg und damit die gleiche Ziffernfolge.

Diese Rest-Idee erklärt, warum ein Bruch aus ganzen Zahlen bei seiner Dezimaldarstellung entweder abbricht oder irgendwann periodisch wird.


Abbrechend oder periodisch?

Vergleiche:

Bruch Dezimaldarstellung Beobachtung
12 0,5 bricht ab
14 0,25 bricht ab
18 0,125 bricht ab
15 0,2 bricht ab
13 0,3 periodisch
16 0,16 periodisch
17 0,142857 periodisch
1112 0,916 periodisch


E-Niveau: Vorhersagen mit dem Nenner

Kürze den Bruch zuerst vollständig.

Besteht der Nenner danach nur aus den Primfaktoren 2 und 5, dann kann die Dezimaldarstellung abbrechen.

Beispiele:

8=23

20=225

125=53

Daher brechen zum Beispiel 18, 720 und 3125 ab.

Enthält der vollständig gekürzte Nenner noch einen anderen Primfaktor, entsteht eine nicht abbrechende periodische Dezimaldarstellung.

Beispiele:

3, 6=23, 7, 12=223

Deshalb sind 13, 16, 17 und 1112 periodisch.

Wichtig: Erst kürzen!

312=14=0,25

Obwohl 12 den Faktor 3 enthält, ist der gekürzte Nenner 4=22. Deshalb bricht die Dezimaldarstellung ab.


Entdeckertabelle zur Nennerregel

Bruch vollständig gekürzt? Nennerfaktoren Vorhersage Dezimaldarstellung
38 ja 23 abbrechend 0,375
720 ja 225 abbrechend 0,35
56 ja 23 periodisch 0,83
415 ja 35 periodisch 0,26
615 nein, zunächst 25 5 abbrechend 0,4


Musterlabor

Untersuche verschiedene Brüche mit einem Taschenrechner oder durch schriftliche Division. Ein Taschenrechner zeigt nur endlich viele Stellen an. Du musst daher unterscheiden zwischen einer Anzeige und einer mathematisch exakten periodischen Schreibweise.

Bruch mögliche Rechneranzeige mathematisch exakt
13 0,333333333 0,3
29 0,222222222 0,2
1011 0,909090909 0,90
17 0,142857143 0,142857


Interaktives Periodenmuster

Verändere Brüche und beobachte, ob die Dezimaldarstellung abbricht oder sich ein Muster wiederholt.


Interaktiver Dezimal-Visualisierer

Mit diesem Stellenwertmodell kannst Du Zehntel und Hundertstel verändern. Nutze es, um endliche Näherungen wie 0,3, 0,33 und 0,34 zu vergleichen.


Lernvideo: Periodische Dezimalzahlen

Das folgende Video behandelt abbrechende und periodische Dezimalzahlen auf dem Niveau der 6. Klasse.


Lernvideo: Brüche in Dezimalzahlen umwandeln

Achte beim Ansehen besonders darauf, wie aus der Division eine Dezimaldarstellung entsteht und woran sich periodische Stellen erkennen lassen.


Vertiefungsvideo: Periodische Dezimalzahlen als Brüche

Wenn Du die Richtung umkehren möchtest, kannst Du untersuchen, wie sich eine periodische Dezimalzahl wieder als Bruch darstellen lässt.


Merkkasten

Merksatz Mathematisches Beispiel
Ein Bruch bedeutet Division. ab=a:b
Endet die Division mit Rest 0, kann die Dezimaldarstellung abbrechen. 18=0,125
Taucht bei der Division ein früherer Rest erneut auf, wiederholt sich danach auch die Ziffernfolge. 13=0,3
Die kürzeste wiederholte Ziffernfolge heißt Periode. 0,27=0,272727
Eine Periode wird mit einem Überstrich markiert. 0,142857
Bei einer gemischt periodischen Zahl steht vor der Periode eine Vorperiode. 0,16


Interaktive Aufgaben


Quiz: Teste Dein Wissen

Welche Dezimaldarstellung gehört zu 13? (0,333... mit sich ständig wiederholender 3) (!0,3 und danach endet die Zahl) (!0,13) (!3,0)




Was bedeutet der Überstrich bei 0,7? (Die Ziffer 7 wiederholt sich ohne Ende) (!Die Ziffer 7 wird gerundet) (!Die Zahl endet nach der 7) (!Die 7 wird mit 10 multipliziert)




Warum entsteht bei 1:3 immer wieder die Ziffer 3? (Der gleiche Rest 1 entsteht immer wieder) (!Der Divisor wird jedes Mal kleiner) (!Nach dem Komma dürfen nur Dreien stehen) (!Weil 3 eine Primzahl ist)




Welche Zahl ist rein periodisch? (0,272727...) (!0,16666...) (!0,125) (!0,45)




Welche Zahl ist gemischt periodisch? (0,16666...) (!0,33333...) (!0,125) (!0,75)




Welche Dezimaldarstellung bricht ab? (0,375) (!0,33333...) (!0,272727...) (!0,142857142857...)




Welche Ziffernfolge ist die Periode von 0,142857142857...? (142857) (!14) (!857) (!142)




Was muss vor der Nennerregel zuerst geschehen? (Der Bruch muss vollständig gekürzt werden) (!Der Zähler muss verdoppelt werden) (!Der Nenner muss auf 100 erweitert werden) (!Die Nachkommastellen müssen gerundet werden)




Welche Nennerfaktoren erlauben nach vollständigem Kürzen eine abbrechende Dezimaldarstellung? (Nur 2 und 5) (!Nur 3 und 7) (!Nur 2 und 3) (!Nur 5 und 7)




Was geschieht, wenn bei einer schriftlichen Division ein früherer Rest wieder auftaucht? (Der weitere Rechenweg wiederholt sich) (!Die Division ist falsch) (!Die Dezimalzahl muss sofort abgebrochen werden) (!Der Nenner wird zu null)





Memory

Periode kürzeste Ziffernfolge, die sich wiederholt
Vorperiode Nachkommastellen vor Beginn der Wiederholung
Bruchstrich kann als Divisionszeichen gelesen werden
Rest entscheidet beim schriftlichen Dividieren über den nächsten Schritt
Überstrich kennzeichnet die sich wiederholenden Ziffern
abbrechend Dezimaldarstellung mit endlich vielen notwendigen Nachkommastellen





Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu. Thema
rein periodisch Periode beginnt direkt nach dem Komma
gemischt periodisch Vorperiode steht vor der Periode
schriftliche Division macht wiederkehrende Reste sichtbar
Überstrich markiert die Periode
abbrechend Rest wird schließlich null





Kreuzworträtsel

Periode Wie heißt die kürzeste Ziffernfolge, die sich ständig wiederholt?
Division Welche Rechenart steckt hinter einem Bruchstrich?
Rest Was bleibt bei einer Division möglicherweise nach einem Rechenschritt übrig?
Nenner Welcher Teil des Bruchs bestimmt, durch welche Zahl geteilt wird?
Ueberstrich Wie heißt die Markierung über einer sich wiederholenden Ziffernfolge?
Rational Wie nennt man eine Zahl, die als Quotient zweier ganzer Zahlen geschrieben werden kann?





LearningApps


Lückentext

Vervollständige den Text.
Ein Bruch kann als

gelesen werden.
Bei 13 entsteht bei jedem weiteren Divisionsschritt wieder derselbe

.
Eine sich wiederholende Ziffernfolge heißt

.
Bei einer rein periodischen Dezimalzahl beginnt die Wiederholung direkt nach dem

.
Bei einer gemischt periodischen Dezimalzahl steht vor der Periode eine

.
Die Periode wird häufig mit einem

markiert.
Wird der Rest bei der Division null, kann die Dezimaldarstellung

.
Vor der Untersuchung der Primfaktoren des Nenners sollte ein Bruch vollständig

werden.




Offene Aufgaben


Leicht

  1. Periodenmuster finden: Berechne 19, 29, 39 und 49 als Dezimalzahlen. Markiere bei jeder Zahl die Periode und beschreibe ein Muster.
  2. Bruchbild gestalten: Zeichne einen Kreis oder ein Rechteck, markiere 13 und erkläre mit einem kurzen Rechenweg, warum die passende Dezimaldarstellung nicht nach einer festen Zahl von Stellen endet.
  3. Zahlengerade untersuchen: Zeichne den Bereich von 0,3 bis 0,4. Trage 0,33, 0,333 und 0,334 ein und beschreibe, wo 13 liegen muss.
  4. Periodenkarte erstellen: Gestalte eine Lernkarte zu 0,27. Zeige lange Schreibweise, Periodenschreibweise und Periodenlänge.


Standard

  1. Schriftliche Division dokumentieren: Führe 2:3, 1:6 und 4:11 schriftlich aus. Markiere gleiche Reste mit gleichen Symbolen und erkläre den Zusammenhang zur Periode.
  2. Brüche sortieren: Untersuche 14, 38, 56, 720, 29 und 415. Sortiere in abbrechend und periodisch und begründe Deine Entscheidung.
  3. Erklärvideo produzieren: Erstelle ein höchstens zweiminütiges Lernvideo zu 13=0,3. Zeige dabei Bruchbild, Division und periodische Schreibweise.
  4. Rechneranzeige prüfen: Gib mehrere periodische Brüche in einen Taschenrechner ein. Vergleiche die endliche Anzeige mit der exakten Periodenschreibweise und erkläre, warum die Anzeige nicht alle Stellen zeigen kann.


Schwer

  1. Nennerregel erforschen: Erstelle eine Tabelle für die Nenner von 2 bis 20. Prüfe bei gekürzten Stammbrüchen 1n, welche Dezimaldarstellungen abbrechen, und formuliere eine Regel zu den Primfaktoren des Nenners.
  2. Restkreislauf visualisieren: Stelle die Restfolge von 1:7 als Kreislaufdiagramm dar. Verbinde jeden Rest mit der jeweils erzeugten Ziffer und erkläre, warum die Periode sechs Stellen hat.
  3. Eigene Forscherfrage: Suche zwei verschiedene Brüche mit derselben Periodenlänge, aber unterschiedlichen Perioden. Dokumentiere Deine Suche und begründe die Ergebnisse durch schriftliche Division.
  4. Perioden-Ausstellung: Entwickle mit einer Gruppe eine kleine Ausstellung mit Bruchbildern, Zahlengeraden, schriftlichen Divisionen, Stellenwertmodellen und digitalen Interaktionen. Jede Station soll denselben Bruch aus mindestens zwei Darstellungsformen erklären.




Text bearbeiten Bild einfügen Video einbetten Interaktive Aufgaben erstellen



Lernkontrolle

  1. Darstellungen verbinden: Erkläre an 16, wie Bruch, schriftliche Division, Restfolge und Schreibweise 0,16 zusammenhängen.
  2. Fehleranalyse: Eine Schülerin schreibt 13=0,33. Erkläre genau, was daran falsch ist und wie die Aussage korrekt formuliert werden kann.
  3. Vorhersage begründen: Entscheide ohne vollständige Division, ob 740 und 730 abbrechende oder periodische Dezimaldarstellungen besitzen. Begründe mit den gekürzten Nennern.
  4. Restmuster übertragen: Bei einer Division taucht nach mehreren Schritten derselbe Rest erneut auf. Erkläre allgemein, warum ab diesem Zeitpunkt die nachfolgenden Ziffern wiederholt werden müssen.
  5. Vergleich von Näherungen: Ordne 0,3, 0,33, 0,333 und 13. Begründe Deine Reihenfolge und beschreibe, was beim Anhängen weiterer Dreien geschieht.
  6. Muster erklären: Untersuche 19, 29, 49 und 89. Formuliere eine Vermutung und begründe sie mit der Bedeutung des Bruchs als Division.


Lernnachweis

Für einen Lernnachweis zu diesem Thema ist wichtig, dass Du nicht nur Ergebnisse nennst, sondern die Zusammenhänge zwischen den Darstellungen erklären kannst.

Kompetenz Das solltest Du zeigen können
Bruch und Division verbinden ab=a:b deuten und anwenden
Schriftlich dividieren Rechenschritte korrekt fortsetzen und Reste notieren
Perioden erkennen kürzeste Wiederholungsfolge bestimmen
Periodenschreibweise verwenden Überstrich an der richtigen Stelle setzen
Darstellungen vergleichen Bruch, Dezimalzahl, Zahlengerade und Stellenwertdarstellung aufeinander beziehen
Abbrechend oder periodisch unterscheiden Entscheidung begründen statt nur abzulesen
Nennerregel auf E-Niveau anwenden Bruch zuerst kürzen und anschließend Primfaktoren des Nenners untersuchen
Zusammenhänge erklären Wiederkehrende Reste mit wiederkehrenden Ziffern verbinden


OERs zum Thema

Der Wikipedia-Artikel zu Dezimalbrüchen bietet eine weiterführende Darstellung zu endlichen und periodischen Dezimalentwicklungen:


Verknüpfte Lernbereiche


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