Naravna in cela števila - teorija

Naravna in cela števila - teorija

Avtor: Skupina NAUK

Učni cilji: Vpeljava celih števil, poznavanje računskih operacij in njihovih lastnosti, grafična predstavitev le-teh, predstavitev desetiškega zapisa celega števila, kriterijev za deljivost, največjega skupnega delitelja in najmanjšega skupnega večkratnika števil, uporaba osnovnega izreka o deljenju.

Naravna števila

Množico naravnih števil označimo z . To je množica števil od 1 do neskončno ali drugače .

Lastnosti naravnih števil:

  • Naravnih števil je neskončno mnogo.
  • Vsako naravno število ima svojega naslednika .
  • Dve različni naravni števili imata različnega naslednika.

Upodobitev naravnih števil:

  • Predstavimo jih na vodoravni premici, ki ji pravimo številska premica.
  • Izberemo si izhodišče ali število 0 in za eno enoto v desno število 1.
  • Enakomerno nanašamo še ostala števila in tako dobimo točke 2, 3, 4 ...
(stevilska_premica.png)

PREMISLITE

Katera števila sestavljajo množico sodih in katera množico lihih naravnih števil?

Odgovor

(n.png)

Soda in liha naravna števila

Soda števila so vsi večkratniki števila 2, torej 2, 4, 6, 8, ... 2n, ... Liha števila pa so 1, 3, 5, 7, ... 2n-1, ... Naravna števila so sestavljena iz sodih in lihih števil.

Operacije v množici naravnih števil

1. SEŠTEVANJE: Poljubni dve naravni števili in seštejemo in dobimo vsoto .

(vsota.png)

2. MNOŽENJE: Poljubni dve naravni števili in zmnožimo in dobimo produkt oziroma zmnožek , kjer imamo členov .

(zmnozek.png)
(v.png)

Cela števila

Radi bi kupili novo kolo, ki stane več, kot imate prihranjenega denarja. Da bi izračunali, koliko vam morajo starši posoditi, moramo uvesti novo množico števil.

To so cela števila, ki jih označimo z . Množico celih števil dobimo tako, da množici naravnih števil dodamo število 0 in negativna cela števila -1, -2, -3 ... Torej, to je množica števil od - neskončno pa do neskončno ali drugače . Številsko premico razširimo tako, da vsa naravna števila prezrcalimo čez izhodišče in število je nasprotno številu .

(premica_cela_stevila.png)


(kolo.png)

PREMISLITE

Kaj so negativna cela števila in kaj so pozitivna cela števila?

Odgovor

Lahko v množici celih števil odštejemo katerokoli število od kateregakoli števila?

Odgovor

Negativna in pozitivna cela števila

Negativna cela števila so vsa števila od - neskončno do števila -1 ali s simboli: . Pozitivna cela števila pa so ravno vsa naravna števila.

Odštevanje celih števil

V množici celih števil lahko odštejemo poljubni dve števili. Sedaj velja , odštevanje je le prištevanje nasprotne vrednosti.

(bicikel.png)

Računski zakoni

V množici celih števil pa lahko uvedemo še operacijo ODŠTEVANJA:

Eno število odštejemo od drugega, rezultatu pa pravimo razlika. Razlika je tisto naravno število, ki ga moramo prišteti številu , da dobimo število . Velja .

(razlika.png)

Naj bodo , in naravna števila. Zanje velja:

  1. zakon o zamenjavi ali komutativnost seštevanja
  2. zakon o združevanju ali asociativnost seštevanja
  3. zakon o zamenjavi množencev ali komutativnost množenja
  4. zakon o združevanju množencev ali asociativnost množenja
  5. zakon o razčlenjevanju ali distributivnostni zakon

Posledice osnovnih računskih zakonov

  1. Nevtralni element za seštevanje je 0.
  2. Nevtralni element za množenje je 1.
  3. Nasprotno število številu je .
  4. (O2.png)

Potence z naravnim eksponentom

Če je celo število in naravno število, je potenca, ki pa je le krajši zapis produkta enakih faktorjev:

(potenca.png)
, kjer je enakih faktorjev .

Pravila za računanje s potencami


  1. Potenci z isto osnovno zmnožimo tako, da osnovo prepišemo, eksponenta pa seštejemo.

  2. Potenco potenciramo tako, da osnovo prepišemo, eksponenta pa zmnožimo.

  3. Produkt potenciramo tako, da potenciramo posamezen faktor.

  4. Potenciranje negativnega števila s sodim eksponentom je vedno pozitivno število.

  5. Potenciranje negativnega števila z lihim eksponentom je vedno negativno število.

Izrazi

Večkratnik oziroma -kratnik števila je vsota enakih členov , kjer sta in celi števili. Primer: Večkratniki števila 4 so: -8, -4, 0, 4, 8, 12, 16 ...

Izraz je smiseln zapis, sestavljen iz števil, spremenljivk, operacij in oklepajev, ki določajo vrstni red računanja. Nekaj najbolj pomembnih izrazov:

Kvadrat vsote
Kvadrat razlike
Kub vsote
Kub razlike
Razlika kvadratov
Razlika kubov
Vsota kubov
Izpostavljanje skupnega faktorja
Razlika n-tih potenc
Vsota n-tih potenc

PREMISLITE

Kako se lotimo reševanja izraza, če je treba izvesti več različnih operacij zapored?

Odgovor

Izpeljite obrazec za kvadrat tričlenika.

Odgovor

Vrstni red operacij pri izrazih

Če v izrazu ni oklepajev, ima množenje prednost pred seštevanjem oziroma odštevanjem. Če pa so v izrazu oklepaji, moramo najprej izvesti operacije znotraj oklepajev.

Kvadrat tričlenika

Tričlenik je izraz oblike . Kvadrat pa je . Če sedaj vsak člen prvega oklepaja pomnožimo z vsakim členom drugega oklepaja, dobimo .

Zgledi

Razcep kvadratnega tričlenika

Radi bi razcepili kvadratni tričlenik oblike oblike .

Včasih lahko tričlenik razcepimo kar na pamet, pri tem pa mora veljati:

kjer sta in celi števili.
Dobimo . Tej formuli rečemo Vietovo pravilo.

Zgleda

PREMISLITE

Ali se katerega izmed kvadratnih tričlenikov ne da razstaviti po Vietovem pravilu?

Odgovor

Razcep po Vietovem pravilu

Da, le redke izraze lahko razcepimo z uporabo Vietovega pravila. Vse ostale izraze pa boste lahko razcepili z uporabo drugih formul v kasnejših letnikih. Npr. izraza se ne da razcepiti z uporabo Vietovega pravila, saj velja , vendar ne velja . Ali druga možnost: velja , vendar ne velja .

Deljivost v množici naravnih števil

Za rojstni dan smo dobili 14 bonbonov, ki jih želimo razdeliti med prijatelje:

  • 14 prijateljev lahko obdarimo z 1 bonbonom.
  • 7 prijateljev lahko obdarimo z 2 bonbonoma.
  • 2 prijatelja lahko obdarimo s 7 bonboni.
  • 1 prijatelja lahko obdarimo s 14 bonboni.

Dobili smo tudi 7 čokolad, ki jih želimo pravično razdeliti. Tu imamo le dve možnosti: da en prijatelj dobi vseh 7 čokolad ali da 7 prijateljev dobi po 1 čokolado.

(cokolada.png)

Lahko bi rekli tudi drugače: število 7 ima le dva delitelja, to sta 1 in 7, število 14 pa več, to so 1, 2, 7 in 14.

  • Naravno število deli število , če lahko zapišemo v obliki . natako tedaj, ko velja .
  • Naravno število je sodo takrat, ko se ga da zapisati v obliki , kjer je naravno število.
  • Naravno število je liho takrat, ko se ga da zapisati v obliki ali , kjer je naravno število.

PREMISLITE

Kakšno število je vsota dveh sodih in kakšno vsota dveh lihih števil?

Odgovor

Kakšno število je vsota lihega in sodega števila?

Odgovor

Kakšno število je produkt dveh lihih števil?

Odgovor

Dokažite, da če je v produktu en faktor sod, je tudi produkt sodo število.

Odgovor

Vsota dveh sodih in dveh lihih števil

Naj bosta in dve sodi števili. Njuna vsota je enaka , kar je spet sodo število.
Naj bosta in dve lihi števili. Njuna vsota je enaka ali , kar pa je sodo število.

Vsota sodega in lihega števila

Naj bo sodo in liho število. Njuna vsota je enaka , kar je liho število.

Produkt dveh lihih števil

Naj bosta in dve lihi števili. Njun produkt je enak , kar je liho število.

Produkt z enim sodim faktorjem

Naj bo število sodo. Če zmnožimo števili in , dobimo , kar je res sodo število.

Desetiški zapis števil

Oglejmo si število 2476. To število je sestavljeno iz enic, desetic, stotic in tisočic. Lahko zapišemo tudi kot 6E 7D 4S 2T. To pa so ravno potence števila 10. Lahko pa to število zapišemo tudi drugače:

Naj bo neko naravno število. Desetiški zapis tega števila je

kjer so števke od 0 do 9.

Zapišimo število 2476 v desetiškem zapisu: .

PREMISLITE

Od kod izvira desetiški številski sistem?

Odgovor

Zapis števil in sistemi

Za zapis števil uporabljamo arabske številke. Številski sistem je sistem, v katerem so urejena števila. Najbolj uporabljan je desetiški številski sestav, ki izhaja najverjetneje iz tega, da imamo ljudje 10 prstov. Na posameznih področjih pa se uporabljajo tudi sistemi z drugo osnovo.

Kriteriji za deljivost

S katerimi števili od 2 do 10 je deljivo število 254782222445425423? Ker bi bilo preverjanje tega s kalkulatorjem ali pisnim deljenjem na pamet prezamudno, lahko to storimo s pomočjo kriterijev za deljivost:

Število je deljivo s/zče
2,je zadnja števka soda.
5,je zadnja števka 0 ali 5.
10,je zadnja števka 0.
4,je dvoštevilski konec deljiv s 4.
8,je dvoštevilski konec deljiv z 8.
25,je dvoštevilski konec deljiv s 25.
100,sta zadnji dve števki 0.
3,je vsota njegovih števk deljiva s 3.
9,je vsota njegovih števk deljiva z 9.
11,je alternirajoča vsota njegovih števk deljiva z 11.
6,je deljivo hkrati z 2 in s 3.

PREMISLITE

Zakaj velja kriterij za deljivost z 2?

Odgovor

Imamo število 52a6a6. Določite števko a tako, da bo število deljivo z 9.

Odgovor

Kriterij za deljivost z 2

Če imamo število 24568, ga lahko zapišemo kot . Ker so števila 10, 100, 1000, 10000 vsa deljiva z 2, jo lahko izpostavimo in dobimo . Dobili smo število, ki je deljivo z 2 in enice. Torej je število deljivo z 2 takrat, ko so njegove enice deljive z 2. To pa je v primeru, ko so enice 0, 2, 4, 6 ali 8. Število 24568 je deljivo z 2. Na podoben način dobimo kriterije za deljivost z ostalimi števili.

Vaja

Število je deljivo z 9, če je vsota njegovih števk deljiva z 9. Vsota števk števila 52a6a6 je enaka . Ker mora biti to število deljivo z 9, lahko zapišemo tudi . Če je , dobimo in . Če je , dobimo in . Ker pa je števka, je to lahko le število 4. Zato je iskano število 524646.

Praštevila in sestavljena števila

Glede na število deliteljev lahko števila razdelimo v skupine:

  1. Število 1, ki ima samo enega delitelja, samega sebe.
  2. Števila, ki imajo natanko dva delitelja, samega sebe in število 1. To so praštevila.
  3. Števila, ki imajo več kot dva delitelja. To so sestavljena števila.

Osnovni izrek:
Vsako naravno število lahko zapišemo na natanko en način, in sicer kot produkt samih praštevil, pri čemer lahko posamezno praštevilo nastopi večkrat.

(ena2.png)

PREMISLITE

Ugotovite, če je izraz sestavljeno število.

Odgovor

Sestavljeno število ali ne

Izraz lahko zapišemo kot . Če za vzamemo najmanjše naravno število 1, je , za poljuben pa je , zato je število sestavljeno.

Osnovni izrek o deljenju

Naj bosta in naravni števili in . Potem obstajata natanko določeni nenegativni celi števili in , tako da velja:

.

... deljenec
... delitelj
... količnik ali kvocient
... ostanek

Primeri:

PREMISLITE

Katere ostanke je mogoče dobiti pri deljenju s številom 4?

Odgovor

Pri deljenju nekega števila s številom 15 dobimo količnik 8 in ostanek 6. Katero je to število?

Odgovor

Ostanek pri deljenju

Pri deljenju s številom 4 lahko dobimo ostanek 0, 1, 2 ali 3. Primeri:
44 : 4 = 11, ostanek 0
45 : 4 = 11, ostanek 1
46 : 4 = 11, ostanek 2
47 : 4 = 11, ostanek 3
48 : 4 = 12, ostanek 0
...

Osnovni izrek o deljenju

Osnovni izrek o deljenju pravi, da je . Z našimi podatki pa dobimo . To število je 126.

Največji skupni delitelj

Imamo števili 20 in 24.

  • Delitelji števila 20: .
  • Delitelji števila 24: .
  • Skupni delitelji: .
  • Največji skupni delitelj: 4.

Največji skupni delitelj dveh števil in je tako največje naravno število, ki hkrati deli in .

Postopek:

  • Dana števila razcepimo na prafaktorje.
  • Največji skupni delitelj dveh ali več števil je produkt prafaktorjev, ki so skupni vsem razcepom.
  • Pri posameznem prafaktorju vzamemo najmanjšega od eksponentov.

Če za dve naravni števili velja, da je njun največji skupni delitelj enak 1, potem pravimo, da sta si števili tuji.

PREMISLITE

Kolikšen je največji skupni delitelj dveh praštevil?

Odgovor

(D.png)

Največji skupni delitelj dveh praštevil

Ker dve praštevili nimata skupnega prafaktorja in je edini skupni delitelj število 1, je to tudi njun največji skupni delitelj. Torej sta si dve praštevili tuji.

Zgled

Poiščimo največji skupni delitelj števil 120, 144 in 180.
Rešitev

  • Razcepimo števila na prafaktorje:
(razcep1.png) (razcep2.png) (razcep3.png)

Za največji skupni delitelj vzamemo tista praštevila, ki so skupna vsem trem razcepom, in pri posameznih številih najmanjšega od eksponentov. Skupni sta števili 2 in 5 z eksponentoma 1.

(dve.png)

Najmanjši skupni večkratnik

Imamo števila 24, 56 in 84.

  • Večkratniki števila 24: .
  • Večkratniki števila 56: .
  • Večkratniki števila 84: .
  • Skupni večkratniki: .
  • Najmanjši skupni večkratnik: 168.

Najmanjši skupni večkratnik dveh števil in je tako najmanjše naravno število, ki je hkrati deljivo z in z .

Postopek:

  • Dana števila razcepimo na prafaktorje.
  • Najmanjši skupni večkratnik dveh ali več števil je produkt prafaktorjev.
  • Pri posameznem prafaktorju vzamemo največjega od eksponentov.

Velja trditev

Zgled

Poiščimo najmanjši skupni večkratnik števil 150, 240 in 686.
Rešitev

  • Razcepimo števila na prafaktorje:
(razcep4.png) (razcep5.png) (razcep6.png)

Za najmanjši skupni večkratnik vzamemo tista praštevila, ki nastopajo v vseh treh razcepih in pri posameznih številih največjega od eksponentov. To so torej števila 2, 3, 5 in 7. Pri številu 2 je največji eksponent 4, pri številu 3 1, pri številu 5 je to število 2, pri številu 7 pa 3.

Evklidov algoritem

Evklidov algoritem je drug način za iskanje največjega skupnega delitelja dveh števil. Pri tem postopku uporabljamo osnovni izrek o deljenju. Naredimo kar primer na številih 725 in 75:

Prvo število zapišemo kot produkt drugega števila z nekim drugim številom plus ostanek. Potem delitelj postane deljenec, prejšnji ostanek pa delitelj. Postopek se v končno mnogo korakih konča. Največji skupni delitelj števil je zadnji od 0 različen ostanek pri deljenju v Evklidovem algoritmu.

(evklid.png)

Anekdota


Evklid se je že v mladih letih veliko ukvarjal z matematičnimi in geometrijskimi nalogami. Njegov učbenik Elementi, ki je z nekaterimi spremembami še dandanes veljaven, je zagrenil življenje marsikateremu najstniku.

Vendar je Evklid bil malo prevaranta. Le malokateri izrek, s katerim si je pridobil matematični sloves, je njegov. Še vedno pa je njegova veličina v tem, da je zbral vse matematično znanje, ki se je kopičilo od Talesovih časov naprej in strnil dve stoletji in pol prizadevanj v eno samo delo. Brez dvoma njegov je edino dokaz, ki ga je dal za Pitagorov izrek.


0%
0%