Jeder Bruch der Form \(\frac{2}{n}\) mit einer ungeraden natürlichen Zahl \(n>1\) lässt sich nach folgendem Muster in zwei verschiedene Stammbrüche zerlegen:
\(\frac{2}{n} = \frac{1}{\frac{n+1}{2}} + \frac{1}{\frac{n(n+1)}{2}}\)
a) Überprüfe die Formel für \(n = 7\), indem du die Werte berechnest und die Summe bildest.
b) Zeige allgemein durch Umformung der rechten Seite, dass die Gleichung für alle ungeraden natürlichen Zahlen \(n>1\) korrekt ist.
c) Warum sind die Bedingungen \(n>1\) und „\(n\) ungerade“ in diesem Kontext wichtig?
Denkanstöße
- Versuche zuerst, die Doppelbrüche auf der rechten Seite zu vereinfachen, indem du mit dem Kehrwert multiplizierst oder die Zähler und Nenner anpasst.
- Was muss für den Nenner eines Stammbruchs gelten? Muss er eine ganze Zahl sein?
- Welche Eigenschaft hat \(n+1\), wenn \(n\) ungerade ist? Warum sind die beiden Nenner für \(n>1\) verschieden?
Lösung
1. Überprüfung für \(n=7\): Einsetzen ergibt \(\frac{2}{7} = \frac{1}{\frac{7+1}{2}} + \frac{1}{\frac{7(7+1)}{2}} = \frac{1}{4} + \frac{1}{28}\).
2. Berechnung: \(\frac{1}{4} + \frac{1}{28} = \frac{7}{28} + \frac{1}{28} = \frac{8}{28}\). Kürzen mit 4 ergibt \(\frac{2}{7}\).
3. Allgemeine Umformung: Die rechte Seite ist \(\frac{2}{n+1} + \frac{2}{n(n+1)}\). Der Hauptnenner ist \(n(n+1)\).
4. Zusammenfassen: \(\frac{2n}{n(n+1)} + \frac{2}{n(n+1)} = \frac{2n+2}{n(n+1)} = \frac{2(n+1)}{n(n+1)} = \frac{2}{n}\).
5. Bedeutung der Bedingungen: Ist \(n\) eine ungerade natürliche Zahl, so sind \(\frac{n+1}{2}\) und \(\frac{n(n+1)}{2}\) natürliche Zahlen. Für \(n>1\) sind diese Nenner außerdem verschieden, da der zweite Nenner das \(n\)-Fache des ersten ist. Damit entstehen zwei verschiedene Stammbrüche.
Antwort
a) \(\frac{2}{7} = \frac{1}{4} + \frac{1}{28}\); Rechnung: \(\frac{7}{28} + \frac{1}{28} = \frac{8}{28} = \frac{2}{7}\).
b) \(\frac{2}{n+1} + \frac{2}{n(n+1)} = \frac{2n + 2}{n(n+1)} = \frac{2(n+1)}{n(n+1)} = \frac{2}{n}\).
c) Die Ungeradheit von \(n\) sorgt dafür, dass beide Nenner natürliche Zahlen sind. Die Bedingung \(n>1\) sorgt dafür, dass die beiden Nenner und damit die Stammbrüche verschieden sind.