Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 8
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Dezimal aus Binär
Beispiel:
Gib die Zahl (1011.1110)2 im Dezimalsystem an.
Als Dezimalzahl
Um die (für uns normale) Dezimalzahl zu berechnen, müssen wir einfach jede Ziffer mit der zugehörigen 2er-Potenz ihrer Stelle (siehe rechts) multiplizieren. Am besten tun wir das von rechts nach links:
(1011.1110)2 = 0⋅1 + 1⋅2 + 1⋅4 + 1⋅8 + 1⋅16 + 1⋅32 + 0⋅64 + 1⋅128= 190
Somit ergibt sich die Dezimaldarstellung von (1011.1110)2 = 190
Binär aus Dezimal
Beispiel:
Gib die Zahl 117 im Binärsystem an.
Zuerst versuchen wir Schritt für Schritt die Zahl 117 als Summe von 2er-Potenzen (siehe rechts) zu schreiben:
117 = 64 + 53 = 64 + 32 + 21 = 64 + 32 + 16 + 5 = 64 + 32 + 16 + 4 + 1
= 1⋅64 + 1⋅32 + 1⋅16 + 0⋅8 + 1⋅4 + 0⋅2 + 1⋅1
Somit ergibt sich die Binärdarstellung von 117 = (111.0101)2
Binäres Addieren
Beispiel:
Berechne ohne die Binärzahlen in Dezimalzahlen umzuwandeln:
| ( | 1 | 1 | 0 | 1 | . | 0 | 1 | 1 | 1 | )2 | + | ( | 1 | 1 | 0 | . | 1 | 1 | 1 | 1 | )2 |
Wir schreiben die beiden Binärzahlen untereinander und gehen wie beim schriftlichen Addieren von Dezimalzahlen vor:
| ( | 1 | 1 | 0 | 1 | . | 0 | 1 | 1 | 1 | )2 | + | ( | 1 | 1 | 0 | . | 1 | 1 | 1 | 1 | )2 | ||||||
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | ||||||||||||||||||||
| ( | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | )2 |
negative Binärzahlen
Beispiel:
Gegeben ist die 8-Bit-Binärzahl (0110.0000)2 = 96.
Bestimme -96 als 8-Bit-Binärzahl (in der Zweierkomplement-Darstellung):
Wir invertieren im ersten Schritt unsere Binärzahl (d.h. aus jeder 0 wird eine 1 und aus jeder 1 wird eine 0).
so wird (0110.0000)2
zu (1001.1111)2
Jetzt müssen wir nur noch die binäre 1 auf diese invertierte Zahl draufaddieren:
| ( | 1 | 0 | 0 | 1 | . | 1 | 1 | 1 | 1 | )2 | + | ( | 0 | 0 | 0 | 0 | . | 0 | 0 | 0 | 1 | )2 | |||||
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | |||||||||||||||||||||||
| ( | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | )2 |
Binäres Subtrahieren
Beispiel:
Berechne ohne die Binärzahlen in Dezimalzahlen umzuwandeln:
| ( | 0 | 1 | 1 | 1 | . | 1 | 1 | 0 | 1 | )2 | - | ( | 0 | 0 | 1 | 0 | . | 1 | 0 | 1 | 1 | )2 |
Wir wandeln erst den Subtrahend b, also die untere Zahl, die angezogen wird, in ihre negative Zahl um, so dass wir dann einfach die beiden Zahlen addieren können (a-b = a+(-b).
Wir invertieren im ersten Schritt unsere Binärzahl (d.h. aus jeder 0 wird eine 1 und aus jeder 1 wird eine 0).
so wird (0010.1011)2
zu (1101.0100)2
Jetzt müssen wir nur noch die binäre 1 auf diese invertierte Zahl draufaddieren:
| ( | 1 | 1 | 0 | 1 | . | 0 | 1 | 0 | 0 | )2 | + | ( | 0 | 0 | 0 | 0 | . | 0 | 0 | 0 | 1 | )2 | |||||
| ( | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | )2 |
Jetzt können wir einfach a=(0111.1101)2 und -b = (1101.0101)2 addieren:
| ( | 0 | 1 | 1 | 1 | . | 1 | 1 | 0 | 1 | )2 | + | ( | 1 | 1 | 0 | 1 | . | 0 | 1 | 0 | 1 | )2 | |||||
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | |||||||||||||||||||||
| ( | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | )2 |
Da wir ja aber nur 8-Bit Speicherplatz haben "verpufft der Overflow" und als Ergebnis stehen nur die 8 rechten Bit:
(0101.0010)2
Binäres Multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne die Binärzahlen in Dezimalzahlen umzuwandeln:
(110.0000)2 ⋅ (1110.0000)2 =
Der zweite Faktor (1110.0000)2 lässt sich als Summe von reinen 2-er-Potenzen schreiben:
| ( | 1 | 0 | . | 0 | 0 | 0 | 0 | )2 | ( | 1 | 0 | 0 | . | 0 | 0 | 0 | 0 | )2 | + | ( | 1 | 0 | 0 | 0 | . | 0 | 0 | 0 | 0 | )2 |
| ( | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | )2 |
somit gilt:
(110.0000)2 ⋅ (1110.0000)2 = 110.0000 ⋅ (1000.0000 + 100.0000 + 10.0000)
Das Multiplizieren mit einer 2-er-Potenz bedeutet aber ja, dass man einfach die entsprechende Anzahl an Nullen hintenanhängt, somit gilt:
(110.0000)2 ⋅ (1110.0000)2 = (11.0000.0000.0000)2 + (1.1000.0000.0000)2 + (1100.0000.0000)2
Diese 3 Summanden können wir nun schrittweise addieren:
| ( | 1 | 1 | 0 | 0 | . | 0 | 0 | 0 | 0 | . | 0 | 0 | 0 | 0 | )2 | + | ( | 1 | . | 1 | 0 | 0 | 0 | . | 0 | 0 | 0 | 0 | . | 0 | 0 | 0 | 0 | )2 |
| 1 | 1 | ||||||||||||||||||||||||||
| ( | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | )2 |
Zu diesem Ergebnis dann die nächste Zahl dazu:
| ( | 1 | 0 | . | 0 | 1 | 0 | 0 | . | 0 | 0 | 0 | 0 | . | 0 | 0 | 0 | 0 | )2 | + | ( | 1 | 1 | . | 0 | 0 | 0 | 0 | . | 0 | 0 | 0 | 0 | . | 0 | 0 | 0 | 0 | )2 |
| 1 | |||||||||||||||||||||||||||
| ( | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | )2 |
Das Ergebnis ist somit: (101.0100.0000.0000)2
(Zum Vergleich in Dezimalzahlen: 96 ⋅ 224 = 21504)
Binäres Dividieren
Beispiel:
Berechne ohne die Binärzahlen in Dezimalzahlen umzuwandeln:
(1.0000.1000)2 : (1011)2 =
| 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | : | 1 | 0 | 1 | 1 | = | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| - | 1 | 0 | 1 | 1 |
| 0 | 1 | 0 | 1 | 1 |
| - | 1 | 0 | 1 | 1 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| - | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| - | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| - | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 0 | 0 |
- Die obige Differenz (10000)2 - (1011)2 = (101)2 kann man entweder mit binärer Subtraktion berechnen oder - oft schneller - durch Umrechnen in Dezimalzahlen: 16 - 11 = 5
- Die obige Differenz (01011)2 - (1011)2 = (0)2 kann man entweder mit binärer Subtraktion berechnen oder - oft schneller - durch Umrechnen in Dezimalzahlen: 11 - 11 = 0
(Zum Vergleich in Dezimalzahlen: 264 : 11 = 24)
Binär und Hexdezimal aus Dezimal
Beispiel:
Gib die Zahl 80 sowohl im Binär- als auch im Hexdezimalsystem an.
Zuerst versuchen wir Schritt für Schritt die Zahl 80 als Summe von 2er-Potenzen (siehe rechts) zu schreiben:
80 = 64 + 16
= 1⋅64 + 0⋅32 + 1⋅16 + 0⋅8 + 0⋅4 + 0⋅2 + 0⋅1
Somit ergibt sich die Binärdarstellung von 80 = (101.0000)2
Um die Zahl 80 als Hexadzimalzahl auszugeben, gibt es zwei Möglichkeiten:
Theoretisch könnte man 80 wieder als Summe von 16er-Potenzen zerlegen und so die Koeffizienten vor den 16er-Potenzen als Hexadezimalzahl erhalten.
Wenn man bereits die Binärzahl hat, gibt es aber einen schnelleren Weg;
Jeder 4-er-Block wird in eine Hexadezimalzahl umgewandelt und diese werden hintereinander gesetzt:
(101)2 = 1⋅4 + 0⋅2 + 1⋅1 = 5 = (5)16
(0000)2 = 0⋅8 + 0⋅4 + 0⋅2 + 0⋅1 = 0 = (0)16
Somit ergibt sich die Hexadezimaldarstellung von (101.0000)2 = (50)16
Dezimal und Hexdezimal aus Binär
Beispiel:
Gib die Zahl (11.0001)2 sowohl im Dezimal- als auch im Hexdezimalsystem an.
Als Dezimalzahl
Um die (für uns normale) Dezimalzahl zu berechnen, müssen wir einfach jede Ziffer mit der zugehörigen 2er-Potenz ihrer Stelle (siehe rechts) multiplizieren. Am besten tun wir das von rechts nach links:
(11.0001)2 = 1⋅1 + 0⋅2 + 0⋅4 + 0⋅8 + 1⋅16 + 1⋅32= 49
Somit ergibt sich die Dezimaldarstellung von (11.0001)2 = 49
Als Hexadezimalzahl
Jeder 4-er-Block wird in eine Hexadezimalzahl umgewandelt und diese werden hintereinander gesetzt:
(11)2 = 1⋅2 + 1⋅1 = 3 = (3)16
(0001)2 = 0⋅8 + 0⋅4 + 0⋅2 + 1⋅1 = 1 = (1)16
Somit ergibt sich die Hexadezimaldarstellung von (11.0001)2 = (31)16
Binär und Dezimal aus Hexdezimal
Beispiel:
Gib die Zahl (100)16 sowohl im Dezimal- als auch im Binärsystem an.
Als Binärzahl
Jede Ziffer im Hexadezimalsystem kann in einen 4-er-Block im Binärsystem umgewandelt werden. Dazu zerlegen wir den Wert einfach als Summe der 2-er-Potenzen 8,4,2 und 1:
(1)16 = 1 = 1 = 1⋅1 = (1)2
(0)16 = 0 = 0 = 0⋅8 + 0⋅4 + 0⋅2 + 0⋅1 = (0000)2
(0)16 = 0 = 0 = 0⋅8 + 0⋅4 + 0⋅2 + 0⋅1 = (0000)2
Diese binären 4-er-Blöcke können dann einfach hintereinander gesetzt werden.
Somit ergibt sich die Binärdarstellung von (100)16 = (1.0000.0000)2
Als Dezimalzahl
Um die (für uns normale) Dezimalzahl zu berechnen, müssen wir einfach jede Ziffer mit der zugehörigen 2er-Potenz ihrer Stelle (siehe rechts) multiplizieren. Am besten tun wir das von rechts nach links:
(1.0000.0000)2 = 0⋅1 + 0⋅2 + 0⋅4 + 0⋅8 + 0⋅16 + 0⋅32 + 0⋅64 + 0⋅128 + 1⋅256= 256
Somit ergibt sich die Dezimaldarstellung von (1.0000.0000)2 = 256
Binär und Hexdezimal aus Dezimal
Beispiel:
Gib die Zahl 5 sowohl im Binär- als auch im Hexdezimalsystem an.
Zuerst versuchen wir Schritt für Schritt die Zahl 5 als Summe von 2er-Potenzen (siehe rechts) zu schreiben:
5 = 4 + 1
= 1⋅4 + 0⋅2 + 1⋅1
Somit ergibt sich die Binärdarstellung von 5 = (101)2
Um die Zahl 5 als Hexadzimalzahl auszugeben, gibt es zwei Möglichkeiten:
Theoretisch könnte man 5 wieder als Summe von 16er-Potenzen zerlegen und so die Koeffizienten vor den 16er-Potenzen als Hexadezimalzahl erhalten.
Wenn man bereits die Binärzahl hat, gibt es aber einen schnelleren Weg;
Jeder 4-er-Block wird in eine Hexadezimalzahl umgewandelt und diese werden hintereinander gesetzt:
(101)2 = 1⋅4 + 0⋅2 + 1⋅1 = 5 = (5)16
Somit ergibt sich die Hexadezimaldarstellung von (101)2 = (5)16
alle Teiler einer Zahl
Beispiel:
Gib alle Teiler von 21 an:
Wir suchen alle Teiler von 21. Dabei beginnen wir mit der 1 und testen die weiteren Zahlen.
Wenn eine Zahl ein Teiler von 21 ist, teilen wir 21 durch diese Zahl und erhalten so automatisch einen weiteren Teiler. Wir erhalten so also immer Teiler-Paare mit einem größerem und einem kleineren Teiler (die multipliziert wieder 21 ergeben).
Somit genügt es, nur die kleineren Teiler zu finden, weil wir ja so die Größeren automatisch mit erhalten.
1 ist Teiler von 21, denn 21 = 1 ⋅ 21, also ist auch 21 ein Teiler.
2 ist kein Teiler von 21, denn 21 = 2 ⋅ 10 + 1.
3 ist Teiler von 21, denn 21 = 3 ⋅ 7, also ist auch 7 ein Teiler.
4 ist kein Teiler von 21, denn 21 = 4 ⋅ 5 + 1.
Jetzt können wir das Ausprobieren beenden, weil ja 5 kein kleinerer, sondern nur ein größerer Teiler sein könnte
- schließlich ist 5 ⋅ 5
= 25 > 21, aber die größeren Teiler haben wir ja bereits alle bei den kleineren mit erhalten.
Richtig sortiert ergibt sich also für die Teilermenge von 21:
1, 3, 7, 21
Teilbarkeitsregeln rückwärts
Beispiel:
Bestimme eine Ziffer, die man für das Kästchen ⬜ einsetzen kann, damit 93⬜ sowohl durch 3 als auch durch 4 teilbar ist.
1. Wir schauen zuerst, welche Ziffern möglich sind, dass die Zahl durch 4 teilbar ist.
Dazu müssen wir ja nur die letzten beiden Stellen betrachten, also 3⬜.
Bei den 30er-Zahlen muss ja 2 oder 6 an der Einerstelle stehen, weil eben nur 32, 36 durch 4 teilbar sind.
2. Diese verbleibenden Möglichkeiten überprüfen wir nun noch auf Teilbarkeit durch 3.
2: Dann wäre die Zahl 932, für die Quersumme gilt dann: 9 + 3 + 2 = 14, also nicht durch 3 teilbar.
6: Dann wäre die Zahl 936, für die Quersumme gilt dann: 9 + 3 + 6 = 18, also durch 3 teilbar.
Die einzige mögliche Ziffer ist also 6.
Summe von Primzahlen
Beispiel:
Schreibe 36 als Summe von zwei Primzahlen:
Wir testen der Reihe nach alle Primzahlen, ob sie mit einer weiteren Primzahl die Summe von 36 bilden:
2 + 34 = 36, dabei ist 34 aber keine Primzahl
3 + 33 = 36, dabei ist 33 aber keine Primzahl
5 + 31 = 36, dabei ist 31 auch eine Primzahl
5 und 31 wären also zwei Primzahlen mit 5 + 31 = 36
Primfaktorzerlegung
Beispiel:
Bestimme die Primfaktorzerlegung von 77 :
Wir testen der Reihe nach alle Primzahlen, ob sie Teiler von 77 sind und zerlegen dann immer die Zahl in die Primzahl und den anderen Faktor:
77
= 7 ⋅ 11
kgV mit Primfaktoren
Beispiel:
Bestimme das kleinste gemeinsame Vielfache von 22 und 42.
Wir erstellen zuerst die Primfaktorzerlegungen von den beiden Zahlen:
22
= 2 ⋅ 11
42
= 2 ⋅ 21
= 2 ⋅ 3 ⋅ 7
Jetzt gehen wir jeden Primteiler, der in einer den beiden Zerlegungen vorkommt, durch und stecken diesen in seiner maximalen Potenz (also so oft, wie er höchstens in einer Zahl vorkommt) in unsere neue Zahl:
2(die 2 kommt in 22 insgesamt 1 mal vor)
2 ⋅ 3(die 3 kommt in 42 insgesamt 1 mal vor)
2 ⋅ 3 ⋅ 7(die 7 kommt in 42 insgesamt 1 mal vor)
2 ⋅ 3 ⋅ 7 ⋅ 11(die 11 kommt in 22 insgesamt 1 mal vor)
In 2 ⋅ 3 ⋅ 7 ⋅ 11 = 462 sind nun alle Primteiler von 22 und alle Primteiler von 42 enthalten. Also ist 462 ein Vielfaches von 22 und 42. Es muss auch das kleinste sein, denn bei einer noch kleineren Zahl würde mindestens ein Primfaktor von 22 oder 42 fehlen.
Das kleinste gemeinsame Vielfache von 22 und 42 ist somit :
kgV(22,42) = 462
ggT mit Primfaktoren
Beispiel:
Bestimme den größten gemeinsamen Teiler von 99 und 150.
Wir erstellen zuerst die Primfaktorzerlegungen von den beiden Zahlen:
99
= 3 ⋅ 33
= 3 ⋅ 3 ⋅ 11
150
= 2 ⋅ 75
= 2 ⋅ 3 ⋅ 25
= 2 ⋅ 3 ⋅ 5 ⋅ 5
Jetzt gehen wir alle Primteiler, die in beiden Zerlegungen vorkommen, durch und stecken diese in ihrer gemeinsamen Potenz (also so oft, wie sie höchstens in beiden Zahlen vorkommen) in unsere neue Zahl:
3(die 3 kommt sowohl in 99 als auch 150 insgesamt 1 mal vor)
Da 3 = 3 in beiden Primfaktorzerlegungen vorkommt, muss 3 auf jeden Fall ein Teiler von beiden Zahlen sein. Andererseits kann es keinen größeren gemeinsamen Teiler geben, denn sonst müsste ja in diesem größeren gemeinsamen Teiler noch ein weiterer gemeinsamer Primfaktor sein.
Unser größter gemeinsamer Teiler von 99 und 150 ist somit :
ggT(99,150) = 3
ggT mit Euklid' schem Algor.
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des Euklid'schen Algorithmus den größten gemeinsamen Teiler von 136 und 100.
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 136 und 100
| =>136 | = 1⋅100 + 36 |
| =>100 | = 2⋅36 + 28 |
| =>36 | = 1⋅28 + 8 |
| =>28 | = 3⋅8 + 4 |
| =>8 | = 2⋅4 + 0 |
also gilt: ggt(136,100)=4