Aufgabenbeispiele von MGK Klasse 8
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Dezimal aus Binär
Beispiel:
Gib die Zahl (1010.0110)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:
(1010.0110)2 = 0⋅1 + 1⋅2 + 1⋅4 + 0⋅8 + 0⋅16 + 1⋅32 + 0⋅64 + 1⋅128= 166
Somit ergibt sich die Dezimaldarstellung von (1010.0110)2 = 166
Binär aus Dezimal
Beispiel:
Gib die Zahl 284 im Binärsystem an.
Zuerst versuchen wir Schritt für Schritt die Zahl 284 als Summe von 2er-Potenzen (siehe rechts) zu schreiben:
284 = 256 + 28 = 256 + 16 + 12 = 256 + 16 + 8 + 4
= 1⋅256 + 0⋅128 + 0⋅64 + 0⋅32 + 1⋅16 + 1⋅8 + 1⋅4 + 0⋅2 + 0⋅1
Somit ergibt sich die Binärdarstellung von 284 = (1.0001.1100)2
Binäres Addieren
Beispiel:
Berechne ohne die Binärzahlen in Dezimalzahlen umzuwandeln:
| ( | 1 | . | 0 | 0 | 0 | 1 | . | 1 | 0 | 1 | 1 | )2 | + | ( | 1 | 1 | 0 | 0 | . | 1 | 0 | 1 | 1 | )2 |
Wir schreiben die beiden Binärzahlen untereinander und gehen wie beim schriftlichen Addieren von Dezimalzahlen vor:
| ( | 1 | . | 0 | 0 | 0 | 1 | . | 1 | 0 | 1 | 1 | )2 | + | ( | 1 | 1 | 0 | 0 | . | 1 | 0 | 1 | 1 | )2 | |||
| 1 | 1 | 1 | 1 | ||||||||||||||||||||||||
| ( | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | )2 |
negative Binärzahlen
Beispiel:
Gegeben ist die 8-Bit-Binärzahl (0101.1001)2 = 89.
Bestimme -89 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 (0101.1001)2
zu (1010.0110)2
Jetzt müssen wir nur noch die binäre 1 auf diese invertierte Zahl draufaddieren:
| ( | 1 | 0 | 1 | 0 | . | 0 | 1 | 1 | 0 | )2 | + | ( | 0 | 0 | 0 | 0 | . | 0 | 0 | 0 | 1 | )2 | |||||
| ( | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | )2 |
Binäres Subtrahieren
Beispiel:
Berechne ohne die Binärzahlen in Dezimalzahlen umzuwandeln:
| ( | 0 | 1 | 1 | 1 | . | 0 | 1 | 1 | 1 | )2 | - | ( | 0 | 0 | 1 | 1 | . | 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 (0011.1011)2
zu (1100.0100)2
Jetzt müssen wir nur noch die binäre 1 auf diese invertierte Zahl draufaddieren:
| ( | 1 | 1 | 0 | 0 | . | 0 | 1 | 0 | 0 | )2 | + | ( | 0 | 0 | 0 | 0 | . | 0 | 0 | 0 | 1 | )2 | |||||
| ( | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | )2 |
Jetzt können wir einfach a=(0111.0111)2 und -b = (1100.0101)2 addieren:
| ( | 0 | 1 | 1 | 1 | . | 0 | 1 | 1 | 1 | )2 | + | ( | 1 | 1 | 0 | 0 | . | 0 | 1 | 0 | 1 | )2 | |||||
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | |||||||||||||||||||||||
| ( | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | )2 |
Da wir ja aber nur 8-Bit Speicherplatz haben "verpufft der Overflow" und als Ergebnis stehen nur die 8 rechten Bit:
(0011.1100)2
Binäres Multiplizieren
Beispiel:
Berechne ohne die Binärzahlen in Dezimalzahlen umzuwandeln:
(101.1111)2 ⋅ (11)2 =
Der zweite Faktor (11)2 lässt sich als Summe von reinen 2-er-Potenzen schreiben:
| ( | 1 | )2 | + | ( | 1 | 0 | )2 | ||||||||||||||||||||
| ( | 1 | 1 | )2 |
somit gilt:
(101.1111)2 ⋅ (11)2 = 101.1111 ⋅ (10 + 1)
Das Multiplizieren mit einer 2-er-Potenz bedeutet aber ja, dass man einfach die entsprechende Anzahl an Nullen hintenanhängt, somit gilt:
(101.1111)2 ⋅ (11)2 = (1011.1110)2 + (101.1111)2
Diese 2 Summanden können wir nun schrittweise addieren:
| ( | 1 | 0 | 1 | . | 1 | 1 | 1 | 1 | )2 | + | ( | 1 | 0 | 1 | 1 | . | 1 | 1 | 1 | 0 | )2 | ||||||
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | |||||||||||||||||||||
| ( | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | )2 |
Das Ergebnis ist somit: (1.0001.1101)2
(Zum Vergleich in Dezimalzahlen: 95 ⋅ 3 = 285)
Binäres Dividieren
Beispiel:
Berechne ohne die Binärzahlen in Dezimalzahlen umzuwandeln:
(1100.1011)2 : (111)2 =
| 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | 1 | : | 1 | 1 | 1 | = | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 |
| - | 1 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 1 |
| - | 1 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 0 |
| - | 1 | 1 | 1 |
| 0 | 0 | 1 | 1 |
| - | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 1 |
| - | 1 | 1 | 1 |
| 0 | 0 | 0 |
- Die obige Differenz (1100)2 - (111)2 = (101)2 kann man entweder mit binärer Subtraktion berechnen oder - oft schneller - durch Umrechnen in Dezimalzahlen: 12 - 7 = 5
- Die obige Differenz (1011)2 - (111)2 = (100)2 kann man entweder mit binärer Subtraktion berechnen oder - oft schneller - durch Umrechnen in Dezimalzahlen: 11 - 7 = 4
- Die obige Differenz (1000)2 - (111)2 = (1)2 kann man entweder mit binärer Subtraktion berechnen oder - oft schneller - durch Umrechnen in Dezimalzahlen: 8 - 7 = 1
- Die obige Differenz (0111)2 - (111)2 = (0)2 kann man entweder mit binärer Subtraktion berechnen oder - oft schneller - durch Umrechnen in Dezimalzahlen: 7 - 7 = 0
(Zum Vergleich in Dezimalzahlen: 203 : 7 = 29)
Binär und Hexdezimal aus Dezimal
Beispiel:
Gib die Zahl 249 sowohl im Binär- als auch im Hexdezimalsystem an.
Zuerst versuchen wir Schritt für Schritt die Zahl 249 als Summe von 2er-Potenzen (siehe rechts) zu schreiben:
249 = 128 + 121 = 128 + 64 + 57 = 128 + 64 + 32 + 25 = 128 + 64 + 32 + 16 + 9 = 128 + 64 + 32 + 16 + 8 + 1
= 1⋅128 + 1⋅64 + 1⋅32 + 1⋅16 + 1⋅8 + 0⋅4 + 0⋅2 + 1⋅1
Somit ergibt sich die Binärdarstellung von 249 = (1111.1001)2
Um die Zahl 249 als Hexadzimalzahl auszugeben, gibt es zwei Möglichkeiten:
Theoretisch könnte man 249 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:
(1111)2 = 1⋅8 + 1⋅4 + 1⋅2 + 1⋅1 = 15 = (F)16
(1001)2 = 1⋅8 + 0⋅4 + 0⋅2 + 1⋅1 = 9 = (9)16
Somit ergibt sich die Hexadezimaldarstellung von (1111.1001)2 = (F9)16
Dezimal und Hexdezimal aus Binär
Beispiel:
Gib die Zahl (1.0000)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:
(1.0000)2 = 0⋅1 + 0⋅2 + 0⋅4 + 0⋅8 + 1⋅16= 16
Somit ergibt sich die Dezimaldarstellung von (1.0000)2 = 16
Als Hexadezimalzahl
Jeder 4-er-Block wird in eine Hexadezimalzahl umgewandelt und diese werden hintereinander gesetzt:
(1)2 = 1⋅1 = 1 = (1)16
(0000)2 = 0⋅8 + 0⋅4 + 0⋅2 + 0⋅1 = 0 = (0)16
Somit ergibt sich die Hexadezimaldarstellung von (1.0000)2 = (10)16
Binär und Dezimal aus Hexdezimal
Beispiel:
Gib die Zahl (ED)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:
(E)16 = 14 = 8 + 4 + 2 = 1⋅8 + 1⋅4 + 1⋅2 + 0⋅1 = (1110)2
(D)16 = 13 = 8 + 4 + 1 = 1⋅8 + 1⋅4 + 0⋅2 + 1⋅1 = (1101)2
Diese binären 4-er-Blöcke können dann einfach hintereinander gesetzt werden.
Somit ergibt sich die Binärdarstellung von (ED)16 = (1110.1101)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:
(1110.1101)2 = 1⋅1 + 0⋅2 + 1⋅4 + 1⋅8 + 0⋅16 + 1⋅32 + 1⋅64 + 1⋅128= 237
Somit ergibt sich die Dezimaldarstellung von (1110.1101)2 = 237
Binär und Dezimal aus Hexdezimal
Beispiel:
Gib die Zahl (10)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
Diese binären 4-er-Blöcke können dann einfach hintereinander gesetzt werden.
Somit ergibt sich die Binärdarstellung von (10)16 = (1.0000)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)2 = 0⋅1 + 0⋅2 + 0⋅4 + 0⋅8 + 1⋅16= 16
Somit ergibt sich die Dezimaldarstellung von (1.0000)2 = 16
alle Teiler einer Zahl
Beispiel:
Gib alle Teiler von 33 an:
Wir suchen alle Teiler von 33. Dabei beginnen wir mit der 1 und testen die weiteren Zahlen.
Wenn eine Zahl ein Teiler von 33 ist, teilen wir 33 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 33 ergeben).
Somit genügt es, nur die kleineren Teiler zu finden, weil wir ja so die Größeren automatisch mit erhalten.
1 ist Teiler von 33, denn 33 = 1 ⋅ 33, also ist auch 33 ein Teiler.
2 ist kein Teiler von 33, denn 33 = 2 ⋅ 16 + 1.
3 ist Teiler von 33, denn 33 = 3 ⋅ 11, also ist auch 11 ein Teiler.
4 ist kein Teiler von 33, denn 33 = 4 ⋅ 8 + 1.
5 ist kein Teiler von 33, denn 33 = 5 ⋅ 6 + 3.
Jetzt können wir das Ausprobieren beenden, weil ja 6 kein kleinerer, sondern nur ein größerer Teiler sein könnte
- schließlich ist 6 ⋅ 6
= 36 > 33, aber die größeren Teiler haben wir ja bereits alle bei den kleineren mit erhalten.
Richtig sortiert ergibt sich also für die Teilermenge von 33:
1, 3, 11, 33
Teilbarkeitsregeln rückwärts
Beispiel:
Bestimme eine Ziffer, die man für das Kästchen ⬜ einsetzen kann, damit 5⬜4 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 ⬜4.
Da an der letzten Stelle eine 4 steht, muss an der vorletzten Stelle eine gerade Zahl (also 0, 2, 4, 6 oder 8) stehen, damit sie durch 4 teilbar ist (weil eben nur 04, 24, 44, 64, 84 durch 4 teilbar sind).
2. Diese verbleibenden Möglichkeiten überprüfen wir nun noch auf Teilbarkeit durch 3.
0: Dann wäre die Zahl 504, für die Quersumme gilt dann: 5 + 0 + 4 = 9, also durch 3 teilbar.
2: Dann wäre die Zahl 524, für die Quersumme gilt dann: 5 + 2 + 4 = 11, also nicht durch 3 teilbar.
4: Dann wäre die Zahl 544, für die Quersumme gilt dann: 5 + 4 + 4 = 13, also nicht durch 3 teilbar.
6: Dann wäre die Zahl 564, für die Quersumme gilt dann: 5 + 6 + 4 = 15, also durch 3 teilbar.
8: Dann wäre die Zahl 584, für die Quersumme gilt dann: 5 + 8 + 4 = 17, also nicht durch 3 teilbar.
Die möglichen Ziffern sind also 0 und 6.
Summe von Primzahlen
Beispiel:
Schreibe 15 als Summe von zwei Primzahlen:
Wir testen der Reihe nach alle Primzahlen, ob sie mit einer weiteren Primzahl die Summe von 15 bilden:
2 + 13 = 15, dabei ist 13 auch eine Primzahl
2 und 13 wären also zwei Primzahlen mit 2 + 13 = 15
Primfaktorzerlegung
Beispiel:
Bestimme die Primfaktorzerlegung von 132 :
Wir testen der Reihe nach alle Primzahlen, ob sie Teiler von 132 sind und zerlegen dann immer die Zahl in die Primzahl und den anderen Faktor:
132
= 2 ⋅ 66
= 2 ⋅ 2 ⋅ 33
= 2 ⋅ 2 ⋅ 3 ⋅ 11
kgV mit Primfaktoren
Beispiel:
Bestimme das kleinste gemeinsame Vielfache von 35 und 14.
Wir erstellen zuerst die Primfaktorzerlegungen von den beiden Zahlen:
35
= 5 ⋅ 7
14
= 2 ⋅ 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 14 insgesamt 1 mal vor)
2 ⋅ 5(die 5 kommt in 35 insgesamt 1 mal vor)
2 ⋅ 5 ⋅ 7(die 7 kommt in 35 insgesamt 1 mal vor)
In 2 ⋅ 5 ⋅ 7 = 70 sind nun alle Primteiler von 35 und alle Primteiler von 14 enthalten. Also ist 70 ein Vielfaches von 35 und 14. Es muss auch das kleinste sein, denn bei einer noch kleineren Zahl würde mindestens ein Primfaktor von 35 oder 14 fehlen.
Das kleinste gemeinsame Vielfache von 35 und 14 ist somit :
kgV(35,14) = 70
ggT mit Primfaktoren
Beispiel:
Bestimme den größten gemeinsamen Teiler von 120 und 140.
Wir erstellen zuerst die Primfaktorzerlegungen von den beiden Zahlen:
120
= 2 ⋅ 60
= 2 ⋅ 2 ⋅ 30
= 2 ⋅ 2 ⋅ 2 ⋅ 15
= 2 ⋅ 2 ⋅ 2 ⋅ 3 ⋅ 5
140
= 2 ⋅ 70
= 2 ⋅ 2 ⋅ 35
= 2 ⋅ 2 ⋅ 5 ⋅ 7
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:
2 ⋅ 2(die 2 kommt sowohl in 120 als auch 140 insgesamt 2 mal vor)
2 ⋅ 2 ⋅ 5(die 5 kommt sowohl in 120 als auch 140 insgesamt 1 mal vor)
Da 2 ⋅ 2 ⋅ 5 = 20 in beiden Primfaktorzerlegungen vorkommt, muss 20 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 120 und 140 ist somit :
ggT(120,140) = 20
ggT mit Euklid' schem Algor.
Beispiel:
Berechne mit Hilfe des Euklid'schen Algorithmus den größten gemeinsamen Teiler von 96 und 8.
Berechnung des größten gemeinsamen Teilers von 96 und 8
| =>96 | = 12⋅8 + 0 |
also gilt: ggt(96,8)=8