Сокращение дробей

Сокращение дробей — один из главных инструментов математики: оно позволяет записать дробь в самом простом и удобном виде, не меняя её значения. В этой статье разберём, что происходит при сокращении, почему это правильно и как это делать — несколькими способами.

Что значит сократить дробь

Сократить дробь — значит разделить её числитель и знаменатель на одно и то же натуральное число, большее единицы. Результат — дробь, равная исходной, но записанная меньшими числами.

6/8 3/4 6 8 = 3 4 одна и та же доля
Шесть восьмых и три четверти закрашивают одинаковую часть полосы — это одно и то же число.

Почему сокращать дробь — правильно?

Это главный вопрос: почему, когда мы делим числитель и знаменатель на одно число, сама дробь не меняется?

Дробь — это результат деления. Если числитель и знаменатель умножить или разделить на одно и то же число, отношение между ними не изменится. Именно это и называют основным свойством дроби.

Запишем формально. Пусть $a$, $b$ — натуральные числа, а натуральное число $k$ — их общий делитель. Тогда:

$$\dfrac{a}{b} = \dfrac{a \div k}{b \div k}$$

Почему? Раз $k$ — общий делитель, можно записать $a = k \cdot m$ и $b = k \cdot n$, где $m$ и $n$ — натуральные числа. Тогда:

$$\dfrac{a}{b} = \dfrac{k \cdot m}{k \cdot n} = \dfrac{k}{k} \cdot \dfrac{m}{n} = 1 \cdot \dfrac{m}{n} = \dfrac{m}{n}$$

Множитель $\dfrac{k}{k} = 1$, а умножение на 1 ничего не меняет. Вот и всё объяснение.

Способы сокращения дробей

Существует несколько подходов. Выбирайте тот, что удобнее для конкретной дроби.

Три способа сокращения
Способ Суть
1. Последовательное деление Делим числитель и знаменатель на любой общий делитель несколько раз, пока не получим несократимую дробь.
2. Деление на НОД Находим наибольший общий делитель (НОД) и делим числитель и знаменатель сразу на него — одно действие.
3. Разложение на множители Раскладываем числитель и знаменатель на простые множители, затем «зачёркиваем» одинаковые.

Способ 1. Последовательное деление на общие делители

Самый интуитивный способ: видим, что оба числа чётные, — делим на 2. Снова чётные — делим ещё раз. И так до упора.

Пример 1. Сократить дробь $\dfrac{12}{18}$ последовательно.

  1. 12 и 18 — оба чётные, значит, делятся на 2:

    $$\dfrac{12}{18} = \dfrac{12 \div 2}{18 \div 2} = \dfrac{6}{9}$$

  2. 6 и 9 — оба делятся на 3:

    $$\dfrac{6}{9} = \dfrac{6 \div 3}{9 \div 3} = \dfrac{2}{3}$$

  3. 2 и 3 — простые числа, общих делителей, кроме 1, у них нет. Дробь несократима.

Ответ: $\dfrac{12}{18} = \dfrac{2}{3}$.

Важно. Способ верный, но требует нескольких шагов. Если вы сразу видите большой общий делитель, лучше воспользоваться способом 2 и сократить за один раз.

Способ 2. Деление числителя и знаменателя на НОД

НОД (наибольший общий делитель) — самое большое число, на которое делятся и числитель, и знаменатель. Разделив на него, мы сразу получаем несократимую дробь.

Алгоритм:

  1. Найти НОД числителя и знаменателя.
  2. Разделить на него оба числа.

Как найти НОД?

Два главных метода:

  • Перебор делителей. Выписываем все делители каждого числа и выбираем наибольший общий.
  • Алгоритм Евклида. Делим большее число на меньшее с остатком, затем делитель — на остаток, и так далее, пока остаток не станет равен нулю. Делитель последнего шага (он же последний ненулевой остаток) и есть НОД.

Пример 2. Сократить $\dfrac{24}{36}$ через НОД (перебор делителей).

  1. Делители числа 24: 1, 2, 3, 4, 6, 8, 12, 24.

    Делители числа 36: 1, 2, 3, 4, 6, 9, 12, 18, 36.

  2. Общие делители: 1, 2, 3, 4, 6, 12. Наибольший из них — 12, то есть НОД(24, 36) = 12.

  3. Делим числитель и знаменатель на 12:

    $$\dfrac{24}{36} = \dfrac{24 \div 12}{36 \div 12} = \dfrac{2}{3}$$

Ответ: $\dfrac{24}{36} = \dfrac{2}{3}$.

Пример 3. Сократить $\dfrac{48}{84}$ через НОД (алгоритм Евклида).

Делим большее на меньшее с остатком и продолжаем, пока остаток не станет нулём:

Алгоритм Евклида для чисел 48 и 84
Шаг Деление Неполное частное Остаток
184 ÷ 48136
248 ÷ 36112
336 ÷ 1230

Остаток стал равен 0. Последний ненулевой остаток — 12, значит, НОД(48, 84) = 12. Сокращаем:

$$\dfrac{48}{84} = \dfrac{48 \div 12}{84 \div 12} = \dfrac{4}{7}$$

Ответ: $\dfrac{48}{84} = \dfrac{4}{7}$.

48 12 12 12 12 = 4 · 12 84 12 12 12 12 12 12 12 = 7 · 12
НОД(48, 84) = 12 — это самый большой «блок», которым можно без остатка выложить оба числа. Числитель состоит из 4 таких блоков, знаменатель — из 7, поэтому $\frac{48}{84} = \frac{4}{7}$.

Способ 3. Разложение на простые множители

Раскладываем числитель и знаменатель на простые множители и «зачёркиваем» одинаковые — это наглядно показывает, на что именно мы сокращаем.

Пример 4. Сократить $\dfrac{60}{90}$ через разложение на множители.

  1. Раскладываем каждое число на простые множители:

    $$60 = 2 \cdot 2 \cdot 3 \cdot 5, \qquad 90 = 2 \cdot 3 \cdot 3 \cdot 5$$

  2. Записываем дробь и зачёркиваем одинаковые множители — каждый раз по одной паре «сверху и снизу»:

    $$\dfrac{60}{90} = \dfrac{2 \cdot \cancel{2} \cdot \cancel{3} \cdot \cancel{5}}{\cancel{2} \cdot \cancel{3} \cdot 3 \cdot \cancel{5}}$$

    Зачёркнуты одна двойка, одна тройка и одна пятёрка: их произведение $2 \cdot 3 \cdot 5 = 30$ — это и есть НОД(60, 90).

  3. После зачёркивания остаётся:

    $$\dfrac{60}{90} = \dfrac{2}{3}$$

Ответ: $\dfrac{60}{90} = \dfrac{2}{3}$.

Признаки делимости — быстрые подсказки

Чтобы не угадывать общий делитель вслепую, используют признаки делимости. Они позволяют быстро понять, на какое число делятся числитель и знаменатель.

Основные признаки делимости
Делится на Признак Пример
2Последняя цифра чётная (0, 2, 4, 6, 8)48 оканчивается на 8 — делится на 2
3Сумма цифр делится на 384: 8 + 4 = 12, 12 делится на 3 — значит, и 84 делится
4Число из двух последних цифр делится на 4136: 36 ÷ 4 = 9 — делится на 4
5Последняя цифра 0 или 575 оканчивается на 5 — делится на 5
9Сумма цифр делится на 963: 6 + 3 = 9 — делится на 9
10Последняя цифра 0470 оканчивается на 0 — делится на 10

Примеры с большими числами

Когда числа большие, действовать вслепую сложно. Покажем, как признаки делимости и алгоритм Евклида помогают справиться быстро.

Пример 5. Сократить $\dfrac{126}{210}$.

  1. Проверим признаки делимости:

    • 126 — чётное, делится на 2; сумма цифр $1 + 2 + 6 = 9$, значит, делится на 3 и на 9;
    • 210 — чётное, делится на 2; сумма цифр $2 + 1 + 0 = 3$, делится на 3; оканчивается на 0, делится на 5 и на 10.

    Общие делители точно есть: 2, 3, а значит, и 6. Чтобы не сокращать в несколько шагов, найдём НОД алгоритмом Евклида.

  2. Алгоритм Евклида для чисел 126 и 210
    ШагДелениеНеполное частноеОстаток
    1210 ÷ 126184
    2126 ÷ 84142
    384 ÷ 4220

    НОД(126, 210) = 42.

  3. $$\dfrac{126}{210} = \dfrac{126 \div 42}{210 \div 42} = \dfrac{3}{5}$$

Ответ: $\dfrac{126}{210} = \dfrac{3}{5}$.

Пример 6. Сократить $\dfrac{315}{735}$.

  1. 315 оканчивается на 5 — делится на 5; сумма цифр $3 + 1 + 5 = 9$ — делится на 9.

    735 оканчивается на 5 — делится на 5; сумма цифр $7 + 3 + 5 = 15$ — делится на 3.

    Оба числа делятся на 5. Начнём с этого:

    $$\dfrac{315}{735} = \dfrac{315 \div 5}{735 \div 5} = \dfrac{63}{147}$$

  2. Разложим: $63 = 3 \cdot 3 \cdot 7$, $147 = 3 \cdot 7 \cdot 7$. Общие множители — 3 и 7, то есть НОД(63, 147) $= 3 \cdot 7 = 21$. Проверим алгоритмом Евклида:

    Алгоритм Евклида для чисел 63 и 147
    ШагДелениеНеполное частноеОстаток
    1147 ÷ 63221
    263 ÷ 2130

    НОД(63, 147) = 21. Делим:

    $$\dfrac{63}{147} = \dfrac{63 \div 21}{147 \div 21} = \dfrac{3}{7}$$

  3. 3 и 7 — простые числа, общих делителей, кроме 1, нет. Готово.

    Заметим, что НОД(315, 735) $= 5 \cdot 21 = 105$, поэтому можно было сократить сразу: $315 \div 105 = 3$, $735 \div 105 = 7$.

Ответ: $\dfrac{315}{735} = \dfrac{3}{7}$.

Когда дробь сократить нельзя

Не каждую дробь можно сократить. Если НОД числителя и знаменателя равен 1, дробь уже несократима.

Пример 7. Проверить, сократима ли дробь $\dfrac{13}{21}$.

  1. 13 — простое число: оно делится только на 1 и на 13.
  2. $21 = 3 \cdot 7$, на 13 не делится.
  3. Значит, НОД(13, 21) = 1: общих делителей, кроме 1, нет.

Ответ: дробь $\dfrac{13}{21}$ уже несократима.

Сравнение способов

Какой способ когда удобен
Способ Когда удобен Пример Количество шагов
Последовательное деление Небольшие числа, очевидные делители $\frac{12}{18} = \frac{2}{3}$ Несколько делений подряд
Деление на НОД Любые числа — самый универсальный $\frac{48}{84} = \frac{4}{7}$ Одно деление (после нахождения НОД)
Разложение на множители Когда числа легко раскладываются; хорошо показывает суть $\frac{60}{90} = \frac{2}{3}$ Зависит от количества множителей

Типичные ошибки

  1. Делить только числитель или только знаменатель. Так нельзя: $\dfrac{6}{8} \neq \dfrac{3}{8}$. При сокращении нужно делить и числитель, и знаменатель на одно и то же число.
  2. Сократить «не до конца». Если разделили на 2, а можно было ещё на 3, дробь ещё не несократимая. Проверяйте результат: нет ли у нового числителя и знаменателя общих делителей, кроме 1.
  3. Пытаться «сократить» на ноль или на единицу. Делить на ноль нельзя, а деление на 1 ничего не меняет. Сокращают только на натуральное число, большее 1, которое делит и числитель, и знаменатель.

Общий алгоритм сокращения

  1. Посмотрите на числитель и знаменатель и проверьте признаки делимости: есть ли очевидный общий делитель (2, 3, 5, 10)? Если есть — можно сразу на него сократить.
  2. Найдите НОД чисел любым способом: перебором делителей, разложением на множители или алгоритмом Евклида.
  3. Разделите числитель и знаменатель на НОД.
  4. Проверьте результат: если у нового числителя и знаменателя НОД равен 1, дробь несократима. Готово.

Главное о сокращении дробей

  • Сократить дробь — значит разделить числитель и знаменатель на одно и то же число, большее 1. Значение дроби при этом не меняется.
  • Это верно, потому что $\dfrac{k}{k} = 1$, а умножение на 1 ничего не меняет.
  • Есть три способа: последовательное деление, деление на НОД и разложение на простые множители. Деление на НОД — самый универсальный.
  • НОД удобно искать алгоритмом Евклида: делить с остатком, пока остаток не станет нулём; последний ненулевой остаток — это НОД.
  • Признаки делимости на 2, 3, 4, 5, 9 и 10 помогают быстро найти общий делитель.
  • Если НОД числителя и знаменателя равен 1, дробь несократима — она уже в самом простом виде.