Kehrwert

Begriff aus der Arithmetik
(Weitergeleitet von Kehrbruch)

Der Kehrwert (auch der reziproke Wert oder das Reziproke) einer von verschiedenen Zahl ist in der Arithmetik diejenige Zahl, die mit multipliziert die Zahl ergibt; er wird als oder notiert.

Eigenschaften

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Kernaussagen

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Der Graph der Kehrwertfunktion ist eine Hyperbel.

Je näher eine Zahl bei   liegt, desto weiter ist ihr Kehrwert von   entfernt. Die Zahl   selbst hat keinen Kehrwert und ist auch kein Kehrwert. Die durch   beschriebene Kehrwertfunktion (siehe Abbildung) hat dort eine Polstelle. Der Kehrwert einer positiven Zahl ist positiv, der Kehrwert einer negativen Zahl ist negativ. Dies findet seinen geometrischen Ausdruck darin, dass der Graph in zwei Hyperbeläste zerfällt, die im ersten bzw. dritten Quadranten liegen. Die Kehrwertfunktion ist eine Involution, d. h., der Kehrwert des Kehrwerts von   ist wieder   Ist eine Größe   umgekehrt proportional zu einer Größe   dann ist sie proportional zum Kehrwert von  

Den Kehrbruch eines Bruches, also den Kehrwert eines Quotienten   mit   erhält man, indem man Zähler und Nenner vertauscht:

 

Daraus folgt die Rechenregel für das Dividieren durch einen Bruch: Durch einen Bruch wird dividiert, indem man mit seinem Kehrwert multipliziert. Siehe auch Bruchrechnung.

Den Kehrwert   einer natürlichen Zahl   nennt man einen Stammbruch.

Auch zu jeder von   verschiedenen komplexen Zahl   mit reellen Zahlen   gibt es einen Kehrwert   Mit dem Absolutbetrag   von   und der zu   konjugiert komplexen Zahl   gilt:

 

Summe aus Zahl und Kehrwert

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Die Summe aus einer positiven reellen Zahl und ihrem Kehrwert beträgt mindestens  [1][2]

 

Beweisvariante 1 (Figur 1):

 

Beweisvariante 2 (Figur 2):

 

Beweisvariante 3 (Figur 3):

  (nach dem Satz des Pythagoras)
 

Beweisvariante 4 (Figur 4):

Nach dem Strahlensatz sind die Dreiecke   und   ähnlich. Es gilt  . Ohne Beschränkung der Allgemeinheit wird hier   vorausgesetzt.
 
Grafische Veranschaulichung der Beweisvarianten
Figur 1
Figur 2
Figur 3
Figur 4

Summe zweier Kehrwerte

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Figur 5

Die Summe der Kehrwerte zweier positiver reeller Zahlen   und   mit der Summe   beträgt mindestens  :

  für  .

Beweis:

Gemäß Figur 5 gilt:

 
 ,

was zu beweisen war.[3]

Summe aufeinanderfolgender Kehrwerte

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Für jede natürliche Zahl   gilt

 .

Den Beweis liefert die Abschätzung

 .[4]

Beispiele

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  • Der Kehrwert von   ist wiederum  .
  • Der Kehrwert von   ist  .
  • Der Kehrwert von   ist  .
  • Der Kehrwert des Bruches   ist  .
  • Der Kehrwert der komplexen Zahl   ist  .

Verallgemeinerung

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Eine Verallgemeinerung des Kehrwerts ist das multiplikativ Inverse   zu einer Einheit   eines unitären Ringes. Es ist ebenfalls durch die Eigenschaft   definiert, wobei   das Einselement des Ringes bezeichnet.

Wenn es sich z. B. um einen Ring von Matrizen handelt, so ist das Einselement nicht die Zahl   sondern die Einheitsmatrix. Matrizen, zu denen keine inverse Matrix existiert, heißen singulär.

Verwandte Themen

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Literatur

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Hintergrundwissen für Lehramtsstudenten zur Arithmetik:

  • Friedhelm Padberg: Didaktik der Arithmetik. Für Lehrerausbildung und Lehrerfortbildung. 3. erweiterte völlig überarbeitete Auflage, Nachdruck. Spektrum Akademischer Verlag, München 2009, ISBN 978-3-8274-0993-5.
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Wiktionary: Kehrwert – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise

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  1. Roger B. Nelsen: Beweise ohne Worte, Deutschsprachige Ausgabe herausgegeben von Nicola Oswald, Springer Spektrum, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2016, ISBN 978-3-662-50330-0, Seite 145
  2. Roger B. Nelsen: Proof without Words: The Sum of a Positive Number and Its Reciprocal Is at Least Two (four proofs) Mathematics Magazine, vol. 67, no. 5 (Dec. 1994), S. 374
  3. Claudi Alsina, Roger B. Nelsen: Perlen der Mathematik - 20 geometrische Figuren als Ausgangspunkte für mathematische Erkundungsreisen, Springer Spektrum, Springer-Verlag GmbH Berlin 2015, ISBN 978-3-662-45460-2, Seiten 237 und 301
  4. Ross Honsberger: Gitter - Reste - Würfel Friedrich Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig 1984, ISBN 978-3-528-08476-9, S. 155