www.wikidata.de-de.nina.az
Dieser Artikel behandelt Multiplikatoren als Teile einer Rechenoperation fur weitere Bedeutungen siehe Multiplikator Die Multiplikation lateinisch multiplicatio von multiplicare vervielfachen auch Malnehmen genannt ist eine der vier Grundrechenarten in der Arithmetik Ihre Umkehroperation ist die Division das Teilen Das Rechenzeichen fur die Multiplikation ist das Malzeichen bzw sowie Beispiel einer Multiplikation 3 4 12 displaystyle 3 cdot 4 12 Inhaltsverzeichnis 1 Namensgebung 2 Rechengesetze 2 1 Kommutativitat 2 2 Gausssche Summenfaktor Regel 2 3 Weitere Gesetze der Multiplikation 3 Algorithmen 3 1 Schriftliche Multiplikation 3 2 Multiplikation mit den Fingern 3 3 Vedische Multiplikation 3 4 Russische Bauernmultiplikation 3 4 1 Erklarung 3 5 Duplation 3 6 Multiplikation mit Zirkel und Lineal 3 7 Effiziente Algorithmen 3 8 Zuruckfuhren der Multiplikation rationaler Zahlen auf die naturlicher Zahlen 4 Mehr oder weniger als zwei Faktoren 5 Verallgemeinerungen 6 Siehe auch 7 Weblinks 8 EinzelnachweiseNamensgebung BearbeitenDie Multiplikation naturlicher Zahlen n displaystyle n nbsp und m displaystyle m nbsp entsteht durch das wiederholte Addieren Zusammenzahlen des gleichen Summanden n m m m m n mal k displaystyle n cdot m underbrace m m cdots m n text mal k nbsp n displaystyle n nbsp und m displaystyle m nbsp nennt man Faktoren wobei n displaystyle n nbsp auch als Multiplikator und m displaystyle m nbsp auch als Multiplikand bezeichnet wird Die Rechnung gesprochen n displaystyle n nbsp mal m displaystyle m nbsp heisst Multiplikation das Ergebnis k displaystyle k nbsp heisst Produkt Zum Beispiel schreibt man 3 4 displaystyle 3 cdot 4 nbsp fur 4 4 4 displaystyle 4 4 4 nbsp und spricht diesen Term als drei mal vier oder dreimal vier Anstelle von 3 4 displaystyle 3 cdot 4 nbsp wird manchmal auch 3 4 displaystyle 3 times 4 nbsp oder 3 4 displaystyle 3 4 nbsp geschrieben In ihrer Beziehung zum Produkt k displaystyle k nbsp gelten beide m displaystyle m nbsp und n displaystyle n nbsp als Teiler von k displaystyle k nbsp und k displaystyle k nbsp ist durch beide m displaystyle m nbsp wie n displaystyle n nbsp teilbar Bei der Multiplikation mit Variablen wird der Punkt oft weggelassen z B 5 x 5 x displaystyle 5x 5 cdot x nbsp Hierbei ist zu beachten dass durch die Juxtaposition der Rang der Rechenoperation verandert werden kann die korrekte Auflosung ist daher x y x y displaystyle xy x cdot y nbsp ohne andere Rechenoperationen vereinfacht sich dies wegen des Assoziativgesetzes zu x y x y x y displaystyle xy x cdot y x cdot y nbsp Vereinfacht gesagt ist ein Weglassen des Malzeichens nur dann erlaubt wenn das Einfugen von Klammern um Multiplikator und Multiplikand keine Veranderung an der Rechnung verursacht siehe Rechengesetze unten Dies ist insbesondere zu beachten wenn Teilungen Divisionen mit in der Gleichung vorkommen z B x y z x y z displaystyle x y cdot z neq x yz nbsp da diese nicht assoziativ sind Zur richtigen Schreibweise siehe Malzeichen Bei der Multiplikation mehrerer oder vieler Zahlen kann man das Produktzeichen displaystyle prod nbsp abgeleitet vom grossen griechischen Pi verwenden i m n a i a m a m 1 a n 1 a n displaystyle prod i m n a i a m cdot a m 1 cdot ldots cdot a n 1 cdot a n nbsp n m displaystyle n m nbsp sind ganze Zahlen i displaystyle i nbsp wird Laufvariable genannt Im Fall n lt m displaystyle n lt m nbsp hat man das leere Produkt welches als 1 displaystyle 1 nbsp definiert ist Beispiel 1 3 5 7 9 11 i 1 5 2 i 1 10 395 displaystyle 3 cdot 5 cdot 7 cdot 9 cdot 11 prod i 1 5 2i 1 10 395 nbsp Beispiel 2 3 1 4 2 5 3 n 2 n i 1 n i 2 i n 1 n 2 2 displaystyle frac 3 1 cdot frac 4 2 cdot frac 5 3 cdot ldots cdot frac n 2 n prod i 1 n frac i 2 i frac n 1 n 2 2 nbsp Die unter anderem in der Kombinatorik haufig verwendete Fakultat ist eine besondere Multiplikation naturlicher Zahlen 1 2 3 n i 1 n i n displaystyle 1 cdot 2 cdot 3 cdot ldots cdot n prod i 1 n i n nbsp Wiederholtes Multiplizieren mit dem gleichen Faktor fuhrt zum Potenzieren z B ist 2 2 2 2 2 2 2 6 64 displaystyle 2 cdot 2 cdot 2 cdot 2 cdot 2 cdot 2 2 6 64 nbsp nbsp Dem Produkt a b entspricht der Flache eines Rechtecks mit den Seitenlangen a und bDie anschauliche Verallgemeinerung der Multiplikation und ihrer Rechenregeln auf die rationalen und reellen Zahlen erreicht man durch Betrachten eines Rechtecks mit den Seitenlangen a displaystyle a nbsp und b displaystyle b nbsp in einer vorgegebenen Langeneinheit Der Flacheninhalt dieses Rechtecks in der entsprechenden Flacheneinheit ist definiert als das Produkt a b displaystyle a cdot b nbsp Die Multiplikation rationaler Zahlen lasst sich auch formal mit Hilfe von Bruchen definieren Ebenso kann man die Multiplikation wahrend des Konstruktionsvorganges der reellen aus den rationalen Zahlen definieren Die Umkehroperation zur Multiplikation ist die Division die auch als Multiplikation mit dem Kehrwert aufgefasst werden kann Rechengesetze BearbeitenIn einem Korper K displaystyle K nbsp also insbesondere K Q displaystyle K mathbb Q nbsp K R displaystyle K mathbb R nbsp oder K C displaystyle K mathbb C nbsp gelten fur alle a b c K displaystyle a b c in K nbsp siehe Mathematik Assoziativgesetz a b c a b c a b c displaystyle a cdot b cdot c a cdot b cdot c a cdot b cdot c nbsp Kommutativgesetz a b b a displaystyle a cdot b b cdot a nbsp Distributivgesetz a b c a b a c displaystyle a cdot b pm c a cdot b pm a cdot c nbsp neutrales Element 1 K a 1 a displaystyle exists 1 in K quad a cdot 1 a nbsp inverses Element a 0 a 1 K a a 1 1 displaystyle forall a neq 0 quad exists a 1 in K quad a cdot a 1 1 nbsp absorbierendes Element 0 K a 0 0 displaystyle exists 0 in K quad a cdot 0 0 nbsp Kommutativitat Bearbeiten In Anbetracht der so unterschiedlichen Rollen von a displaystyle a nbsp als Multiplikator Vervielfacher einerseits und b displaystyle b nbsp als Multiplikand Vervielfachtem andererseits ist es nicht vollig selbstverstandlich dass die Multiplikation kommutativ ist d h bei Rollentausch dasselbe herauskommt Durch vollstandige Induktion und unter Zuhilfenahme des linken und des rechten Distributivgesetzes die selbst wieder durch vollstandige Induktion bewiesen werden konnen ergibt sich a 1 b b a 1 a b b b a b a b b a b b a b b a displaystyle a 1 cdot b b cdot a 1 a cdot b b b cdot a b a cdot b b cdot a b b a cdot b b cdot a nbsp mit kleinerem a displaystyle a nbsp und der Induktionsvoraussetzung a b b a 0 displaystyle a cdot b b cdot a 0 nbsp Gausssche Summenfaktor Regel Bearbeiten Bei der Multiplikation einer Anzahl beliebiger Faktoren wird dann das grosstmogliche Produkt erreicht wenn bei gleichbleibender Summe der Faktoren die Gesamtdifferenz zwischen den Faktoren moglichst gering ist Die Gesamtdifferenz errechnet sich indem man alle Differenzen zwischen den Faktoren addiert BeispielProdukt dreier Faktoren Die Summe der Faktoren ist jeweils 30 Mit steigender Gesamtdifferenz zwischen den Faktoren wird das Produkt in der Regel kleiner Gesamtdifferenz 10 10 10 1000 0 0 0 0 9 10 11 990 4 1 2 1 8 11 11 968 6 3 3 0 8 10 12 960 8 2 4 2 7 11 12 924 10 4 5 1 7 10 13 910 12 3 6 3 0 1 29 0 58 1 29 28 0 0 30 0 60 0 30 30 Die Gausssche Summenfaktor Regel ist aquivalent mit der Aussage dass der Inhalt einer geometrischen Figur maximal ist wenn dessen Seiten gleiche Lange haben So ist das Quadrat bei gleichem Umfang das Rechteck mit dem grossten Flacheninhalt Weitere Gesetze der Multiplikation Bearbeiten Bei der Berechnung eines komplexen Terms gilt die Regel Klammer vor Punkt vor Strich Ein Produkt hat den Wert 0 displaystyle 0 nbsp wenn wenigstens ein Faktor 0 displaystyle 0 nbsp ist z B 3 5 0 0 displaystyle 3 cdot 5 cdot 0 0 nbsp Multipliziert man eine Zahl mit 1 displaystyle 1 nbsp so bleibt ihr Wert unverandert x 1 x displaystyle x cdot 1 x nbsp Das gilt sinngemass auch fur die Division Multipliziert man eine Zahl mit sich selbst erhalt man ihre Quadratzahl z B 3 3 3 2 9 displaystyle 3 cdot 3 3 2 9 nbsp Multipliziert man eine Zahl zweimal mit sich selbst erhalt man ihre Kubikzahl z B 3 3 3 3 3 27 displaystyle 3 cdot 3 cdot 3 3 3 27 nbsp Manche ganze Zahlen sind zugleich Quadrat und Kubikzahlen z B 0 0 2 0 3 1 1 2 1 3 64 8 2 4 3 729 27 2 9 3 displaystyle 0 0 2 0 3 1 1 2 1 3 64 8 2 4 3 729 27 2 9 3 nbsp Multipliziert man zwei Zahlen mit demselben Vorzeichen so ist das Produkt positiv Haben sie unterschiedliche Vorzeichen so ist das Produkt negativ Das gilt sinngemass auch fur die Division Multipliziert man eine ungerade Zahl mit einer anderen ungeraden Zahl so ist das Produkt ebenfalls ungerade Multipliziert man zwei gerade Zahlen oder eine gerade und eine ungerade Zahl so ist das Produkt gerade Bei der Multiplikation zweier Bruche werden der Zahler des ersten Bruches mit dem des zweiten Bruches und der Nenner des ersten Bruches mit dem des zweiten Bruches multipliziert Der Nenner eines Bruches auch wenn er Variablen enthalt darf nicht 0 displaystyle 0 nbsp ergeben Das Ergebnis ist gegebenenfalls zu kurzen In Ungleichungen dreht sich das Ungleichheitszeichen um wenn mit einer negativen Zahl multipliziert oder durch sie dividiert wird z B 0 5 x lt 10 2 displaystyle 0 5x lt 10 cdot 2 nbsp x gt 20 displaystyle x gt 20 nbsp Algorithmen BearbeitenSchriftliche Multiplikation Bearbeiten Hauptartikel schriftliche Multiplikation Die schriftliche Multiplikation ist ein Verfahren um zwei naturliche Zahlen miteinander zu multiplizieren Die Grundidee ist Die Basis des gewahlten Stellenwertsystems bestimmt die Ziffern der Zerlegungen der beiden Faktoren Jede Ziffer des einen Faktors wird mit jeder Ziffer des anderen Faktors malgenommen Dabei entstehende Ubertrage werden stellengerecht aufbewahrt All diese Teilergebnisse werden zusammen mit eventuellen Ubertragen stellengerecht addiert Die Gesamtsumme ergibt das Produkt der beiden Faktoren Formaler Falls die zu multiplizierenden Zahlen x x n 1 x n 2 x 0 i 0 n 1 x i b i displaystyle x x n 1 x n 2 ldots x 0 sum i 0 n 1 x i cdot b i nbsp und y y m 1 y m 2 y 0 j 0 m 1 y i b i displaystyle y y m 1 y m 2 ldots y 0 sum j 0 m 1 y i cdot b i nbsp im Stellenwertsystem zur Basis b displaystyle b nbsp gegeben sind so lasst sich die Multiplikation x y displaystyle x cdot y nbsp unter Zuhilfenahme des Einmaleins wie folgt auf die Addition zuruckfuhren x y i 0 n 1 x i b i j 0 m 1 y i b i i 0 n 1 j 0 m 1 x i y j b i j displaystyle x cdot y left sum i 0 n 1 x i cdot b i right left sum j 0 m 1 y i cdot b i right sum i 0 n 1 sum j 0 m 1 x i cdot y j cdot b i j nbsp Das Einmaleins wird dabei benotigt um die Produkte x i y j displaystyle x i cdot y j nbsp zu berechnen Diese Methode eignet sich auch zum Multiplizieren rationaler Zahlen mit endlich vielen Nachkommastellen In diesem Fall treten bei der Darstellung von x displaystyle x nbsp und y displaystyle y nbsp im entsprechenden Stellenwertsystem negative Exponenten auf z B 13 57 1 10 1 3 10 0 5 10 1 7 10 2 displaystyle 13 57 1 cdot 10 1 3 cdot 10 0 5 cdot 10 1 7 cdot 10 2 nbsp Multiplikation mit den Fingern Bearbeiten Nicht nur das Addieren sondern auch das Multiplizieren lasst sich in begrenztem Umfang mit den Fingern bewerkstelligen Hierzu mussen beide Faktoren in ein und derselben Dekadenhalfte liegen also entweder beide auf Ziffern von 1 bis 5 oder auf Ziffern von 6 bis 0 enden Im ersten Fall nummeriert man die Finger beginnend beim kleinen Finger mit 10 d 1 1 bis 10 d 1 5 fur den Daumen durch wobei d fur die Dekade der entsprechenden Zahl steht also beispielsweise 11 bis 15 fur die zweite Dekade Danach halt man die zwei Finger deren Produkt man ausrechnen will aneinander Das entsprechende Produkt erhalt man indem man die unteren Finger zahlt die beiden aneinandergehaltenen Finger zahlen dazu und mit d 10 multipliziert dazu das Produkt der unteren Finger der linken Hand mit den unteren Fingern der rechten Hand jeweils mit den zusammengehaltenen Fingern und schliesslich eine additive Konstante d 1 100 addiert Im zweiten Fall nummeriert man die Finger von 10 d 1 6 bis 10 d durch also beispielsweise 16 bis 20 Danach halt man analog zum ersten Fall die beiden Finger der gewunschten Faktoren aneinander zahlt die unteren Finger aber multipliziert diese jetzt mit d 10 und zahlt zu diesem das Produkt der oberen Finger wieder ohne die zusammengehaltenen Finger hinzu und die additive Konstante ergibt sich als d 1 d 100 nbsp Multiplikation von 7 und 8 mittels FingernUm beispielsweise 7 mal 8 zu rechnen zahlt man die unteren Finger hier sind es 5 und multipliziert sie mit 10 d 1 Man erhalt 50 Nun multipliziert man die oberen Finger der einen Hand hier 3 mit der der anderen hier 2 und kommt auf 3 2 6 Jetzt die beiden Zwischenergebnisse addieren also 50 6 56 und man erhalt das Endergebnis Die additive Konstante d 1 d 100 ist hier 0 1 100 0 nbsp Multiplikation von 24 und 22 mittels FingernBeim Multiplizieren von 24 und 22 zahlt man die unteren Finger auf 6 multipliziert dies mit 20 d 1 10 2 10 zu 120 addiert dazu das Produkt der unteren Finger 4 2 8 und die additive Konstante d 1 100 400 und erhalt dadurch 528 Besonders geeignet ist dieses Verfahren fur das schnelle Errechnen von Quadratzahlen ohne Taschenrechner Fur Faktoren verschiedener Dekaden und Dekadenhalften kann man dieses Verfahren immer noch anwenden indem man die Faktoren in Summen aufspaltet Hintergrund fur dieses Verfahren ist die Tatsache dass man solche Produkte schreiben kann als a x a y a 2 x y a x y displaystyle a x cdot a y a 2 x y cdot a x cdot y nbsp und Produkte der zweiten Dekadenhalfte errechnen kann indem man die Komplemente der letzten Ziffer bzgl 10 bildet Die letzte Ziffer ist dann das Produkt der Komplemente die Zehner das Komplement der Summe der Komplemente Vedische Multiplikation Bearbeiten Diese Rechenart kommt aus Indien und ist ein Teil der sogenannten vedischen Mathematik Bei diesem Rechensystem werden zuerst die Zahlen analysiert und danach ein passendes Verfahren zu deren Berechnung ausgewahlt So existiert z B ein Verfahren welches sich immer dann zu einer Blitz Multiplikation auch grosser Faktoren eignet wenn diese knapp unter oder uber derselben Zehnerpotenz liegen Dem Rechenweg liegt folgende Beziehung zugrunde a displaystyle a nbsp und b displaystyle b nbsp seien zwei Zahlen dicht bei einer Zehnerpotenz 10 n displaystyle 10 n nbsp und a a 10 n displaystyle bar a a 10 n nbsp bzw b b 10 n displaystyle bar b b 10 n nbsp die Differenzen hierzu Dann ist a b 10 n a 10 n b 10 n a b 10 n a b a b 10 n a b displaystyle a cdot b 10 n bar a cdot 10 n bar b 10 n bar a bar b cdot 10 n bar a bar b a bar b cdot 10 n bar a bar b nbsp Falls nun a b lt 10 n displaystyle bar a bar b lt 10 n nbsp ist kann man die beiden Ziffernfolgen von a b displaystyle a bar b nbsp und a b displaystyle bar a bar b nbsp einfach nebeneinander schreiben um so zur Losung der Multiplikation zu gelangen Achtung Fuhrende Nullen des zweiten Terms mussen mitgeschrieben werden Beispiele95 97 9215 992 988 980096 12 13 156 98 102 9996 Fakt Diff Fakt Diff Fakt Diff Fakt Diff a b zu 100 a b zu 1000 a b zu 10 a b zu 100 95 5 992 8 12 2 98 2 97 3 988 12 13 3 102 2 92 15 980 096 15 6 99 96 95 3 5 3 992 12 8 12 12 3 3 2 98 2 1 100 2 2 97 5 5 3 988 8 8 12 13 2 3 2 102 2 1 100 2 2 Im letzten Fall liegt eine Zahl uber und eine unter 100 Da in diesem Fall das Produkt a b lt 0 displaystyle bar a bar b lt 0 nbsp ist muss von der linken Zahl noch ein Ubertrag besorgt werden also links 1 displaystyle 1 nbsp rechts 10 2 100 displaystyle 10 2 100 nbsp Naturlich ergibt eine Vertauschung der Faktoren dasselbe Ergebnis da a b 10 n a b b a displaystyle a bar b 10 n bar a bar b b bar a nbsp ist siehe dazu die letzte Zeile des Beispiels Da gleiche Vorzeichen beim Multiplizieren von zwei Zahlen immer zu werden kann man sie fur diese Falle auch weglassen wie in der letzten Zeile angegeben Als Basis konnen ausserdem noch 20 10 n 1 displaystyle 20 cdot 10 n 1 nbsp und 50 10 n 2 displaystyle 50 cdot 10 n 2 nbsp verwendet werden Berechnet wird hier wie bei 10 n displaystyle 10 n nbsp nur wird rechts 20 a displaystyle 20 a nbsp bzw 50 a displaystyle 50 a nbsp als Differenz gebildet und links mit 2 multipliziert Basis 20 bzw durch 2 dividiert Basis 50 Fur die Basis 50 wird im Fall dass die linke Summe ungerade ist nur der ganzzahlige Anteil nach Division durch 2 verwendet und als Ubertrag rechts 50 10 n 2 2 displaystyle 50 cdot 10 n 2 2 nbsp addiert Beweis entsprechend zu 10 n displaystyle 10 n nbsp durch Einsetzen und Umformen Russische Bauernmultiplikation Bearbeiten Hauptartikel Russische Bauernmultiplikation A und B seien ganzzahlige Faktoren Das Produkt P A B kann auch auf folgende scheinbar kuriose Art ermittelt werden Schritt Dividiere A und die Ergebnisse so lange durch 2 bis sich 1 als Ergebnis einstellt Dabei wird ein nicht ganzzahliges Ergebnis auf die nachste ganze Zahl abgerundet und danach die Division durch 2 fortgesetzt Schritt Verdopple B fortlaufend Schritt Streiche alle Verdoppelungen in Spalte B bei denen in Spalte A die Halbierung eine gerade Zahl ist Schritt Addiere alle nicht gestrichenen Zahlen der Spalte B Die erhaltene Summe ist das gesuchte Produkt P Beispiel 11 3 Spalte A Spalte B 11 3 5 6 2 12 gestrichen wegen der geraden Zahl 2 in Spalte A 1 24 Summe 33 Erklarung Bearbeiten In der Spalte A werden Streichungen vorgenommen wo bei der dezimalen Zahl 11 in der binaren Darstellung Nullen stehen 11 dezimal 1011 binar Dabei ist die Spalte A von unten nach oben zu lesen Diese Methode ist auch die einfachste Art dezimale Zahlen in binare zu transformieren Die fortlaufenden Verdoppelungen in der Spalte B entsprechen den Zweierpotenzen des binaren Zahlensystems multipliziert mit dem zweiten Faktor Wo in Spalte A eine Null steht wird die entsprechende Zahl in B mit 0 multipliziert daher gestrichen Alle ubrigen Zahlen der Spalte B gehoren zum Produkt und werden summiert Man kann dies auch leicht anders formulieren 11 3 3 6 24 11 3 3 1 2 8 11 1 2 8 11 2 0 2 1 2 3 1 2 3 0 2 2 1 2 1 1 2 0 displaystyle 11 cdot 3 3 6 24 Leftrightarrow 11 cdot 3 3 cdot 1 2 8 Leftrightarrow 11 1 2 8 Leftrightarrow 11 2 0 2 1 2 3 1 cdot 2 3 0 cdot 2 2 1 cdot 2 1 1 cdot 2 0 nbsp Die letzte Gleichung kommt der binaren Darstellung 1011 von 11 gleich Duplation Bearbeiten Hauptartikel Duplation Die Duplation von lateinisch duplare verdoppeln ist eine Multiplikationsmethode bei der zunachst tabellarisch links zeilenweise ganzzahlige Vielfache des ersten Faktors F1 einschliesslich des Ein Fachen also des Faktors selbst und rechts daneben in die jeweilige Zeile die Vielfachheit aufgeschrieben werden Standardmassig werden die jeweils daruber stehenden Werte verdoppelt daher der Name Duplation also der Reihe nach das 1 2 4 8 16 fache usw notiert bis mit der Zahl der Vielfachheit der zweite Faktor erreicht ist Anschliessend wird der zweite Faktor additiv in Summanden aus den notierten Vielfachheiten zerlegt und der Produktwert ermittelt indem die zugehorigen Vielfachen des ersten Faktors addiert werden Der zweite Faktor F2 lasst sich stets kanonisch und somit eindeutig in seine Binardarstellung als Summe von Zweierpotenzen zerlegen womit die Verdoppelung immer zum Ziel fuhrt Indes ist die Verwendung von Zweierpotenzvielfachen aber nicht zwingend erforderlich Man kann F2 namlich durchaus auch in andere Summanden zerlegen z B Zehnerpotenzen die sich u U einfacher als durch fortgesetzte Verdoppelung berechnen lassen Wenn der zweite Faktor z B 1105 ist dann ware es zwar machbar aber unokonomisch bis zum 512 fachen zu verdoppeln Man kann sich vielmehr auf die Verdoppelungsschritte 2 fach und 4 fach beschranken und dazu die einfach zu berechnenden 100 und 1000 fachen des ersten Faktors nehmen und damit F2 als 1000 100 4 1 1105 darstellen Das Finden einer geschickten Zerlegung des zweiten Faktors ist Sache der Intuition und Erfahrung des Rechners Zu Ende gedacht aber unbelegt ware es ausreichend nur das 2 4 und 8 fache des ersten Faktors durch Duplikation zu berechnen und daraus je nach Bedarf durch ggf mehrfache Verzehnfachung die erforderlichen grosseren Summanden zu ermitteln Multiplikation mit Zirkel und Lineal Bearbeiten Fur eine graphische Multiplikation mit Zirkel und Lineal kann man den Sehnensatz Bild 1 verwenden Durch einen Punkt O zeichnet man eine Gerade und tragt von O aus die zu multiplizierenden Langen a displaystyle a nbsp und b displaystyle b nbsp in entgegengesetzten Richtungen ab Dadurch entstehen zwei neue Punkte A und B Durch O zeichnet man eine zweite Gerade Auf dieser tragt man eine Strecke der Lange 1 ab wodurch ein weiterer Punkt E entsteht Die zweite Gerade wird durch den Kreis durch die Punkte A B und E in einem Punkt C geschnitten Der Abstand von O und C hat nach dem Sehnensatz die gesuchte Lange a b O A O B O E 1 O C displaystyle a cdot b overline OA cdot overline OB underbrace overline OE 1 cdot overline OC nbsp Den benotigten Kreis kann man als Umkreis um das von A B und E aufgespannte Dreieck konstruieren Neben dem Sehnensatz ist auch der Sekantensatz Bild 2 fur die Konstruktion des Produkts zweier Zahlen dienlich Bei Verwendung des Sekantensatzes liegt der Startpunkt O ausserhalb des Kreises und die Grossen a und b werden ausgehend von O in die gleiche Richtung abgetragen Dementsprechend liegt dann auch C von O aus gesehen in der gleichen Richtung in der die 1 abgetragen wurde Den Mittelpunkt des Kreises erhalt man mithilfe einer Mittelsenkrechten auf AB und AE nbsp Bild 1Multiplikation mit Zirkel und Lineal unter Zuhilfenahme des Sehnensatzes nbsp Bild 2Multiplikation mit Zirkel und Lineal unter Zuhilfenahme des Sekantensatzes nbsp Bild 3Multiplikation mit Zirkel und Lineal unter Zuhilfenahme des Strahlensatzes Eine weitere Moglichkeit zur graphischen Multiplikation mit Zirkel und Lineal ergibt sich so wie bei der Division und der Potenz aus dem Strahlensatz Bild 3 Hier tragt man zunachst auf einem Strahl mit Ausgangspunkt A Strecken der Langen 1 und b die beide in A beginnen Dann tragt man vom Endpunkt E der Strecke der Lange 1 eine Strecke der Lange a ab und zeichnet einen zweiten Strahl durch deren Endpunkt C und A so dass A wiederum der Ausgangspunkts des Strahls ist Dann zeichnet man durch den Endpunkt B der Strecke b eine zu a parallele Gerade Diese schneidet den zweiten Strahl in D Die Lange der Strecke BD entspricht dem Produkt von a und b Effiziente Algorithmen Bearbeiten Sei n N displaystyle n in mathbb N nbsp Um zwei naturliche Zahlen x y displaystyle x y nbsp der Lange l x l y n displaystyle l x l y leq n nbsp zu multiplizieren benotigt die schriftliche Multiplikation asymptotische Laufzeit O n 2 displaystyle mathcal O left n 2 right nbsp Lange Zeit war kein effizienterer Algorithmus bekannt bis Anatoli Alexejewitsch Karazuba 1960 den nach ihm benannten Karazuba Algorithmus entdeckte 1 In den Folgejahren wurden Algorithmen mit immer besserer Zeitkomplexitat gefunden bis schliesslich 2019 Harvey und van der Hoeven einen Algorithmus mit Laufzeit O n log n displaystyle mathcal O n log n nbsp veroffentlichten Von diesem wird vermutet dass er asymptotisch optimal ist d h dass es keinen Multiplikationsalgorithmus mit besserer Zeitkomplexitat gibt was allerdings noch unbewiesen ist Nachfolgende Tabelle gibt eine Ubersicht uber verschiedene bekannte Algorithmen Algorithmus Entdeckungsjahr ZeitkomplexitatSchriftliche Multiplikation O n 2 displaystyle mathcal O left n 2 right nbsp Karazuba Algorithmus 1960 O n log 2 3 displaystyle mathcal O left n log 2 3 right nbsp Toom Cook Algorithmus 1966 O n 1 e displaystyle mathcal O left n 1 varepsilon right nbsp wobei e gt 0 displaystyle varepsilon gt 0 nbsp eine beliebige Konstante istSchonhage Strassen Algorithmus 1971 O n log n log log n displaystyle mathcal O left n log n log log n right nbsp Furers Algorithmus 2007 O n log n 2 O log n displaystyle mathcal O left n log n cdot 2 mathcal O log n right nbsp wobei log displaystyle log nbsp den iterierten Logarithmus bezeichnetHarvey amp van der Hoeven Algorithmus 2 2019 O n log n displaystyle mathcal O left n log n right nbsp Zuruckfuhren der Multiplikation rationaler Zahlen auf die naturlicher Zahlen Bearbeiten Jeder Algorithmus der zwei naturliche Zahlen multipliziert kann auch verwendet werden um zwei ganze bzw rationale Zahlen zu multiplizieren Um ganze Zahlen zu multiplizieren verwendet man die Formelx y sgn x sgn y x y displaystyle x cdot y operatorname sgn x cdot operatorname sgn y x cdot y nbsp wobei sgn displaystyle operatorname sgn nbsp die Vorzeichenfunktion bezeichnet und displaystyle cdot nbsp die Betragsfunktion Zur Multiplikation zweier rationaler Zahlen x y p q displaystyle frac x y frac p q nbsp mit x y Z p q N displaystyle x y in mathbb Z p q in mathbb N nbsp verwendet manx y p q x p y q displaystyle frac x y cdot frac p q frac x cdot p y cdot q nbsp Mehr oder weniger als zwei Faktoren BearbeitenDas Produkt von mehr als zwei Faktoren wird so definiert dass man von links beginnend je zwei Faktoren multipliziert und so fortfahrt bis nur eine Zahl ubrigbleibt Das Assoziativgesetz besagt nun dass man an beliebiger Stelle beginnen kann also auch von rechts Aufgrund des Kommutativgesetzes ist auch die Reihenfolge irrelevant so dass mit zwei beliebigen Faktoren welche also nicht direkt beieinanderstehen mussen angefangen werden kann Auch das Produkt von einem einzigen oder von gar keinen Faktoren ist definiert obwohl man dazu nicht mehr multiplizieren muss Das Produkt einer Zahl ist diese Zahl selbst und das Produkt von keinem Faktor ist 1 allgemein das neutrale Element der Multiplikation Es ist auch moglich ein unendliches Produkt zu bilden Dabei spielt die Reihenfolge der Faktoren allerdings eine Rolle man kann die Faktoren also nicht mehr beliebig vertauschen und auch beliebige Zusammenfassungen zu Teilprodukten sind nicht immer moglich ahnlich wie bei unendlichen Summen Verallgemeinerungen BearbeitenDie bekannte Multiplikation reeller Zahlen kann zur Multiplikation komplexer Zahlen der Form a i b displaystyle a mathrm i b nbsp verallgemeinert werden durch Nutzung des Distributivgesetzes a b i c d i a c a d i b c i b d i 2 a c b d a d b c i displaystyle a b mathrm i cdot c d mathrm i ac ad mathrm i bc mathrm i bd mathrm i 2 ac bd ad bc mathrm i nbsp Durch Forderung einiger der oben angegebenen Rechengesetze gelangt man zu algebraischen Strukturen mit zwei Verknupfungen einer Addition und einer Multiplikation In einem Ring gibt es eine Addition mit der die Menge eine Abelsche Gruppe bildet und eine Multiplikation die assoziativ und distributiv ist Hat die Multiplikation ein neutrales Element nennt man den Ring unitar Ist zusatzlich die Division immer moglich erhalt man einen Schiefkorper Ist zusatzlich die Multiplikation kommutativ erhalt man einen Korper Mit dieser Multiplikation nicht zu verwechseln sind andere Verknupfungen die gemeinhin auch als Produkte bezeichnet werden z B das Skalarprodukt in euklidischen Vektorraumen die Skalarmultiplikation in Vektorraumen die Matrizenmultiplikation und das Kreuzprodukt im dreidimensionalen Raum R 3 displaystyle mathbb R 3 nbsp Von Multiplikation spricht man auch bei Grossenwerten von physikalischen Grossen Siehe auch BearbeitenLinearfaktor Primfaktorzerlegung Effiziente Multiplikationsalgorithmen Schonhage Strassen Algorithmus Karatsuba Algorithmus Toom Cook Algorithmus Plutimikation Pippi Langstrumpfs Art zu rechnenWeblinks Bearbeiten nbsp Commons Multiplication Sammlung von Bildern Videos und Audiodateien nbsp Wikibooks Multiplikation Lern und LehrmaterialienEinzelnachweise Bearbeiten Proceedings of the Steklov Institute of Mathematics Vol 211 1995 pp 169 183 Translated from Trudy Matematicheskogo Instituta imeni V A Steklova Vol 211 1995 pp 186 202 David Harvey Joris van der Hoeven Integer multiplication in time O n log n Annals of Mathematics Princeton University Department of Mathematics In press hal 02070778v2Normdaten Sachbegriff GND 4170732 1 lobid OGND AKS Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Multiplikation amp oldid 236328580