Subtraktion

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Subtraktion 5−2=3 am Beispiel von Apfelsinen.

Die Subtraktion, umgangssprachlich auch Minus-Rechnen genannt, ist eine der vier Grundrechenarten der Arithmetik. Unter der Subtraktion versteht man das Abziehen einer Zahl von einer anderen. Mathematisch handelt es sich bei der Subtraktion um eine zweistellige Verknüpfung. Die Subtraktion ist die Umkehroperation der Addition. Das Rechenzeichen für die Subtraktion ist das Minuszeichen „−“.

Sprachregelungen und Grundeigenschaften[Bearbeiten]

Für die Elemente einer Subtraktion gibt es folgende Symbole und Sprechweisen:

  • Das Rechenzeichen für die Subtraktion ist das Minuszeichen „−“. Es wurde 1489 von Johannes Widmann eingeführt.
  • Die Zahl, von der etwas abgezogen wird, heißt Minuend (lateinisch „der zu verringernde“).
  • Die Zahl, die abgezogen wird, heißt Subtrahend (lateinisch „der abzuziehende“).
  • Der Rechenausdruck (Term), der den Minuenden, das Minus-Zeichen und den Subtrahenden umfasst, heißt Differenz.
  • Das Ergebnis einer Subtraktion ist der Wert der Differenz (auch Differenzwert oder auch kurz nur Differenz).
  • Das Symbol für Differenzen als Terme ist der griechische Großbuchstabe Delta „Δ“, der auch als Operator für die Differenzbildung benutzt wird (siehe unten). Häufig wird als Differenz – besonders im alltäglichen Sprachgebrauch – allerdings nur das Ergebnis dieser „Minusrechnung“, noch häufiger der Betrag dieses Ergebnisses bezeichnet. Beispiel: Die Differenz zwischen 7 und 9 und die Differenz zwischen 5 und 3 beträgt 2. Im Beispiel wird dies durch das Verb „beträgt“ betont.

Merkhilfen (mit Berücksichtigung des Vorzeichens!):

  • Minuend minus Subtrahend gleich Wert der Differenz.
  • Wert der Differenz = Minuend − Subtrahend oder
  • Minuend − Subtrahend = Wert der Differenz
  • (Eselsbrücke: Minuend kommt im Alphabet vor Subtrahend )

Beispiele (mit Berücksichtigung des Vorzeichens!):

  • 1 weniger 4 ist −3
  • 4 weniger 1 ist 3 oder anders geschrieben: 4 − 1 = 3.
  • Exakt formuliert heißt das auch: 4 minus 1 ist gleich 3.
  • Dabei ist 4 der Minuend, 1 stellt den Subtrahenden dar, der Rechenausdruck (Term) 4 − 1 ist die Differenz und das Ergebnis 3 bildet den Wert der Differenz bzw. den Differenzwert.

Die Menge der natürlichen Zahlen ist bezüglich der Subtraktion nicht abgeschlossen, das heißt mit der Subtraktion erzielt man eventuell ein Ergebnis, das den Bereich der natürlichen Zahlen überschreitet.

  • Beispiel: 1 − 4 = −3

Mathematische Definition[Bearbeiten]

Die Subtraktion ist die Umkehroperation der Addition. In Gruppen lässt sich zu jedem gegebenen a und b genau ein x finden, so dass gilt:

b + x = a \!

Die Bestimmung von x heißt Subtraktion. x lässt sich bestimmen, indem man b von a subtrahiert („abzieht“):

x = a - b \!

a heißt der Minuend, b der Subtrahend. Das Ergebnis einer Subtraktion, hier x, heißt Wert der Differenz. Eine Subtraktion wird mit dem Minuszeichen notiert:

a - b \!

Rechenhilfe[Bearbeiten]

Da die Subtraktion eine Addition mit dem inversen Element ist, kann eine Subtraktion auch in Form einer Addition geschrieben werden, indem der Subtrahend vorher mit dem Faktor −1 multipliziert wird:

a - b = a + (-1) \cdot b = a + (-b)

Basisverfahren[Bearbeiten]

Graphische Methode[Bearbeiten]

Graphische Methode mit Vektoren

Bei der graphischen Methode werden die Zahlenwerte als Balken, Linien, Punkte oder anderen abstrakten Objekten dargestellt. Eine weitere Möglichkeit ist die Darstellung mit Vektoren, wobei die Richtung des Subtrahend-Vektors umgekehrt und die Vektoren anschließend aufaddiert werden.

Beispiel
(13)
- (9)
= (4)

Subtraktion-Subtraktion-Methode[Bearbeiten]

Bei der Subtraktion-Subtraktion-Methode wird so lange ein Teilbetrag des Subtrahends von Subtrahend und Minuend abgezogen, bis der Subtrahend 0 ist. Dabei wird meist eine Zehnerstelle als Zwischenschritt gewählt.

Beispiel
13-9=(13-3)-(9-3)=10-6=4

Subtraktion-Addition-Methode[Bearbeiten]

Bei der Subtraktion-Addition-Methode werden Subtrahend und Minuend in Teilkomponenten zerlegt, von diesen subtrahiert, und anschließend die Teilbeträge wieder addidiert.

Beispiel
13-9=(10+3)-9=(10-9)+3=1+3=4

Komplement-Methode[Bearbeiten]

Bei der Komplement-Methode wird von dem Subtrahend das zugehörige Komplement berechnet. Anschließend wird der Minuend und das Komplement des Subtrahend addiert. Das Verfahren wird insbesondere in der technischen Informatik, etwa beim mechanischen Feld-Tarrant-Comptometer, dem mechanischen Hoffritz-Addierer, sowie elektronischen Addierwerken in modernen Computersystemen, angewendet.[1]

Beispiel

Ausgangsformel:

13_{10}-9_{10} \Leftrightarrow 1101_{2} - 1001_{2}

Dies entspricht:

13_{10}+\left(-9_{10}\right) \Leftrightarrow 1101_{2} + \left(-1001_{2}\right)

Berechnung des Komplements:

Berechnung des Komplements
Operation Ergebniswert
Zehnerkomplement Zweierkomplement
Ausgangswert \ldots\ 0000\ 0009_{10} \ldots\ 0000\ 1001_{2}
Invertierung \ldots\ 9999\ 9990_{10} \ldots\ 1111\ 0110_{2}
Addition von 1 \ldots\ 9999\ 9991_{10} \ldots\ 1111\ 0111_{2}

Addition:

\begin{array}{rrrcrrr}
& 13_{10} & & & 1101_{2} \\
+ & \ldots\ 9999\ 9991_{10} & & + & \ldots\ 1111\ 0111_{2} \\
= & 4_{10} & & = & 100_{2}
\end{array}

Schriftliche Subtraktion[Bearbeiten]

Die schriftliche Subtraktion ist neben der schriftlichen Addition eine der grundlegenden Kulturtechniken, die bereits in den ersten Schuljahren der Grundschule erlernt wird. Die Beherrschung der schriftlichen Subtraktion ist Voraussetzung für das Erlernen der schriftlichen Division.

Vertikale Subtraktion mit Überträgen[Bearbeiten]

In den Grundschulen werden heute meist Verfahren gelehrt, bei denen die einander entsprechenden Stellen der Minuenden und Subtrahenden übereinander stehen. Die Stellen werden nacheinander abgearbeitet, meist von rechts nach links.

Wenn die Subtrahenden größer sind als die Minuenden, müssen Überträge gehandhabt werden. Das heißt, der Minuend wird, um die Subtraktion zu ermöglichen, um 10 erhöht; um dies auszugleichen, muss in der links benachbarten Spalte entweder der Minuend erniedrigt (Entbündelungsverfahren; Vorabberechnung der Überträge) oder der Subtrahend erhöht werden (Ergänzungsverfahren; Subtraktion von rechts nach links). Im deutschsprachigen Raum hat sich mit dem Ergänzungsverfahren die letztgenannte Vorgehensweise durchgesetzt. Im Jahr 2000 trat in einigen Bundesländern ein neuer Lehrplan in Kraft, der nun statt des Ergänzens das Entbündeln als Standard vorschreibt.

Ergänzungsverfahren[Bearbeiten]

Beim Ergänzungsverfahren, das auch Auffülltechnik oder (in den USA) Austrian method („Österreichische Methode“) genannt wird, wird keine Subtraktion vorgenommen, sondern der Subtrahend umgekehrt bis zum Minuenden erhöht. Falls dies nicht möglich ist, wird der Minuend um 10 erhöht. Die 10 wird nicht „geborgt“, sondern als 1 zum Subtrahenden der nächsten Teilberechnung addiert. Im deutschsprachigen Raum wird dieses Verfahren an den Grundschulen als Standardmethode gelehrt. Einer der Vorteile des Verfahrens besteht darin, dass es den Umgang mit Aufgaben vorbereitet, bei denen von einem Minuenden mehrere Subtrahenden abgezogen werden sollen.

Beispiel

Subtraktion von links nach rechts[Bearbeiten]

Die Subtraktion kann auch von links nach rechts durchgeführt werden. Bei diesem ungewöhnlichen Verfahren, das eine Variante des Ergänzungsverfahrens ist, werden die Überträge abgearbeitet, bevor die Differenz genau ausgerechnet wird. Da die Überträge weder notiert noch gemerkt werden müssen, ist die Methode nicht nur vergleichsweise resistent gegen Flüchtigkeitsfehler, sondern auch sehr schnell und sogar fürs Kopfrechnen geeignet.

Beispiel

Findet sich eine Spalte oder eine Sequenz von mehreren Spalten, in denen zwei gleiche Ziffern stehen, und rechts daneben eine Spalte mit einem Minuend, der kleiner als der Subtrahend ist, so muss die bei diesem Verfahren routinemäßige „Vorausschau“ nicht nur die zwei gleichen Ziffern, sondern auch die darauf folgenden Spalten umfassen. Jede Spalte mit den gleichen Ziffern erhält dann eine Neun statt einer Null als Ergebnis.

Die Vorausschau über mehreren Spalten in den oben geschilderten Fällen ist eine Schwachstelle dieser Methode.

Entbündelungsverfahren[Bearbeiten]

Abziehen mit „Entbündeln“ bedeutet, dass der zu kleine Minuend bei seinem linken Nachbarn eine „Anleihe“ macht. Der Minuend wird um 10 erhöht und der linke Nachbar um 1 erniedrigt. Das Verfahren wird an den Grundschulen z. B. der Vereinigten Staaten als Standardmethode gelehrt. Der reine Rechenaufwand ist ähnlich wie beim Ergänzungsverfahren; wenn von einer Null „geliehen“ werden muss, muss diese jedoch bei ihrem eigenen linken Nachbarn eine „Anleihe“ machen – eine Technik, die zusätzlich erlernt werden muss (beim Ergänzungsverfahren wird sie nicht gebraucht). Außerdem muss beim Entbündeln mehr geschrieben werden.

Beispiel

Vorab-Entbündelung[Bearbeiten]

Eine Variante des Entbündelungsverfahrens besteht darin, dass alle Stellen in einem ersten Arbeitsgang vollständig entbündelt werden, sodass für den zweiten Arbeitsgang, bei dem nur noch subtrahiert wird, hinreichend große Minuenden zur Verfügung stehen.[2]

Beispiel

Vertikale Subtraktion ohne Überträge[Bearbeiten]

Teildifferenzen[Bearbeiten]

Die Partial Differences-Methode unterscheidet sich von anderen vertikalen Subtraktionsmethoden dadurch, dass keine Überträge verwendet werden. An deren Stelle treten Teildifferenzen, die – je nachdem, ob in einer Spalte der Minuend oder der Subtrahend größer ist – ein Plus- oder ein Minuszeichen erhalten. Die Summe der Teildifferenzen ergibt die Gesamtdifferenz.[3]

Beispiel

Nicht-vertikale Verfahren[Bearbeiten]

Ausschreiten der Differenz[Bearbeiten]

Die Berechnung einer Differenz muss nicht Stelle für Stelle erfolgen. Meist umständlich, aber möglich ist es auch, den zwischen einem Subtrahenden und einem Minuenden liegenden Zahlenraum auszuschreiten.[4]

Beispiel

1234 − 567 = kann über folgende Schritte errechnet werden:

  • 567 + 3 = 570
  • 570 + 30 = 600
  • 600 + 400 = 1000
  • 1000 + 234 = 1234

Um die Differenz zu ermitteln, werden die Werte der Einzelschritte addiert: 3 + 30 + 400 + 234 = 667.

Zergliederung des Subtrahenden[Bearbeiten]

Eine weitere Vorgehensweise, die sich gleichermaßen für die schriftliche Subtraktion wie für das Kopfrechnen eignet, ist die Zergliederung des Subtrahenden, der in Einzelschritten vom Minuenden abgezogen wird.[5]

Beispiel

„1234 − 567 =“ kann über folgende Schritte errechnet werden:

  • 1234 − 500 = 734
  • 734 − 60 = 674
  • 674 − 7 = 667

Gleiche Veränderung[Bearbeiten]

Grundlage der Same change-Subtraktion ist die Beobachtung, dass eine Subtraktion einfach durchzuführen ist, wenn am Ende des Subtrahenden eine oder mehrere Nullen stehen. Der Subtrahend wird bei diesem Verfahren darum auf den nächstliegenden Zehner erhöht oder erniedrigt; da der Minuend um dieselbe Differenz erhöht oder erniedrigt wird, nimmt die Manipulation auf die Differenz keinen Einfluss. Wenn die Aufgabe danach immer noch zu schwer ist, kann die Operation wiederholt werden.[6]

Beispiel

„1234 − 567 =“ kann über folgende Schritte errechnet werden:

  • 1234 − 567 = 1237 − 570 = 1267 − 600 = 667

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Subtraction – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1.  Donald E. Knuth: The Art of Computer Programming, Volume 2: Seminumerical Algorithms. 3 Auflage. Addison-Wesley, New York 1997, ISBN 9780201896848.
  2. The Many Ways of Arithmetic in UCSMP Everyday Mathematics Subtraction: Trade First
  3. Partial-Differences Subtraction; The Many Ways of Arithmetic in UCSMP Everyday Mathematics Subtraction: Partial Differences
  4. The Many Ways of Arithmetic in UCSMP Everyday Mathematics Subtraction: Counting Up
  5. The Many Ways of Arithmetic in UCSMP Everyday Mathematics Subtraction: Left to Right Subtraction
  6. The Many Ways of Arithmetic in UCSMP Everyday Mathematics Subtraction: Same Change Rule