Teoria
Numeri decimali, proporzioni e percentuali
Che cosa sono i numeri decimali e come si fanno con essi le operazioni e gli arrotondamenti, come si passa da una frazione a un numero decimale e viceversa, che cosa sono rapporti, scale e proporzioni, quando due grandezze sono direttamente o inversamente proporzionali e come si calcolano percentuali, sconti, aumenti e percentuali successive.
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Numeri decimali
Un numero decimale è un numero scritto con una virgola, come . Le cifre a sinistra della virgola formano la parte intera; le cifre a destra formano la parte decimale. Nella parte decimale la prima cifra conta i decimi, la seconda i centesimi, la terza i millesimi:
In altre parole, ogni posto verso destra vale un decimo del posto precedente, come accade per unità, decine e centinaia nei numeri naturali. Per esempio
cioè unità, decimi e centesimi. Gli zeri aggiunti in fondo alla parte decimale non cambiano il numero, quindi . I numeri decimali servono a scrivere le quantità che stanno fra due numeri naturali, come un prezzo di euro o una lunghezza di metri.
Confronto tra numeri decimali
Fra due numeri decimali è maggiore quello con la parte intera maggiore. Se le parti intere sono uguali, si confrontano i decimi; se anche i decimi sono uguali, si confrontano i centesimi, e così via, da sinistra verso destra. Per esempio , perché ; inoltre , perché le parti intere sono uguali e i decimi sono contro . La regola permette di ordinare i numeri decimali e di collocarli sulla retta dei numeri.
Attenzione
Un numero decimale con più cifre dopo la virgola può essere minore di uno con meno cifre. Per esempio , anche se è maggiore di . Scrivendo i due numeri hanno lo stesso numero di cifre, e il confronto fra centesimi e centesimi dà subito il risultato.
Operazioni con i numeri decimali
1. Addizione e sottrazione
Per sommare o sottrarre due numeri decimali si scrivono uno sotto l’altro con le virgole in colonna, così che i decimi stiano sotto i decimi e i centesimi sotto i centesimi. Dove mancano cifre si aggiungono zeri; poi si esegue l’operazione come con i numeri naturali e si mette la virgola nella stessa colonna. Per esempio
Le virgole in colonna garantiscono che si sommino fra loro cifre dello stesso tipo, come si fa con le unità e le decine.
2. Moltiplicazione
Per moltiplicare due numeri decimali si moltiplicano i numeri senza la virgola. Nel risultato le cifre decimali sono tante quante, in tutto, quelle dei due fattori. Per esempio
perché e i fattori hanno in tutto cifre decimali. Allo stesso modo , perché e servono due cifre decimali.
Dimostrazione
Si scrive ogni fattore come frazione con denominatore , o . Per il primo esempio
Il denominatore ha tre zeri, uno per la cifra decimale di e due per le cifre decimali di . Perciò il risultato ha tre cifre decimali.
3. Moltiplicazione e divisione per 10, 100, 1000
Moltiplicare un numero per , o sposta la virgola di uno, due o tre posti verso destra. Dividerlo per , o sposta la virgola di uno, due o tre posti verso sinistra. Dove mancano cifre si aggiungono zeri. Per esempio
La regola segue dalla moltiplicazione dei decimali, perché . Con questa regola si cambiano le unità di misura; per esempio metri sono centimetri.
4. Divisione
Per dividere due numeri decimali si moltiplicano dividendo e divisore per , o , fino a rendere il divisore un numero naturale; poi si esegue la divisione. Il quoziente non cambia, per la proprietà invariantiva. Per esempio
Nel secondo esempio dividendo e divisore sono stati moltiplicati per .
Moltiplicare per un numero minore di 1
Se si moltiplica un numero positivo per un decimale compreso fra e , il risultato è minore del numero di partenza. Per esempio , perché moltiplicare per significa prendere la metà. Se invece si divide per un decimale compreso fra e , il risultato è maggiore. Per esempio , perché in ci sono mezzi.
Arrotondamento
Arrotondare un numero ai decimi, ai centesimi o a un’altra cifra significa sostituirlo con il numero più vicino che ha cifre soltanto fino a quella posizione. Si guarda la cifra successiva a quella a cui ci si ferma.
- Se la cifra successiva è , , , o , la cifra a cui ci si ferma resta uguale.
- Se la cifra successiva è , , , o , la cifra a cui ci si ferma aumenta di .
In entrambi i casi le cifre successive si eliminano. Per esempio arrotondato ai decimi diventa , perché la cifra dei centesimi è , mentre diventa , perché la cifra dei centesimi è . Il numero sta a metà fra e , e la regola lo arrotonda a . Si arrotonda quando un risultato ha troppe cifre per l’uso che se ne fa; per esempio un prezzo di euro si arrotonda ai centesimi e diventa euro.
Arrotondamenti con il riporto
Il numero arrotondato ai decimi diventa . La cifra dei centesimi è , quindi i decimi diventano decimi, cioè un’unità in più. Il numero arrotondato ai centesimi diventa , per lo stesso motivo. Lo zero finale indica che l’arrotondamento è stato fatto ai centesimi.
Frazioni e numeri decimali
1. Numero decimale di una frazione
Una frazione è il quoziente fra numeratore e denominatore, come si è visto nell’argomento sulle frazioni. Perciò, dividendo il numeratore per il denominatore, si ottiene il numero decimale che corrisponde alla frazione. Per esempio , perché diviso dà , e . La divisione può avere due esiti.
- Il resto a un certo punto è , e la divisione finisce. Il numero ottenuto si chiama decimale limitato, come .
- Il resto non è mai , e da un certo punto le cifre si ripetono sempre uguali. Il numero ottenuto si chiama decimale periodico.
Per esempio , dove la cifra si ripete senza fine. Il gruppo di cifre che si ripete si chiama periodo e si indica con una linea sopra, quindi .
2. Periodici semplici e misti
Un decimale periodico è semplice se il periodo comincia subito dopo la virgola, come oppure . È misto se fra la virgola e il periodo ci sono altre cifre, che formano l’antiperiodo. Per esempio
dove la parte intera è , l’antiperiodo è e il periodo è . La distinzione serve per scrivere la frazione corrispondente al numero periodico.
3. Quando un decimale è limitato
Sia data una frazione ridotta ai minimi termini. Se il denominatore non ha fattori primi diversi da e da , il numero decimale è limitato; altrimenti è periodico. Per esempio dà un decimale limitato, perché , e infatti . Invece dà un decimale periodico, perché contiene il fattore , e infatti .
La regola dipende dal fatto che . Quando il denominatore contiene solo i fattori e , la frazione si può trasformare in una equivalente con denominatore , o ; per esempio . Con un altro fattore primo al denominatore, come , questo non è possibile, perché i numeri , , hanno come fattori primi soltanto e .
4. Frazione di un decimale limitato
Un decimale limitato è uguale alla frazione che ha al numeratore il numero scritto senza virgola e al denominatore seguito da tanti zeri quante sono le cifre decimali. Poi la frazione si riduce ai minimi termini. Per esempio
La regola segue dal significato delle cifre, perché sono centesimi e sono decimi.
5. Frazione generatrice di un decimale periodico
Ogni decimale periodico è uguale a una frazione, detta frazione generatrice, che si costruisce così.
- Al numeratore si scrive il numero senza virgola fino alla fine del primo periodo, meno il numero formato dalle cifre che vengono prima del periodo.
- Al denominatore si scrivono tanti quante sono le cifre del periodo, seguiti da tanti quante sono le cifre dell’antiperiodo.
Per esempio
Con la frazione generatrice si fanno i calcoli con i numeri periodici, che non si possono incolonnare perché hanno infinite cifre. Per esempio .
Dimostrazione
Sia , cioè . Il periodo ha due cifre, quindi si moltiplica per , che sposta la virgola di due posti:
I due numeri e hanno la stessa parte decimale. Perciò, sottraendo da , le cifre decimali si eliminano e resta , cioè .
Per , cioè , si sposta prima la virgola dopo l’antiperiodo e poi dopo il periodo:
Questi due numeri hanno la stessa parte decimale, quindi , cioè . Ne segue , che è proprio la frazione data dalla regola.
Decimali e numeri razionali
Ogni frazione dà un decimale limitato o periodico, e ogni decimale limitato o periodico è uguale a una frazione. Quindi i numeri razionali , introdotti nell’argomento sulle frazioni, sono esattamente i numeri decimali limitati e periodici. Per esempio e sono numeri razionali. Nell’argomento sulle potenze e radici compare un numero, , che ha infinite cifre decimali senza periodo.
Rapporti e scale
1. Rapporto
Il rapporto fra due numeri e , con , è il quoziente , che si scrive anche . Il rapporto indica quante volte il primo numero contiene il secondo, oppure quale frazione del secondo è il primo. Per esempio in un gruppo di adulti e bambini il rapporto fra adulti e bambini è
cioè ci sono adulti ogni bambini. Il rapporto si può semplificare come una frazione.
Se le due grandezze sono dello stesso tipo, come due lunghezze, prima si scrivono nella stessa unità di misura. Il rapporto fra cm e m è , perché m sono cm. Se le grandezze sono di tipo diverso, il rapporto è una nuova grandezza. Per esempio km percorsi in ore danno km all’ora, cioè la velocità media.
2. Scala di una carta
La scala di una carta geografica o di un disegno è il rapporto fra una lunghezza sul disegno e la lunghezza vera corrispondente. La scala significa che cm sulla carta corrisponde a cm nella realtà. Poiché m cm, si ha
Due paesi che sulla carta distano cm sono quindi lontani m, cioè km. La scala serve a ricavare le distanze vere da quelle misurate sulla carta, e viceversa.
Proporzioni
1. Proporzione
Una proporzione è un’uguaglianza fra due rapporti:
che si legge ” sta a come sta a ”, con e . I numeri e si chiamano estremi, i numeri e si chiamano medi. Per esempio è una proporzione, perché e sono frazioni equivalenti. Gli estremi sono e , i medi sono e .
2. Proprietà fondamentale delle proporzioni
In ogni proporzione il prodotto dei medi è uguale al prodotto degli estremi:
Nella proporzione si ha infatti e . La proprietà permette di controllare se quattro numeri formano una proporzione. Per esempio non è una proporzione, perché mentre .
Dimostrazione
La proporzione significa che . Si moltiplicano i due membri per . A sinistra il fattore si semplifica e resta ; a destra il fattore si semplifica e resta . Quindi . Con i numeri dell’esempio, moltiplicando per si ottiene , cioè . Viceversa, se , dividendo i due membri per si ritrova .
3. Termine incognito di una proporzione
Se in una proporzione un termine è sconosciuto, lo si indica con e lo si trova con la proprietà fondamentale.
- Un medio incognito è uguale al prodotto degli estremi diviso per l’altro medio.
- Un estremo incognito è uguale al prodotto dei medi diviso per l’altro estremo.
Per esempio nella proporzione il termine è un medio, quindi
Infatti la proprietà fondamentale dà , e dividendo i due membri per si ottiene . Nella proporzione il termine è un estremo, perciò
Grandezze direttamente e inversamente proporzionali
1. Grandezze direttamente proporzionali
Due grandezze e sono direttamente proporzionali se il loro rapporto è sempre lo stesso numero , detto coefficiente di proporzionalità. Allora , e quando raddoppia o triplica anche raddoppia o triplica. Per esempio, se un quaderno costa euro, il costo di quaderni è :
| quaderni | ||||
|---|---|---|---|---|
| costo in euro |
In ogni colonna il rapporto è . Nel piano cartesiano i punti della tabella stanno su una retta che passa per l’origine.
Attenzione
Due grandezze che aumentano insieme possono non essere direttamente proporzionali. Un taxi chiede euro alla partenza e euro per ogni chilometro. Per km si pagano euro, per km si pagano euro. I chilometri raddoppiano, ma il prezzo passa da a euro e non raddoppia; infatti i rapporti e sono diversi.
2. Grandezze inversamente proporzionali
Due grandezze e sono inversamente proporzionali se il loro prodotto è sempre lo stesso numero . Allora , e quando raddoppia diventa la metà. Per esempio, per percorrere km il tempo in ore e la velocità in km all’ora sono legati da :
| velocità in km all’ora | ||||
|---|---|---|---|---|
| tempo in ore |
In ogni colonna il prodotto è . I punti della tabella stanno su una curva chiamata ramo di iperbole, che si avvicina agli assi senza toccarli.
Regola del tre
Quando due grandezze sono proporzionali e si conoscono una coppia di valori e un terzo valore, il quarto valore si trova con una proporzione. Questo metodo si chiama regola del tre.
- Grandezze direttamente proporzionali: kg di arance costano euro, quindi il costo di kg soddisfa . Si ottiene euro.
- Grandezze inversamente proporzionali: amici si dividono una spesa e pagano euro a testa, quindi con amici la quota soddisfa , perché il totale è lo stesso. Si ottiene euro.
Il tipo di proporzionalità si stabilisce osservando che cosa accade a una grandezza quando l’altra raddoppia. Con più amici la quota a testa diminuisce, quindi le due grandezze sono inversamente proporzionali.
Percentuali
1. Percentuale
Una percentuale è una frazione con denominatore , scritta con il simbolo , che si legge “per cento”. Quindi
In altre parole, il significa parti su . Si usano le percentuali per confrontare quantità prese da totali diversi, perché ogni totale viene pensato diviso in parti. Alcune percentuali corrispondono a frazioni semplici: , , , .
2. Percentuale di un numero
Il di un numero si calcola moltiplicando per la frazione :
Per esempio il di è . In modo equivalente si moltiplica per il numero decimale, . Il di un numero si ottiene spostando la virgola di un posto a sinistra, quindi il di è . Il ne è il doppio, cioè .
Parte, percentuale e totale
In un calcolo con le percentuali compaiono tre numeri: il totale , la percentuale e la parte . Fra loro vale la proporzione
perché la parte sta al totale come sta a . Conoscendo due dei tre numeri, il terzo si trova con il termine incognito della proporzione.
- La parte: il di è .
- La percentuale: su è il con , cioè il .
- Il totale: se è il di un numero , allora .
Sconti, aumenti e percentuali successive
1. Aumenti e sconti percentuali
Un aumento del moltiplica il valore per ; uno sconto del lo moltiplica per :
Il numero per cui si moltiplica si chiama fattore moltiplicativo. Per esempio un prezzo di euro aumentato del diventa euro, e un prezzo di euro scontato del diventa euro.
La regola viene dalla proprietà distributiva. Aumentare del significa aggiungere a il di , cioè calcolare . Poiché , per la proprietà distributiva questa somma è uguale a . Per lo sconto il ragionamento è lo stesso, con la sottrazione al posto della somma.
Dal prezzo scontato al prezzo iniziale
Un paio di scarpe scontato del costa euro. Il prezzo scontato è il prezzo iniziale moltiplicato per , quindi . Perciò il prezzo iniziale si trova dividendo per il fattore moltiplicativo:
Il risultato è corretto, perché il di è e .
2. Variazione percentuale
Quando una grandezza passa da un valore iniziale , diverso da , a un valore finale , la sua variazione percentuale è
La differenza si divide per il valore iniziale. Il risultato è positivo per un aumento e negativo per una diminuzione. Per esempio una bolletta che passa da a euro aumenta del , perché . Un prezzo che scende da a euro ha variazione , perché ; quindi il prezzo diminuisce del .
3. Percentuali successive
Se un valore subisce due variazioni percentuali una dopo l’altra, il valore finale si ottiene moltiplicando il valore iniziale per i due fattori moltiplicativi. Infatti la seconda variazione si calcola sul valore già cambiato dalla prima. Per esempio un prezzo di euro scontato prima del e poi del diventa
Il fattore complessivo è , quindi lo sconto complessivo è del .
Attenzione
Due percentuali successive non si sommano. Nell’esempio dei due sconti la somma darebbe un prezzo finale di euro, mentre il prezzo vero è euro, perché il è calcolato su euro e vale euro. Per lo stesso motivo un aumento e uno sconto della stessa percentuale non si compensano. Per esempio euro aumentati del diventano euro, e scontati poi del diventano euro.
Esercizi svolti su questo argomento
- 1Operazioni con i numeri decimali
- 2Confronti e arrotondamenti di numeri decimali
- 3Trasformazioni di frazioni in numeri decimali
- 4Frazioni generatrici di numeri decimali
- 5Proporzioni con un termine incognito
- 6Calcoli con le percentuali
- 7Problemi con scale e grandezze proporzionali
- 8Problemi con sconti, aumenti e percentuali successive
Esercizi da fare su questo argomento: 14 tracce con soluzione →