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분수의 덧셈과 뺄셈Adding & Subtracting Fractions

Pre-AlgebraPre-Algebra · 2. 분수와 소수2. Fractions & Decimals

학습 목표
  • 분모가 같은 분수의 덧셈·뺄셈을 "조각 세기"로 이해하고 계산할 수 있다.
  • 분모가 다른 분수를 통분해서 더하고 뺄 수 있다.
  • 최소공배수로 공통분모를 잡되, 어떤 공배수를 써도 답이 같은 이유를 안다.
  • 대분수의 덧셈·뺄셈(받아내림 포함)을 할 수 있다.
  • 통분으로 임의의 두 분수를 비교할 수 있다.

분모가 같으면: 조각 세기

지난 차시에서 분수를 "단위분수 세기"로 읽었다. 27\frac2717\frac17짜리 조각 2개다. 그러면 분모가 같은 분수의 덧셈은 그냥 개수 세기다:

27+37=2+37=57.\frac27 + \frac37 = \frac{2 + 3}{7} = \frac57.

2/7 + 3/7 = 5/7 2/7 3/7
같은 크기 조각 2개와 3개를 합치면 5개다.

17\frac17짜리 2개에 17\frac17짜리 3개를 보태면 17\frac17짜리 5개. 조각의 크기(분모)는 그대로이고 개수(분자)만 합쳐진다. 뺄셈도 마찬가지로 개수의 뺄셈이다.

주의

분모끼리 더해서 27+37=514\frac27 + \frac37 = \frac{5}{14}로 쓰면 안 된다. 분모는 "조각이 얼마나 잘게 잘렸나"를 알려주는 라벨이지, 세어지는 양이 아니다. 합치는 동안 조각이 더 잘게 잘릴 이유가 없다. 크기로도 점검해 보자 — 27\frac2737\frac37을 합쳤는데 514\frac{5}{14}(12\frac12보다 작다)가 나온다면, 37\frac37 하나(614\frac{6}{14})보다도 작아진 셈이니 말이 안 된다.

예제 1 · 같은 분모

38+78\dfrac38 + \dfrac78을 계산하여라.

풀이. 18\frac18짜리 조각이 3+7=103 + 7 = 10개다:

38+78=108=54=114.\frac38 + \frac78 = \frac{10}{8} = \frac54 = 1\tfrac14.

답이 가분수로 나오면 약분하고(10854\frac{10}{8} \to \frac54), 필요에 따라 대분수로도 읽어 둔다.

검산: 5478=10878=38\frac54 - \frac78 = \frac{10}{8} - \frac78 = \frac38 ✓ — 뺄셈으로 되돌아간다.

분모가 다르면: 같은 크기로 다시 잘라라

12+13\frac12 + \frac13은 바로 셀 수 없다. 반 판짜리 조각과 3분의 1판짜리 조각은 크기가 다른 조각이라 "몇 개"라고 함께 셀 수가 없기 때문이다. 해결책은 하나 — 두 분수를 같은 크기의 조각으로 다시 자르는 것이다.

1/2 + 1/3 = 3/6 + 2/6 = 5/6 1/2 = 3/6 1/3 = 2/6 5/6
1/2과 1/3을 각각 6등분 조각으로 다시 자르면 3/6과 2/6이 되어 셀 수 있다.

12\frac12의 조각을 셋으로 쪼개면 36\frac36, 13\frac13의 조각을 둘로 쪼개면 26\frac26. 이제 둘 다 16\frac16짜리 조각이니 셀 수 있다:

12+13=36+26=56.\frac12 + \frac13 = \frac36 + \frac26 = \frac56.

이렇게 분모가 다른 분수들을 크기가 같은 분수로 바꿔 분모를 통일하는 일을 통분이라 하고, 통일된 분모를 공통분모라고 한다. 쓰는 도구는 지난 차시의 "크기가 같은 분수 만들기" 그대로다 — 분자·분모에 같은 수를 곱했을 뿐, 각 분수의 크기는 변하지 않았다.

공통분모는 어떻게 고르나

공통분모가 되려면 두 분모 모두의 배수(공배수)여야 한다. 분모가 4466이면 공배수 12,24,36,12, 24, 36, \ldots 중 아무거나 써도 된다 — 그중 가장 작은 최소공배수를 쓰면 수가 작아서 편할 뿐이다.

정말 아무거나 써도 되는지 14+16\frac14 + \frac16으로 확인하자.

  • 최소공배수 1212로: 312+212=512\frac{3}{12} + \frac{2}{12} = \frac{5}{12}
  • 그냥 곱 4×6=244 \times 6 = 24로: 624+424=1024=512\frac{6}{24} + \frac{4}{24} = \frac{10}{24} = \frac{5}{12}

큰 공배수를 쓰면 마지막에 약분이 남을 뿐, 도착지는 같다. 급할 때는 두 분모의 곱을 쓰면 언제나 통하고, 여유가 있으면 최소공배수를 찾는 것이 뒤처리가 없다.

예제 2 · 통분해서 더하고 빼기

다음을 계산하여라.

(1) 23+49\dfrac23 + \dfrac49 (2) 31014\dfrac{3}{10} - \dfrac14

풀이. (1) 9933의 배수이므로 공통분모는 99면 충분하다:

23+49=69+49=109=119.\frac23 + \frac49 = \frac69 + \frac49 = \frac{10}{9} = 1\tfrac19.

(2) 101044의 최소공배수는 2020:

31014=620520=120.\frac{3}{10} - \frac14 = \frac{6}{20} - \frac{5}{20} = \frac{1}{20}.

검산: (2) 120+14=120+520=620=310\frac{1}{20} + \frac14 = \frac{1}{20} + \frac{5}{20} = \frac{6}{20} = \frac{3}{10} ✓.

참고

계산이 끝나면 답을 기약분수로 정리하는 습관을 들이자. 1024\frac{10}{24}처럼 약분이 남은 답은 틀린 것은 아니지만 끝맺지 않은 답이다.

대분수의 덧셈과 뺄셈

대분수는 두 가지 길이 있다. 가분수로 바꿔 계산하거나, 정수는 정수끼리·분수는 분수끼리 계산하거나. 어느 쪽이든 답은 같으니 수가 작은 쪽을 고르면 된다.

예제 3 · 대분수 덧셈

156+2141\tfrac56 + 2\tfrac14을 계산하여라.

풀이. 정수끼리, 분수끼리:

1+2=3,56+14=1012+312=1312=1112.1 + 2 = 3, \qquad \frac56 + \frac14 = \frac{10}{12} + \frac{3}{12} = \frac{13}{12} = 1\tfrac1{12}.

분수 부분이 11을 넘었으므로 올려 준다:

3+1112=4112.3 + 1\tfrac1{12} = 4\tfrac1{12}.

검산: 가분수 길로 — 116+94=2212+2712=4912=4112\frac{11}{6} + \frac94 = \frac{22}{12} + \frac{27}{12} = \frac{49}{12} = 4\tfrac1{12} ✓.

뺄셈에서는 반대 상황이 생긴다. 분수 부분이 모자라면 정수에서 11헐어 온다 — 자연수 뺄셈의 받아내림과 같은 이치다. 3141343\tfrac14 - 1\tfrac34에서 1434\frac14 - \frac34은 안 되므로, 314=2+543\tfrac14 = 2 + \frac54로 헐어서 254134=124=1122\tfrac54 - 1\tfrac34 = 1\tfrac24 = 1\tfrac12. 이 계산은 문제 탭에서 직접 검산까지 해 보자.

통분은 비교의 도구이기도 하다

지난 차시에서 미뤄 둔 숙제 — 분모도 분자도 다른 두 분수의 비교 — 가 통분으로 풀린다. 같은 분모로 만들면 분자 비교로 끝나기 때문이다.

예제 4 · 아슬아슬한 비교

57\dfrac57710\dfrac7{10} 중 어느 쪽이 큰가?

풀이. 둘 다 12\frac12보다 크고 11보다 작아서 잣대 비교로는 판가름이 나지 않는다. 통분한다. 771010의 최소공배수는 7070:

57=5070,710=4970.\frac57 = \frac{50}{70}, \qquad \frac7{10} = \frac{49}{70}.

50>4950 > 49이므로 57>710\frac57 > \frac7{10}이다. 딱 170\frac1{70} 차이 — 통분 없이는 못 가르는 간격이다.

Goals
  • Add and subtract fractions with the same denominator by counting pieces.
  • Add and subtract fractions with different denominators using a common denominator.
  • Prefer the least common denominator, but know why any common multiple gives the same answer.
  • Add and subtract mixed numbers, including subtraction with borrowing.
  • Compare any two fractions by rewriting them over a common denominator.

Same denominator: just count pieces

Last lesson we learned to read fractions as counts of unit fractions: 27\frac27 is 2 pieces of size 17\frac17. So adding fractions with the same denominator is nothing but counting:

27+37=2+37=57.\frac27 + \frac37 = \frac{2 + 3}{7} = \frac57.

2/7 + 3/7 = 5/7 2/7 3/7
Two pieces plus three pieces of the same size make five pieces.

Two 17\frac17-pieces plus three 17\frac17-pieces is five 17\frac17-pieces. The size of the pieces (the denominator) stays put; only the count (the numerator) adds. Subtraction is the same story with counts subtracted.

Watch out

Don't add the denominators: 27+37514\frac27 + \frac37 \neq \frac{5}{14}. The denominator is a label saying how finely the whole is cut — it isn't an amount being combined, and nothing about combining pieces re-cuts them. A size check exposes the error too: 514\frac{5}{14} is less than 12\frac12, and in fact less than the single piece 37=614\frac37 = \frac{6}{14} — adding something to 37\frac37 cannot make it smaller.

Example 1 · Same denominator

Compute 38+78\dfrac38 + \dfrac78.

Solution. Count the 18\frac18-pieces: 3+7=103 + 7 = 10 of them, so

38+78=108=54=114.\frac38 + \frac78 = \frac{10}{8} = \frac54 = 1\tfrac14.

When the result is reducible, reduce it (10854\frac{10}{8} \to \frac54), and read off the mixed form when it helps.

Check: 5478=10878=38\frac54 - \frac78 = \frac{10}{8} - \frac78 = \frac38 ✓ — subtracting brings us back.

Different denominators: re-cut into equal pieces

12+13\frac12 + \frac13 can't be counted straight away: a half-piece and a third-piece are pieces of different sizes, so "how many pieces" has no meaning yet. The fix is the only one possible — re-cut both fractions into pieces of one common size.

1/2 + 1/3 = 3/6 + 2/6 = 5/6 1/2 = 3/6 1/3 = 2/6 5/6
Re-cut 1/2 and 1/3 into sixths — 3/6 and 2/6 — and now they can be counted together.

Splitting the half into three parts gives 36\frac36; splitting the third into two parts gives 26\frac26. Now everything is 16\frac16-pieces, and counting works:

12+13=36+26=56.\frac12 + \frac13 = \frac36 + \frac26 = \frac56.

Rewriting fractions so that they share one denominator is called finding a common denominator. The tool is exactly last lesson's equivalent-fraction rule — top and bottom multiplied by the same number, so neither fraction changed size.

Which common denominator?

A common denominator must be a multiple of both denominators — a common multiple. For denominators 44 and 66, any of 12,24,36,12, 24, 36, \ldots works; the smallest one, the least common multiple, just keeps the numbers small.

Let's verify on 14+16\frac14 + \frac16 that the choice really doesn't matter.

  • With the least common denominator 1212: 312+212=512\frac{3}{12} + \frac{2}{12} = \frac{5}{12}
  • With the plain product 4×6=244 \times 6 = 24: 624+424=1024=512\frac{6}{24} + \frac{4}{24} = \frac{10}{24} = \frac{5}{12}

A bigger common multiple only leaves some reducing for the end — same destination. In a hurry, the product of the denominators always works; with a moment to think, the least common multiple leaves no cleanup.

Example 2 · Add and subtract via a common denominator

Compute:

(1) 23+49\dfrac23 + \dfrac49 (2) 31014\dfrac{3}{10} - \dfrac14

Solution. (1) 99 is already a multiple of 33, so 99 is enough:

23+49=69+49=109=119.\frac23 + \frac49 = \frac69 + \frac49 = \frac{10}{9} = 1\tfrac19.

(2) The least common multiple of 1010 and 44 is 2020:

31014=620520=120.\frac{3}{10} - \frac14 = \frac{6}{20} - \frac{5}{20} = \frac{1}{20}.

Check on (2): 120+14=120+520=620=310\frac{1}{20} + \frac14 = \frac{1}{20} + \frac{5}{20} = \frac{6}{20} = \frac{3}{10} ✓.

Note

Finish every computation by putting the answer in simplest form. Leaving 1024\frac{10}{24} isn't wrong so much as unfinished.

Mixed numbers

With mixed numbers there are two roads: convert to improper fractions, or work wholes with wholes, fractions with fractions. Both give the same answer — pick whichever keeps the numbers smaller.

Example 3 · Adding mixed numbers

Compute 156+2141\tfrac56 + 2\tfrac14.

Solution. Wholes together, fractions together:

1+2=3,56+14=1012+312=1312=1112.1 + 2 = 3, \qquad \frac56 + \frac14 = \frac{10}{12} + \frac{3}{12} = \frac{13}{12} = 1\tfrac1{12}.

The fraction part passed 11, so carry it up:

3+1112=4112.3 + 1\tfrac1{12} = 4\tfrac1{12}.

Check by the improper-fraction road: 116+94=2212+2712=4912=4112\frac{11}{6} + \frac94 = \frac{22}{12} + \frac{27}{12} = \frac{49}{12} = 4\tfrac1{12} ✓.

Subtraction brings the opposite situation: when the fraction part comes up short, borrow a 11 from the whole part — the same idea as borrowing in whole-number subtraction. In 3141343\tfrac14 - 1\tfrac34, the subtraction 1434\frac14 - \frac34 won't go, so rewrite 314=2+543\tfrac14 = 2 + \frac54 and compute 254134=124=1122\tfrac54 - 1\tfrac34 = 1\tfrac24 = 1\tfrac12. You'll run this one yourself, check included, in the problems tab.

A common denominator also settles comparisons

Here is the piece of unfinished business from last lesson — comparing two fractions when nothing matches. A common denominator reduces any comparison to comparing numerators.

Example 4 · A photo finish

Which is larger, 57\dfrac57 or 710\dfrac7{10}?

Solution. Both are above 12\frac12 and below 11, so benchmark yardsticks can't separate them. Use a common denominator; the least common multiple of 77 and 1010 is 7070:

57=5070,710=4970.\frac57 = \frac{50}{70}, \qquad \frac7{10} = \frac{49}{70}.

Since 50>4950 > 49, we get 57>710\frac57 > \frac7{10} — by exactly 170\frac1{70}, a gap nothing but a common denominator could measure.