Math Atlas

분수의 곱셈과 나눗셈Multiplying & Dividing Fractions

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

학습 목표
  • 분수 곱셈의 규칙(분자끼리, 분모끼리)을 넓이 그림으로 설명할 수 있다.
  • 곱하기 전에 약분해서 계산을 가볍게 할 수 있다.
  • 역수가 무엇인지 알고, "나눗셈 = 역수 곱하기"가 왜 성립하는지 설명할 수 있다.
  • "곱하면 커진다, 나누면 작아진다"는 착각을 반례로 바로잡는다.

자연수 × 분수: 여전히 거듭 더하기

곱셈의 출발점은 거듭 더하기였다. 그 뜻은 분수가 와도 그대로다:

4×29=29+29+29+29=89.4 \times \frac29 = \frac29 + \frac29 + \frac29 + \frac29 = \frac89.

19\frac19짜리 조각 2개씩 네 묶음이니 4×2=84 \times 2 = 8개 — 분자에만 44가 곱해지고 분모(조각 크기)는 그대로다. 교환법칙 덕분에 29×4\frac29 \times 4도 같은 값이다.

분수 × 분수: "~의 ~"를 넓이로

23×45\frac23 \times \frac45는 무슨 뜻일까? 자연수 곱셈 3×43 \times 4가 "4씩 3묶음", 즉 "4의 3배"였듯이, 23×45\frac23 \times \frac45는 "45\frac4523\frac23" — 45\frac45를 놓고 그것의 23\frac23만큼을 취하라는 뜻으로 읽는다. 이 읽기를 그림으로 옮기면 규칙이 저절로 나온다.

2/3 × 4/5 = 8/15 2/3 4/5 1 1
한 변을 3등분해 2칸, 다른 변을 5등분해 4칸 취하면, 전체 15칸 중 8칸이다.

넓이가 11인 정사각형에서 가로로 23\frac23, 세로로 45\frac45를 취한 부분(색칠)이 23×45\frac23 \times \frac45이다. 그림의 격자를 보자 — 가로 3등분, 세로 5등분으로 전체는 3×5=153 \times 5 = 15칸이 되었고, 색칠된 부분은 2×4=82 \times 4 = 8칸이다. 따라서

23×45=2×43×5=815.\frac23 \times \frac45 = \frac{2 \times 4}{3 \times 5} = \frac{8}{15}.

가로·세로를 몇 등분하든 같은 그림이 그려지므로 이것이 일반 규칙이다.

정의분수의 곱셈

ab×cd=a×cb×d\frac{a}{b} \times \frac{c}{d} = \frac{a \times c}{b \times d}

분자끼리 곱하고, 분모끼리 곱한다. (통분이 필요 없다 — 통분은 덧셈·뺄셈의 도구다.)

이 규칙이 기존 질서와 어긋나지 않는지 두 가지만 점검해 두자. 41×29=89\frac41 \times \frac29 = \frac{8}{9}은 아까 거듭 더하기 결과와 일치하고 ✓, 1×ab=ab1 \times \frac{a}{b} = \frac{a}{b}로 "1을 곱하면 그대로"도 유지된다 ✓. 새 수로 확장해도 옛 규칙이 전부 살아 있다 — 좋은 정의의 표식이다.

주의

"곱하면 커진다"는 자연수 시절의 경험이지 법칙이 아니다. 8×34=68 \times \frac34 = 688보다 작다. 34\frac34을 곱한다는 것은 "전체의 34\frac34만 취한다"는 뜻이니 줄어드는 게 당연하다. 11보다 작은 수를 곱하면 작아지고, 11보다 큰 수를 곱하면 커진다.

곱하기 전에 약분하라

곱셈 규칙대로면 분자·분모가 커지기 쉽다. 곱하기 전에 위아래로 약분하면 수가 작을 때 처리할 수 있다.

예제 1 · 먼저 약분

512×815\dfrac{5}{12} \times \dfrac{8}{15}를 계산하여라.

풀이. 곱을 한 덩어리로 보면 5×812×15\frac{5 \times 8}{12 \times 15}이다. 곱하기 전에 약분한다 — 55151555로(1133), 88121244로(2233):

512×815=1×23×3=29.\frac{5}{12} \times \frac{8}{15} = \frac{1 \times 2}{3 \times 3} = \frac29.

검산: 곧이곧대로 곱하면 40180\frac{40}{180}, 최대공약수 2020으로 약분하면 29\frac29 ✓ — 같은 답이지만 큰 수와 씨름해야 한다.

나눗셈: 몇 번 들어가는가

나눗셈 6÷126 \div \frac12은 "66 안에 12\frac12이 몇 번 들어가는가"로 읽는다. 한 칸을 반으로 자르면 두 조각씩 나오니, 66칸에서는 1212조각이다.

6 ÷ 1/2 = 12 1/2 0 1 2 3 4 5 6
6을 반 칸짜리 조각으로 자르면 12조각이다.

6÷12=12=6×2.6 \div \frac12 = 12 = 6 \times 2.

12\frac12로 나눴더니 22를 곱한 것과 같아졌다 — 우연이 아니다. 일반 규칙을 유도해 보자.

분모가 같으면 나눗셈은 조각 개수의 나눗셈이다. 912÷812\frac{9}{12} \div \frac{8}{12}은 "112\frac1{12}짜리 9조각을 8조각씩 묶으면 몇 묶음인가"이므로 9÷8=989 \div 8 = \frac98이다. 그러면 임의의 나눗셈은 통분부터 하면 된다:

34÷23=912÷812=9÷8=98.\frac34 \div \frac23 = \frac{9}{12} \div \frac{8}{12} = 9 \div 8 = \frac98.

이제 결과를 관찰하자. 34÷23\frac34 \div \frac23의 답 98=3×34×2\frac98 = \frac{3 \times 3}{4 \times 2}는 정확히 34×32\frac34 \times \frac32다. 나누는 수 23\frac23뒤집혀서 곱해졌다. 일반적으로도 같다 — ab÷cd\frac ab \div \frac cd를 공통분모 bdbd로 통분하면 adbd÷cbdb=ad÷cb=adbc\frac{ad}{bd} \div \frac{cb}{db} = ad \div cb = \frac{ad}{bc}인데, 이는 ab×dc\frac ab \times \frac dc와 같다.

정의역수와 분수의 나눗셈

두 수의 곱이 11일 때 한 수를 다른 수의 역수라 한다. cd\frac cd의 역수는 dc\frac dc다:

cd×dc=cddc=1.\frac cd \times \frac dc = \frac{cd}{dc} = 1.

그리고 나눗셈은 역수의 곱셈이다:

ab÷cd=ab×dc.\frac ab \div \frac cd = \frac ab \times \frac dc.

(00은 어떤 수와 곱해도 11이 될 수 없으므로 역수가 없다 — 00으로 나눌 수 없는 이유가 여기서도 보인다.)

예제 2 · 나눗셈 두 갈래 검산

34÷23\dfrac34 \div \dfrac23을 역수 곱으로 계산하고, 답을 곱셈으로 검산하여라.

풀이. 나누는 수를 뒤집어 곱한다:

34÷23=34×32=98=118.\frac34 \div \frac23 = \frac34 \times \frac32 = \frac98 = 1\tfrac18.

검산: 나눗셈의 답은 "곱해서 되돌아가야" 한다 — 98×23=1824=34\frac98 \times \frac23 = \frac{18}{24} = \frac34 ✓.

주의

뒤집는 것은 나누는 수(뒤의 수)뿐이다. 34÷23\frac34 \div \frac23에서 34\frac34까지 뒤집거나, 앞의 수를 뒤집는 실수가 잦다. "나눗셈만 곱셈으로 바꾸고, 바꾼 그 수만 뒤집는다" — 한 문장으로 기억하자.

자연수가 끼는 경우

자연수는 분모가 11인 분수다(5=515 = \frac51). 그래서 새 규칙이 필요 없다.

23÷4=23×14=212=16,6÷34=6×43=8.\frac23 \div 4 = \frac23 \times \frac14 = \frac{2}{12} = \frac16, \qquad 6 \div \frac34 = 6 \times \frac43 = 8.

앞의 것은 "23\frac23판 피자를 4명이 나누면 한 사람 몫은 16\frac16판", 뒤의 것은 "66 m 리본에서 34\frac34 m짜리가 8도막" — 뜻으로 읽어도 답이 맞는지 느껴진다.

예제 3 · 도막 세기

길이 22 m 리본을 25\dfrac25 m씩 자르면 몇 도막이 나오는가?

풀이. 22 안에 25\frac25가 몇 번 들어가는지 묻는 나눗셈이다:

2÷25=2×52=5.2 \div \frac25 = 2 \times \frac52 = 5.

답은 55도막.

검산: 5×25=105=25 \times \frac25 = \frac{10}{5} = 2 ✓ — 5도막을 도로 이으면 정확히 22 m다.

Goals
  • Explain the fraction multiplication rule (tops times tops, bottoms times bottoms) with an area picture.
  • Cancel common factors before multiplying to keep the numbers small.
  • Know what a reciprocal is, and explain why dividing means multiplying by the reciprocal.
  • Correct the instinct "multiplying makes bigger, dividing makes smaller" with counterexamples.

Whole number × fraction: still repeated addition

Multiplication began life as repeated addition, and that meaning survives fractions:

4×29=29+29+29+29=89.4 \times \frac29 = \frac29 + \frac29 + \frac29 + \frac29 = \frac89.

Four bundles of two 19\frac19-pieces is 4×2=84 \times 2 = 8 pieces — the 44 multiplies the numerator only, while the denominator (the piece size) stays put. By the commutative property, 29×4\frac29 \times 4 is the same number.

Fraction × fraction: "of," drawn as area

What should 23×45\frac23 \times \frac45 mean? Just as 3×43 \times 4 means "3 groups of 4" — that is, "3 of the 4's" — we read 23×45\frac23 \times \frac45 as "23\frac23 of 45\frac45": take 45\frac45, then take 23\frac23 of that. Draw this reading and the rule falls out on its own.

2/3 × 4/5 = 8/15 2/3 4/5 1 1
Cut one side into thirds and take 2, the other into fifths and take 4: 8 cells out of 15.

In a square of area 11, the shaded part — 23\frac23 of the width, 45\frac45 of the height — is 23×45\frac23 \times \frac45. Now look at the grid: the cuts split the square into 3×5=153 \times 5 = 15 cells, and the shaded block holds 2×4=82 \times 4 = 8 of them. So

23×45=2×43×5=815.\frac23 \times \frac45 = \frac{2 \times 4}{3 \times 5} = \frac{8}{15}.

The same picture works for any two fractions, so this is the general rule.

DefinitionMultiplying fractions

ab×cd=a×cb×d\frac{a}{b} \times \frac{c}{d} = \frac{a \times c}{b \times d}

Tops times tops, bottoms times bottoms. (No common denominator needed — that's an addition-and-subtraction tool.)

Two sanity checks to confirm the new rule respects the old order: 41×29=89\frac41 \times \frac29 = \frac89 agrees with the repeated addition above ✓, and 1×ab=ab1 \times \frac ab = \frac ab keeps "multiplying by 1 changes nothing" ✓. Extending to new numbers while every old rule survives — that's the mark of a good definition.

Watch out

"Multiplying makes things bigger" is a habit from whole numbers, not a law. 8×34=68 \times \frac34 = 6, which is less than 88. Multiplying by 34\frac34 means taking only 34\frac34 of the whole — of course it shrinks. Multiplying by a number below 11 shrinks; above 11, it grows.

Cancel before you multiply

Followed blindly, the rule inflates numerators and denominators. Cancel common factors before multiplying, while the numbers are still small.

Example 1 · Cancel first

Compute 512×815\dfrac{5}{12} \times \dfrac{8}{15}.

Solution. Seen as one fraction, the product is 5×812×15\frac{5 \times 8}{12 \times 15}. Cancel across before multiplying — 55 with 1515 (leaving 11 and 33), and 88 with 1212 (leaving 22 and 33):

512×815=1×23×3=29.\frac{5}{12} \times \frac{8}{15} = \frac{1 \times 2}{3 \times 3} = \frac29.

Check: multiplying straight through gives 40180\frac{40}{180}, and reducing by the greatest common factor 2020 gives 29\frac29 ✓ — same answer, but a wrestle with bigger numbers.

Division: how many times does it fit?

Read 6÷126 \div \frac12 as "how many 12\frac12's fit into 66?" Each whole unit yields two half-pieces, so 66 units yield 1212.

6 ÷ 1/2 = 12 1/2 0 1 2 3 4 5 6
Cut 6 into half-size pieces and you get 12 of them.

6÷12=12=6×2.6 \div \frac12 = 12 = 6 \times 2.

Dividing by 12\frac12 turned out to be the same as multiplying by 22 — no accident. Let's derive the general rule.

With a common denominator, dividing fractions is dividing counts. 912÷812\frac{9}{12} \div \frac{8}{12} asks "9 twelfth-pieces, bundled 8 at a time — how many bundles?" — that's 9÷8=989 \div 8 = \frac98. So any division can be handled by finding a common denominator first:

34÷23=912÷812=9÷8=98.\frac34 \div \frac23 = \frac{9}{12} \div \frac{8}{12} = 9 \div 8 = \frac98.

Now inspect the result: 98=3×34×2\frac98 = \frac{3 \times 3}{4 \times 2} is exactly 34×32\frac34 \times \frac32 — the divisor 23\frac23 got flipped and multiplied. The general case works the same way: putting ab÷cd\frac ab \div \frac cd over the common denominator bdbd gives adbd÷cbdb=ad÷cb=adbc\frac{ad}{bd} \div \frac{cb}{db} = ad \div cb = \frac{ad}{bc}, which is precisely ab×dc\frac ab \times \frac dc.

DefinitionReciprocals and division

Two numbers whose product is 11 are reciprocals of each other. The reciprocal of cd\frac cd is dc\frac dc:

cd×dc=cddc=1.\frac cd \times \frac dc = \frac{cd}{dc} = 1.

And division is multiplication by the reciprocal:

ab÷cd=ab×dc.\frac ab \div \frac cd = \frac ab \times \frac dc.

(00 has no reciprocal — nothing times 00 makes 11 — which is one more window onto why dividing by 00 is impossible.)

Example 2 · Divide, then verify by multiplying

Compute 34÷23\dfrac34 \div \dfrac23 by the flip-and-multiply rule, and check the answer with a multiplication.

Solution. Flip the divisor and multiply:

34÷23=34×32=98=118.\frac34 \div \frac23 = \frac34 \times \frac32 = \frac98 = 1\tfrac18.

Check: a quotient must multiply back — 98×23=1824=34\frac98 \times \frac23 = \frac{18}{24} = \frac34 ✓.

Watch out

Only the divisor — the number after the ÷\div sign — gets flipped. Flipping 34\frac34 as well, or flipping the front number instead, are both common slips. One sentence to remember: change the division to multiplication, and flip only the number you changed it at.

When whole numbers join in

A whole number is a fraction with denominator 11 (as in 5=515 = \frac51), so no new rules are needed:

23÷4=23×14=212=16,6÷34=6×43=8.\frac23 \div 4 = \frac23 \times \frac14 = \frac{2}{12} = \frac16, \qquad 6 \div \frac34 = 6 \times \frac43 = 8.

The first says "share 23\frac23 of a pizza among 4 people: 16\frac16 of a pizza each"; the second, "a 6 m ribbon yields 8 pieces of 34\frac34 m." Read them as situations and the answers feel right.

Example 3 · Counting pieces

A ribbon 22 m long is cut into pieces of 25\dfrac25 m. How many pieces?

Solution. The question "how many 25\frac25's fit into 22?" is a division:

2÷25=2×52=5.2 \div \frac25 = 2 \times \frac52 = 5.

Five pieces.

Check: 5×25=105=25 \times \frac25 = \frac{10}{5} = 2 ✓ — reassembling the 5 pieces gives exactly 22 m.