Chapitre

Proportionnalité

I. Reconnaître une situation de proportionnalité
1) Cas d'un tableau
📘 Définition

Dire qu'un tableau de nombres à deux lignes est un tableau de proportionnalité signifie que l'on obtient les nombres d'une ligne en multipliant ceux de l'autre ligne par un même nombre non nul, que l'on appelle coefficient de proportionnalité.

✏️ Exemple — Marchand de roses
Un marchand de roses réalise le tarif suivant. S'agit-il d'un tableau de proportionnalité ?
Grandeur Colonne 1 Colonne 2
Nombre de roses 2 5
Prix (en €) 1,5 3,75

Pour vérifier qu'il s'agit d'un tableau de proportionnalité, on calcule les quotients Prix ÷ Nombre de roses pour chaque colonne :

\(\dfrac{1{,}5}{2} = 0{,}75\)
\(\dfrac{3{,}75}{5} = 0{,}75\)
Les quotients sont égaux, donc c'est bien un tableau de proportionnalité. Le coefficient de proportionnalité est 0,75.

💡 Cela signifie que chaque rose coûte 0,75 € = 75 centimes.

💡 Méthode — Comment vérifier ?

Pour vérifier qu'un tableau est un tableau de proportionnalité, on calcule les quotients de chaque colonne (valeur de la 2ᵉ ligne ÷ valeur de la 1ʳᵉ ligne). Si tous les quotients sont égaux, c'est un tableau de proportionnalité et ce quotient commun est le coefficient de proportionnalité.

2) Cas de situations communes

Il faut aussi être capable dans des cas simples de reconnaître, sans calcul, des situations de proportionnalité.

✏️ Exemple
Parmi ces situations, lesquelles sont des situations de proportionnalité ?
  • Situation 1 : Léo décide de réaliser une recette de cuisine pour 5 personnes. Il a la recette pour 1 personne.
  • Situation 2 : Marc décide de regarder l'évolution de sa taille durant sa vie.
  • Situation 3 : Mohamed roule à une vitesse moyenne de 60 km/h.
  • Situation 4 : Dans une librairie, un livre coûte 7 euros. Le libraire fait une promo : 1 acheté, 1 offert.
✅ Situation 1 — Proportionnalité

Pour 5 fois plus de personnes, on utilise 5 fois plus de chaque ingrédient. C'est bien une situation de proportionnalité.

❌ Situation 2 — Non proportionnelle

On ne grandit pas de façon régulière tout au long de sa vie : on grandit vite enfant, puis on s'arrête. Ce n'est pas proportionnel.

✅ Situation 3 — Proportionnalité

À vitesse constante, la distance parcourue est proportionnelle au temps : 2 fois plus de temps = 2 fois plus de distance.

❌ Situation 4 — Non proportionnelle

Avec la promo « 1 acheté, 1 offert », acheter 1 livre coûte 7 € mais acheter 2 livres coûte aussi 7 €. Le prix n'est pas proportionnel au nombre de livres.

3) Règles de calculs dans des tableaux de proportionnalité
📗 Méthode
  • On peut additionner ou soustraire des colonnes d'un tableau de proportionnalité pour en obtenir une nouvelle colonne.
  • On peut multiplier ou diviser une colonne d'un tableau de proportionnalité par un nombre non nul pour en obtenir une nouvelle colonne.
✏️ Exemple — Marchand de pommes
Compléter le tableau en utilisant les règles de calcul :
Grandeur ÷ 2 1 + 2 2 + 3 × 2
Masse (en kg) 1 2 3 5 10
Prix (en €) 1,2 2,4 ? ? ?

Prix pour 3 kg — colonne 3 = colonne 1 + colonne 2 :

\(1{,}2 + 2{,}4 = 3{,}6\ €\)

Prix pour 5 kg — colonne 4 = colonne 2 + colonne 3 :

\(2{,}4 + 3{,}6 = 6\ €\)

Prix pour 10 kg — colonne 5 = colonne 4 × 2 :

\(6 \times 2 = 12\ €\)
Grandeur 1 2 3 5 10
Masse (en kg) 123510
Prix (en €) 1,22,4 3,6 6 12
II. Compléter un tableau de proportionnalité
📘 Définition

Dans un tableau de proportionnalité, si l'on connaît trois valeurs, alors on peut calculer la valeur manquante, appelée la quatrième proportionnelle.

✏️ Situation de départ

Clarisse réalise une recette de cuisine et utilise les données d'un magazine. Il manque malheureusement une partie de la page. Aidez-la à compléter le tableau.

Grandeur Colonne 1 Colonne 2
Masse de sucre (en g) 25 ?
Masse de farine (en g) 150 450

On connaît 25 g de sucre pour 150 g de farine. On cherche la masse de sucre nécessaire pour 450 g de farine. Voici 4 méthodes pour y arriver.

📐 Méthode 1 — Le passage à l'unité

On calcule d'abord la masse de sucre pour 1 g de farine, puis on multiplie par 450.

GrandeurColonne 1→ pour 1 g de sucre→ pour 450 g de farine
Masse de sucre (en g)25175
Masse de farine (en g)150\(\dfrac{150}{25} = 6\)450
Opération÷ 25× 75

Pour 1 g de sucre, on a besoin de :

\(150 \div 25 = 6\ \text{g de farine}\)

On cherche combien de sucre pour 450 g de farine. On divise 450 par 6 :

\(450 \div 6 = 75\ \text{g de sucre}\)
La quatrième proportionnelle est 75 g de sucre.
📗 Méthode 2 — Le coefficient de proportionnalité

On calcule le coefficient de proportionnalité (sucre ÷ farine), puis on l'applique à 450.

GrandeurColonne 1Colonne 2
Masse de sucre (en g)2575
Masse de farine (en g)150450
Coefficient (farine ÷ sucre)× 6 sur toute la ligne

Le coefficient de proportionnalité (de la ligne sucre vers la ligne farine) est :

\(150 \div 25 = 6\)

Pour trouver la masse de sucre à partir de 450 g de farine, on divise par 6 :

\(450 \div 6 = 75\ \text{g de sucre}\)
La quatrième proportionnelle est 75 g de sucre.
📙 Méthode 3 — Les règles de calculs

On cherche une opération simple reliant les deux colonnes connues, puis on l'applique à la valeur manquante.

GrandeurColonne 1Colonne 2
Masse de sucre (en g)2575
Masse de farine (en g)150450
Opération (colonne 1 → colonne 2)× 3

On remarque que \(150 \times 3 = 450\), donc on passe de la colonne 1 à la colonne 2 en multipliant par 3.

Dans un tableau de proportionnalité, on applique la même opération à toutes les lignes.
\(25 \times 3 = 75\ \text{g de sucre}\)
La quatrième proportionnelle est 75 g de sucre.
⭐ Méthode 4 — Le produit en croix (méthode la plus courante)

On multiplie les deux valeurs en diagonale, puis on divise par la troisième valeur connue.

GrandeurColonne 1Colonne 2
Masse de sucre (en g)25?
Masse de farine (en g)150450
Sucre 25 ?
Farine 150 450
On multiplie en diagonale (25 × 450) et on divise par la valeur restante (150).
\(? = 25 \times 450 \div 150 = 75\ \text{g de sucre}\)
La quatrième proportionnelle est 75 g de sucre.
⭐ C'est la méthode la plus utilisée car elle fonctionne dans tous les cas, même quand le coefficient de proportionnalité n'est pas un nombre simple.
III. Exploitation graphique
📗 Propriété

Lorsqu'on représente graphiquement une situation de proportionnalité, les points sont alignés et la droite qui les relie passe par l'origine (le point (0 ; 0)).

Réciproquement, si les points sont alignés et que la droite passe par l'origine, alors la situation est une situation de proportionnalité.

✏️ Exemple — Marchand de pommes
Voici le graphique représentant le prix en fonction de la masse de pommes achetées (coefficient de proportionnalité : 1,20 €/kg). Les points sont alignés et la droite passe par l'origine.
Points du tableau
Droite de proportionnalité
Origine (0 ; 0)
💡 La droite passe par (0 ; 0) : si on n'achète rien, on ne paie rien.
✏️ Comparaison — Proportionnel vs non proportionnel
Trois situations : une proportionnelle, deux non proportionnelles (droite ne passant pas par l'origine, et courbe).
✅ Proportionnel
Droite passant par (0 ; 0)
❌ Non proportionnel
Droite ne passant pas par (0 ; 0)
❌ Non proportionnel
Pas une droite
💡 Remarque — Lecture graphique

Pour lire une valeur sur un graphique de proportionnalité, on part d'une valeur sur un axe, on trace une ligne jusqu'à la droite, puis on lit la valeur correspondante sur l'autre axe.

✏️ Exemple — Lecture graphique
En utilisant le graphique du marchand de pommes, lire le prix pour 4 kg, et la masse que l'on peut acheter avec 7,20 €.
4 kg → 4,80 €
7,20 € → 6 kg
Pour 4 kg : on lit en face de 4 sur l'axe horizontal → 4,80 €
Pour 7,20 € : on lit en face de 7,20 sur l'axe vertical → 6 kg
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