Va au marché : mangues coûtent F CFA. Combien coûtent mangues ? Ta grand-mère fait un gâteau pour personnes. Il en vient : comment doubler la recette sans se tromper ? Un article coûte F CFA, il est soldé à : quel est le nouveau prix ? Toutes ces questions utilisent la même idée : la proportionnalité.
Tu sais déjà multiplier et diviser. Dans ce chapitre, tu vas apprendre à repérer, dans la vie de tous les jours, les situations où deux grandeurs varient toujours dans les mêmes proportions — et celles où ce n'est pas le cas. C'est un outil que tu utiliseras toute ta vie : au marché, en cuisine, en voyage, et plus tard dans presque tous les métiers.
Au programme : reconnaître un tableau de proportionnalité, trouver son coefficient, compléter un tableau avec le passage à l'unité ou le produit en croix, calculer un pourcentage simple, et enfin lire une échelle ou calculer une vitesse.
1Reconnaître la proportionnalité dans un tableau
Certaines grandeurs sont liées de façon très simple : quand l'une double, l'autre double aussi ; quand l'une triple, l'autre triple aussi. On dit qu'elles sont proportionnelles.
Deux grandeurs sont proportionnelles quand on obtient les valeurs de la deuxième en multipliant toujours par le même nombre les valeurs de la première. Un tableau qui range ces valeurs par colonnes s'appelle un tableau de proportionnalité.
1.1 Une situation proportionnelle
Un cycliste roule à allure régulière. Voici la distance parcourue selon le temps :
| Temps (min) | 10 | 20 | 30 | 50 |
|---|---|---|---|---|
| Distance (km) | 3 | 6 | 9 | 15 |
- même résultat à chaque fois
- le tableau est un tableau de proportionnalité
1.2 Une situation qui n'est pas proportionnelle
Attention : beaucoup de grandeurs liées ne sont pas proportionnelles. L'âge et la taille, par exemple.
| Âge (ans) | 2 | 4 | 8 |
|---|---|---|---|
| Taille (cm) | 85 | 105 | 128 |
- les résultats sont différents
- doncl'âge et la taille ne sont pas proportionnels
C'est logique : à ans on ne mesure pas le double d'un enfant de ans !
Pour affirmer qu'un tableau est proportionnel, il faut vérifier toutes les colonnes, pas une seule. Un piège classique : deux colonnes donnent le même quotient par hasard, mais une troisième le contredit. Une seule colonne qui « ne colle pas » suffit à rejeter la proportionnalité.
2Coefficient de proportionnalité
Quand deux grandeurs sont proportionnelles, le nombre unique par lequel on multiplie la première grandeur pour obtenir la seconde s'appelle le coefficient de proportionnalité.
2.1 Trouver le coefficient
On choisit une colonne du tableau, et on divise la valeur de la deuxième ligne par la valeur correspondante de la première ligne. On obtient toujours le même nombre : c'est le coefficient.
Une recette de gâteau prévoit g de farine pour personnes. Pour personnes, il en faut g.
- le coefficient est
- vérification : avec les œufs : 2 pour 4 pers., 4 pour 8 pers.
2.2 Utiliser le coefficient pour compléter un tableau
Une fois le coefficient trouvé, on l'utilise pour toutes les valeurs manquantes du tableau : on multiplie chaque valeur de la première ligne par le coefficient pour obtenir la valeur correspondante de la seconde ligne.
Un vendeur de riz à Bamako vend le riz F CFA le kilogramme.
- coefficient F CFA par kg
- pour kg : F CFA
- pour kg : F CFA
3Passage à l'unité et produit en croix
Quand on ne connaît pas encore le coefficient, il existe deux méthodes très efficaces pour compléter un tableau de proportionnalité.
3.1 Le passage à l'unité
On calcule d'abord la valeur pour une seule unité (en divisant), puis on multiplie ce résultat par la quantité voulue.
Au marché de Ndjamena, mangues coûtent F CFA. Combien coûtent mangues ?
- prix d' mangue
- F CFApassage à l'unité
- prix de mangues
- F CFA
3.2 Le produit en croix
Dans un tableau de proportionnalité à deux colonnes,
| colonne 1 | colonne 2 | |
|---|---|---|
| ligne 1 | ||
| ligne 2 |
le produit des termes d'une diagonale est égal au produit des termes de l'autre :
Le tableau est proportionnel : il existe un coefficient tel que et .
- doncles deux produits valent
On place les quatre nombres dans un petit tableau à deux colonnes. On multiplie en croix les deux nombres connus qui ne sont pas dans la même ligne ni la même colonne que , puis on divise par le quatrième nombre.
Reprenons l'exemple des mangues avec le produit en croix : mangues pour F CFA, mangues pour F CFA.
- produit en croix
- F CFAmême résultat qu'avec le passage à l'unité !
Le produit en croix porte, depuis des siècles, un autre nom : la règle de trois (on connaît trois nombres, on cherche le quatrième). Cette technique est décrite dès l'an par le savant indien Âryabhata, sous le nom de trairāśika, pour résoudre des problèmes de commerce et de partage.
Elle voyage ensuite vers le monde arabo-musulman, puis vers l'Europe : le mathématicien italien Fibonacci l'expose dans son Liber Abaci (), un livre qui a formé des générations entières de marchands avant même l'invention de l'imprimerie.
4Pourcentages simples
Un pourcentage est une façon d'exprimer une proportion « sur ». Écrire signifie « parts sur ». Un pourcentage est donc un coefficient de proportionnalité particulier.
4.1 Les pourcentages à connaître par cœur
Trois pourcentages reviennent tout le temps ; apprends-les par cœur :
- = la moitié (on divise par )
- = le quart (on divise par )
- = le dixième (on divise par )
4.2 Calculer un pourcentage quelconque
Prendre d'une quantité, c'est la multiplier par puis diviser par (ou l'inverse, dans l'ordre qui donne des calculs faciles).
Un pantalon coûte F CFA à Abidjan. Il est soldé à .
- réduction
- F CFAmontant de la réduction
- nouveau prix
- F CFA
Un pourcentage donne le montant de la réduction, pas le prix final ! N'oublie jamais l'étape finale : soustraire (pour un solde) ou additionner (pour une hausse de prix).
Le signe vient de l'italien per cento, « pour cent ». Dans les manuscrits commerciaux italiens du siècle, on abrégeait cette expression en « p 100 », puis « p cento », puis un simple cercle remplaça le « o » du mot cento : « p ⁰/⁰ ». Avec le temps, le « p » a disparu et les deux petits cercles reliés par une barre sont devenus notre symbole actuel.
5Échelles et vitesse
Deux dernières situations très concrètes utilisent la proportionnalité : lire un plan, et calculer une vitesse.
5.1 Les échelles
L'échelle d'un plan ou d'une carte indique le coefficient de proportionnalité entre une longueur sur le dessin et la longueur réelle correspondante. On l'écrit souvent « cm … m ».
La distance réelle et la distance sur le plan sont proportionnelles. On multiplie la distance mesurée sur le plan par le nombre indiqué dans l'échelle pour obtenir la distance réelle.
Sur une carte à l'échelle cm m, l'école et le marché du village sont distants de cm.
- distance réelle
- mon multiplie par le coefficient de l'échelle
5.2 La vitesse
Quand un déplacement se fait à allure constante, la distance parcourue est proportionnelle à la durée du trajet. Le coefficient de proportionnalité s'appelle la vitesse moyenne :
À partir de , on retrouve les deux autres formules :
Un car quitte Abéché et roule à km/h pendant h.
- kmdistance parcourue
La tradition antique raconte que le savant grec Thalès de Milet, au siècle avant notre ère, mesura la hauteur d'une pyramide d'Égypte sans grimper dessus : il planta un bâton verticalement, et compara l'ombre du bâton à l'ombre de la pyramide, au même moment de la journée. Comme les deux ombres sont proportionnelles aux deux hauteurs, un simple calcul donnait la réponse. On ne peut plus vérifier les détails exacts de cette histoire, racontée des siècles plus tard par l'historien Plutarque, mais l'idée, elle, est devenue un classique des mathématiques : c'est déjà, sans le nom, un calcul de proportionnalité.
Fiche mémo
- Deux grandeurs sont proportionnelles si on passe de l'une à l'autre en multipliant toujours par le même nombre (le coefficient).
- Pour vérifier : diviser chaque valeur de la 2ᵉ ligne par la valeur correspondante de la 1ʳᵉ ligne ; il faut le même résultat partout.
- Une seule colonne qui ne colle pas suffit à rejeter la proportionnalité (ex. âge et taille).
- Passage à l'unité : diviser pour trouver la valeur de , puis multiplier.
- Produit en croix : (règle de trois).
- moitié (÷2) ; quart (÷4) ; dixième (÷10).
- d'une quantité quantité .
- Un pourcentage donne la réduction ou la hausse : il faut ensuite soustraire ou additionner.
- Échelle : distance réelle distance sur le plan coefficient de l'échelle.
- Vitesse : , , (même unité de temps partout).
6Exercices corrigés
stylos coûtent F CFA. Complète : prix de stylos ? Prix de stylos ?
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- prix d' stylo F CFA
- stylos F CFA
- stylos F CFA
Une moto roule à allure constante. Temps (min) : , , — Distance (km) : , , . Ce tableau est-il proportionnel ?
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- même coefficient partout
- oui, le tableau est proportionnel, de coefficient
Un sac de riz coûte F CFA. Calcule , et de ce prix.
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- F CFA
- F CFA
- F CFA
kg de tomates coûtent F CFA. En utilisant le produit en croix, trouve le prix de kg.
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- F CFA
Tableau A — Tickets : , , ; Prix (F CFA) : , , . Tableau B — Personnes en file : , , ; Attente (min) : , , . Lequel est proportionnel ?
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Tableau A :
- même coefficient
- le tableau A est proportionnel
Tableau B :
- déjà différent de
- le tableau B n'est pas proportionnel
baguettes coûtent F CFA. Trouve le prix d' baguette, puis de baguettes.
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- baguette F CFA
- baguettes F CFA
Une recette pour personnes utilise g de farine, g de sucre, œufs et mL de lait. Adapte cette recette pour personnes.
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- coefficient
- farine g
- sucre g
- œufs
- lait mL
Un article coûte F CFA. Il est d'abord soldé à , puis une réduction supplémentaire de s'applique sur le nouveau prix. Quel est le prix final ?
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- 1ʳᵉ réduction
- prix après : F CFA
- 2ᵉ réduction appliquée au nouveau prix, pas au prix initial
- prix final F CFA
Sur une carte à l'échelle cm km, deux villes sont distantes de cm. Quelle est la distance réelle ?
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- distance réelle
- km
Un bus parcourt km en h . Calcule sa vitesse moyenne, puis la distance parcourue en h à cette vitesse.
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- h h
- km/h
- distance en h
- km
Un tissu est vendu au mètre. Tableau : Longueur (m) : , , — Prix (F CFA) : , , .
- Vérifie, avec les colonnes connues, que ce tableau est proportionnel.
- Calcule .
- Écris la formule donnant le prix pour mètres de tissu.
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1.
- même coefficient
- le tableau est proportionnel, de coefficient
2.
- F CFA
3. Le prix s'obtient en multipliant la longueur par le coefficient : .
Dans une salle : Nombre de tables : , , — Nombre de chaises : , , .
- Ce tableau est-il proportionnel ? Justifie en vérifiant toutes les colonnes.
- Explique l'erreur que ferait un élève qui ne vérifie que les deux premières colonnes.
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1.
- différent de
- le tableau n'est pas proportionnel
2. Un élève qui s'arrête aux deux premières colonnes trouverait et , et conclurait, à tort, que le tableau est proportionnel. C'est pourquoi il faut toujours vérifier la dernière colonne aussi : elle peut à elle seule invalider la proportionnalité.
Un cycliste roule à km/h. À cause du vent, sa vitesse diminue de .
- Calcule sa nouvelle vitesse.
- Quelle distance parcourt-il en h à cette nouvelle vitesse ?
- Combien de temps lui faut-il pour parcourir km à cette vitesse ?
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1.
- baisse
- nouvelle vitesse km/h
2.
- km
3.
- h
Le marché de Dakar. Fatou achète du tissu wax : m coûtent F CFA. Elle en achète m. Comme elle achète beaucoup, la vendeuse lui offre une réduction de sur le prix total. Quel est le prix final ?
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- prix d' m F CFA
- prix de m F CFA
- réduction F CFA
- prix final F CFA
Fatou paiera F CFA.
De Ndjamena à Abéché. Sur une carte à l'échelle cm km, la distance entre Ndjamena et Abéché mesure cm. Un car roule à km/h en moyenne. Combien de temps dure le trajet ?
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- distance réelle km
- h h
Le trajet dure environ 2 h 30.
La cantine d'Abidjan. Pour préparer un repas pour élèves, la cantine dépense F CFA d'ingrédients. Pour une fête, il faut nourrir élèves. Le fournisseur offre de réduction pour cette grosse commande. Calcule le coût final.
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- coefficient
- coût avant réduction F CFA
- réduction F CFA
- coût final F CFA
La cantine dépensera F CFA.